电路分析(一):速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 14 道练习题,完整解答附在最后。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”,即可在设备上保存一份副本。

1公式与方法

串并联电阻

电阻串联
Req = R1 + R2 + …
电阻并联
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
两个电阻并联
Req = R1R2 / (R1 + R2)
欧姆定律
V = I·R
功率
P = V·I = I²R = V²/R

方法

  1. 从离端子最远的网络末端开始。
  2. 串联电阻直接相加,并联电阻用 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. 每一步之后重新画电路。
  4. 重复直到端子之间只剩一个电阻。

节点分析

基尔霍夫电流定律
ΣIin = ΣIout
支路电流
I = (Va − Vb)/R
参考节点
Vground = 0

方法

  1. 选定参考节点(地),并标出其他节点电压。
  2. 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律:流出各支路的电流等于流入的电流。
  3. 把每条支路电流表示为 (Va − Vb)/R。
  4. 解方程组,再求出所需的电流。

网孔分析

基尔霍夫电压定律
沿每个回路 ΣV = 0
公共电阻
电流 = I1 − I2
网孔中的电流源
直接确定该网孔电流

方法

  1. 在电路的每个网孔(窗口)中设一个顺时针电流。
  2. 对每个网孔应用基尔霍夫电压定律:电压降之和为零。
  3. 两个网孔共用的电阻中,电流为两个网孔电流之差。
  4. 解方程;结果为负表示电流实际方向相反。

叠加定理

叠加定理
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
置零的电压源
短路 (0 V)
置零的电流源
开路 (0 A)
分压公式
V2 = V·R2/(R1 + R2)
分流公式
I1 = I·R2/(R1 + R2)

方法

  1. 数一数独立电源的个数。每个电源对应求解一个更简单的电路。
  2. 保留一个电源,将其他电源置零:电压源用短路(导线)代替,电流源用开路(断开)代替。
  3. 在简化后的电路中求所需的电压或电流,并注意其方向。
  4. 对每个电源重复上述步骤,再将各分量按符号相加。

戴维南和诺顿

戴维南电压
Vth = Vopen circuit
戴维南电阻
Rth:所有独立源置零,从 a–b 看进去
诺顿电流
IN = Vth/Rth
负载电流
IL = Vth/(Rth + RL)
最大功率传输
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

方法

  1. 移去负载,并标出两个端子 a 和 b。
  2. 求 a、b 之间的开路电压:这就是 Vth。
  3. 将所有独立电源置零,求从 a–b 看进去的电阻:这就是 Rth。
  4. 把负载接回等效电路:Vth 与 Rth 串联。
  5. 求诺顿等效电路时进行变换:IN = Vth/Rth,RN = Rth 并联。

运放电路

反相放大器
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
同相放大器
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
加法放大器
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
理想运放
V+ = V−, Iin = 0

RC 和 RL 暂态

时间常数
τ = RC | τ = L/R
响应
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
直流下的电容
开路;vC 不能突变
直流下的电感
短路;iL 不能突变
稳态
t ≈ 5τ

方法

  1. 求换路后瞬间的初始值:电容电压和电感电流不能突变。
  2. 求换路后很长时间的终值:电容相当于开路,电感相当于短路。
  3. 求时间常数:τ = RC 或 τ = L/R,使用从电容或电感两端看进去的电阻。
  4. 使用 x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ。

2练习题

1.串并联电阻中等
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩIR2​AR4​15 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 12 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 30 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​3 ΩBR6​3 Ω

求电源 V1 看到的等效电阻 Req。

V1 = 9 VR1 = 30 ΩR2 = 5 ΩR3 = 30 ΩR4 = 3 ΩR5 = 8 ΩR6 = 3 Ω
Req = Ω
3.节点分析中等
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​5 ΩBIs​1.5 A

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R3 的电流 IR3。

V1 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 Ω
IR3 = A
4.节点分析困难
R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩIR2​R4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​30 ΩAR5​3 ΩBIs​2 A+−V2​18 V

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 36 VIs = 2 AV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 30 ΩR4 = 30 ΩR5 = 3 Ω
IR2 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 20 Ω+−VR1​R2​ = 15 Ω+−V1​30 VR3​8 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

用网孔分析法求 R1 两端按图示极性的电压 VR1。

V1 = 30 VV2 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
VR1 = V
6.网孔分析困难
R1​ = 10 ΩIR1​R2​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​12 VR4​2 ΩAR5​30 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 12 VV2 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 ΩR4 = 2 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​5 Ω+−VR2​AR4​3 ΩBIs​1.5 A

用叠加定理求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 15 VIs = 1.5 AR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
VR2 = V
8.叠加定理困难
R1​ = 25 ΩR2​ = 15 Ω+−VR2​R4​ = 25 Ω+−V1​36 VR3​20 ΩAIs​5 AB+−V2​36 V

用叠加定理求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 36 VIs = 5 AV2 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 Ω
VR2 = V
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩARL​6 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 6 Ω。将电路其余部分替换为戴维南等效电路,求负载电流 IL。

V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩRL = 6 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAIs​2 ABRL​3 ΩIL​

在 a–b 之间接入负载 RL = 3 Ω。将电路其余部分替换为戴维南等效电路,求负载电流 IL。

V1 = 36 VIs = 2 AR1 = 3 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 ΩRL = 3 Ω
IL = A
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 0.6 V

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源。 求输出电压 Vout。

Vin = 0.6 VR1 = 22 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = −1 VR1​ = 4.7 kΩV2​ = 2 VR3​ = 2 kΩR4​ = 2 kΩ

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源。 电阻比不匹配。求输出电压 Vout。

V1 = −1 VV2 = 2 VR1 = 4.7 kΩR2 = 2 kΩR3 = 2 kΩR4 = 2 kΩ
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 6.8 kΩC33 µF+−vC​

电源 Vₛ 通过 R₁ 给电容充电,R₂ 与 C 并联。 开关在 t = 0 闭合时电容未充电。 求开关闭合后电路的时间常数 τ。

Vs = 10 VR1 = 10 kΩR2 = 6.8 kΩC = 33 µF
τ = ms
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​30 V在 t = 0 断开R1​ = 1 kΩR2​ = 10 kΩi2​C10 µF+−vC​

开关已闭合很长时间,所以电路处于稳态。在 t = 0 开关断开。 求 t = 200 ms 时流过 R2 的电流 i2。

Vs = 30 VR1 = 1 kΩR2 = 10 kΩC = 10 µFt = 200 ms
i2 = mA

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 0.3784 A

串联和并联电阻:串联时每个电阻流过相同电流,R = R₁ + R₂ + …。并联时每个电阻两端电压相同,1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …。梯形网络每次合并一对,直到只剩一个等效电阻。

R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩAR4​15 ΩB

从远端开始合并电阻

从离电源最远的一端开始,逐步向电源合并。流过相同电流的电阻为串联;接在同一对节点之间的电阻为并联。

R3 + R4 = 6 + 15 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 6·21/(6+21) = 4.667 Ω
Req = R1 + 4.667 = 20 + 4.667 = 24.67 Ω

电源电流

电源只看到 Req,由欧姆定律得到它输出的电流。该电流流过 R₁。

IR1 = V1/Req = 12/24.67 = 0.4865 A

流过 R₂ 的电流

减去 R₁ 上的压降得到节点 A 的电压,即 R₂ 两端的电压。

VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0.4865·20 = 2.27 V
IR2 = VA/R2 = 2.27/6 = 0.3784 A

答案

IR2 = 0.3784 A
2.串并联电阻

答案: Req = 34.33 Ω

串联和并联电阻:串联时每个电阻流过相同电流,R = R₁ + R₂ + …。并联时每个电阻两端电压相同,1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …。梯形网络每次合并一对,直到只剩一个等效电阻。

R1​ = 30 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​3 ΩBR6​3 Ω

从远端开始合并电阻

从离电源最远的一端开始,逐步向电源合并。流过相同电流的电阻为串联;接在同一对节点之间的电阻为并联。

R5 + R6 = 8 + 3 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 2.357 Ω
R3 + 2.357 = 32.36 Ω
R2 ∥ 32.36 = 4.331 Ω
Req = R1 + 4.331 = 30 + 4.331 = 34.33 Ω

答案

Req = 34.33 Ω
3.节点分析

答案: IR3 = 0.7563 A

节点分析法:选定参考节点,标出未知节点电压,利用欧姆定律 (I = ΔV/R) 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律方程,并求解方程组。

R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​5 ΩBIs​1.5 A

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 30 V)。未知量:VA, VB。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/5 + (VA − 30)/3 + (VA − VB)/8 = 0
0.6583·VA − 0.125·VB = 10

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/8 = 1.5
−0.125·VA + 0.325·VB = 1.5

求解

Δ = (0.6583)(0.325) − (−0.125)(−0.125) = 0.1983
VA = Δ1/Δ = 3.438/0.1983 = 17.33 V
VB = Δ2/Δ = 2.237/0.1983 = 11.28 V

答案

IR3 = (VA − VB)/R3 = (17.33 − 11.28)/8 = 0.7563 A
4.节点分析

答案: IR2 = 1.341 A

节点分析法:选定参考节点,标出未知节点电压,利用欧姆定律 (I = ΔV/R) 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律方程,并求解方程组。

R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​30 ΩAR5​3 ΩBIs​2 A+−V2​18 V

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 36 V, V2 = 18 V)。未知量:VA, VB。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/30 + (VA − 36)/8 + (VA − VB)/15 = 0
0.225·VA − 0.06667·VB = 4.5

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/3 + (VB − VA)/15 + (VB − 18)/30 = (−2)
−0.06667·VA + 0.4333·VB = −1.4

求解

Δ = (0.225)(0.4333) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.09306
VA = Δ1/Δ = 1.857/0.09306 = 19.95 V
VB = Δ2/Δ = −0.015/0.09306 = −0.1612 V

答案

IR2 = (VA − VB)/R2 = (19.95 − −0.1612)/15 = 1.341 A
5.网孔分析

答案: VR1 = 22.14 V

网孔分析法:给平面电路的每个窗口设一个回路电流,沿每个回路列基尔霍夫电压定律(电压降之和 = 电压升之和)并求解。支路电流就是网孔电流,或共用支路上两个网孔电流之差。

R1​ = 20 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​30 VR3​8 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

设定网孔电流

在每个窗口画一个顺时针电流:I1, I2。两个网孔共用的电阻流过两者电流之差。

网孔 1 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
20·I1 + 8(I1 − I2) = 30
28·I1 − 8·I2 = 30

网孔 2 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
15·I2 + 8(I2 − I1) = (−6)
−8·I1 + 23·I2 = −6

求解

Δ = (28)(23) − (−8)(−8) = 580
I1 = Δ1/Δ = 642/580 = 1.107 A
I2 = Δ2/Δ = 72/580 = 0.1241 A

答案

IR1 = I1 = 1.107 A
VR1 = IR1·R1 = 1.107·20 = 22.14 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: IR1 = 0.9265 A

网孔分析法:给平面电路的每个窗口设一个回路电流,沿每个回路列基尔霍夫电压定律(电压降之和 = 电压升之和)并求解。支路电流就是网孔电流,或共用支路上两个网孔电流之差。

R1​ = 10 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​12 VR4​2 ΩAR5​30 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

设定网孔电流

在每个窗口画一个顺时针电流:I1, I2, I3。两个网孔共用的电阻流过两者电流之差。

网孔 1 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
10·I1 + 2(I1 − I2) = 12
12·I1 − 2·I2 = 12

网孔 2 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 2(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 38·I2 − 30·I3 = 0

网孔 3 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
30·I3 + 30(I3 − I2) = (−24)
−30·I2 + 60·I3 = −24

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 16320
I1 = Δ1/Δ = 15120/16320 = 0.9265 A
I2 = Δ2/Δ = −7200/16320 = −0.4412 A
I3 = Δ3/Δ = −10128/16320 = −0.6206 A

答案

IR1 = I1 = 0.9265 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: VR2 = 3.855 V

叠加定理:在线性电路中,任何电压或电流都等于各独立源单独作用时响应之和。要置零一个电源,将理想电压源换成短路,理想电流源换成开路。电阻保持不变。

R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAR4​3 ΩB开路

情况 1 · V1 单独作用

Iₛ 变为开路,因此 R₃ 和 R₄ 构成一条从 A 到地的串联支路,与 R₂ 并联。

R3+R4 = 20+3 = 23 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·23/(5+23) = 4.107 Ω
VA = 15·4.107/(15+4.107) = 3.224 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3.224·3/23 = 0.4206 V
VR2′ = VA − 0 = 3.224 − 0 = 3.224 V
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω短路R2​5 ΩAR4​3 ΩBIs​1.5 A

情况 2 · Is 单独作用

V₁ 变为短路,因此 R₁ 与 R₂ 并联。Iₛ 在 B 点分流到 R₄ 和经过 R₃ 的路径。

R1 ∥ R2 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 3 ∥ 23.75 = 2.664 Ω
VB = Is·Req = 1.5·2.664 = 3.995 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 3.995·3.75/23.75 = 0.6308 V
VR2″ = VA − 0 = 0.6308 − 0 = 0.6308 V

叠加各分量

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = 3.224 + 0.6308 = 3.855 V

结果为负表示实际上 极性与标注相反。

8.叠加定理

答案: VR2 = −42.55 V

叠加定理:在线性电路中,任何电压或电流都等于各独立源单独作用时响应之和。要置零一个电源,将理想电压源换成短路,理想电流源换成开路。电阻保持不变。

R1​ = 25 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​36 VR3​20 ΩA开路B短路

情况 1 · V1 单独作用

V₂ 变为短路,Iₛ 变为开路。从 A 看去,R₃ 与串联的 R₂+R₄ 并联。

R3 ∥ (R2+R4) = 20 ∥ 40 = 13.33 Ω
VA = 36·13.33/(25+13.33) = 12.52 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12.52·25/40 = 7.826 V
VR2′ = VA − VB = 12.52 − 7.826 = 4.696 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω短路R3​20 ΩAIs​5 AB短路

情况 2 · Is 单独作用

两个电压源都变为短路。Iₛ 在 B 点分流到 R₄(现在接地)和与 R₁ ∥ R₃ 串联的 R₂。

R1 ∥ R3 = 11.11 Ω,所以左侧路径为 R2+11.11 = 26.11 Ω
Req = R4 ∥ 26.11 = 12.77 Ω
VB = Is·Req = 5·12.77 = 63.86 V
VA = VB·11.11/26.11 = 27.17 V
VR2″ = VA − VB = 27.17 − 63.86 = −36.68 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω短路R3​20 ΩA开路B+−V2​36 V

情况 3 · V2 单独作用

V₁ 变为短路,Iₛ 变为开路。R₁ ∥ R₃ 接在 A 上,再与 R₂ 串联回到 B。

R1 ∥ R3 = 25·20/(25+20) = 11.11 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 36·26.11/51.11 = 18.39 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 18.39·11.11/26.11 = 7.826 V
VR2‴ = VA − VB = 7.826 − 18.39 = −10.57 V

叠加各分量

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = 4.696 + (−36.68) + (−10.57) = −42.55 V

结果为负表示实际上 极性与标注相反。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.4688 A

戴维南定理:任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω短路R2​12 ΩAabRth​

将所有电源置零,求 Rth

电压源换成短路,电流源换成开路,然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 15 = 18 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时 R₃ 中没有电流,因此其上无压降,V_b = V_A。R₁ 和 R₂ 构成分压电路。

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·12/(4+12) = 11.25 V
Rth​ = 18 Ω+−Vth​11.25 VRL​6 ΩIL​

将负载接到戴维南等效电路上

戴维南电源与串联的 R_th 在 a–b 处的表现与原电路完全相同,因此负载看到的是一个简单串联回路。

IL = Vth/(Rth + RL) = 11.25/(18 + 6) = 0.4688 A
10.戴维南和诺顿

答案: IL = 2.438 A

戴维南定理:任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω短路R2​2 ΩA开路BabRth​

将所有电源置零,求 Rth

电压源换成短路,电流源换成开路,然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 3·2/(3+2) = 1.2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.2 + 15 = 16.2 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAIs​2 ABab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时,Iₛ 只能经 R₃ 流入节点 A。用 V₁ 和 Iₛ 叠加求 V_A,再加上 R₃ 上的压降。

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 14.4 + 2·1.2 = 16.8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16.8 + 2·15 = 46.8 V
Rth​ = 16.2 Ω+−Vth​46.8 VRL​3 ΩIL​

将负载接到戴维南等效电路上

戴维南电源与串联的 R_th 在 a–b 处的表现与原电路完全相同,因此负载看到的是一个简单串联回路。

IL = Vth/(Rth + RL) = 46.8/(16.2 + 3) = 2.438 A
11.运放电路

答案: Vout = 3.327 V

理想运放规则:在负反馈下,运放调节输出使两个输入端电压相等 (V₋ = V₊),且没有电流流入任一输入端。利用这两点在反相输入端列 KCL 即可得到输出。

反相输入端跟随输入

V₋ = V₊ = 0.6 V
I = V₋/R1 = 0.6/22 = 0.02727 mA

输出电压

流过 R₁ 的电流也流过 Rf。

Vout = V₋ + I·Rf = 0.6 + 0.02727·100 = 3.327 V

答案

Vout = 3.327 V
12.运放电路

答案: Vout = 1.851 V

理想运放规则:在负反馈下,运放调节输出使两个输入端电压相等 (V₋ = V₊),且没有电流流入任一输入端。利用这两点在反相输入端列 KCL 即可得到输出。

+ 输入端的电压

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2·2/(2 + 2) = 1 V

叠加两个输入

V₂ = 0 时,V₁ 看到的是反相放大器。V₁ = 0 时,V₊ 被同相增益 1 + R₂/R₁ 放大。

Vout = −(2/4.7)·(−1) + (1 + 2/4.7)·1 = 0.4255 + 1.426 = 1.851 V

答案

Vout = 1.851 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: τ = 133.6 ms

一阶暂态:在只含一个电容或一个电感的电路中,每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值:x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ,其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

电容看到的戴维南等效电路

把电源短路求 Rth;把电容断开,求它最终稳定的电压。

Rth = R1 ∥ R2 = 10·6.8/(10 + 6.8) = 4.048 kΩ
vC(∞) = 10·6.8/(10 + 6.8) = 4.048 V

时间常数

τ = Rth·C = 4.048·33 = 133.6 ms

答案

τ = 133.6 ms
14.RC 和 RL 暂态

答案: i2 = 0.3691 mA

一阶暂态:在只含一个电容或一个电感的电路中,每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值:x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ,其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

电容的初始电压

稳态时电容相当于开路,所以 R₁ 和 R₂ 构成分压器。开关断开时电容电压不能突变。

vC(0) = 30·10/(1 + 10) = 27.27 V

开关断开后的时间常数

τ = R2·C = 10·10 = 100 ms

放电

vC(t) = 27.27·e−200/100 = 3.691 V
i2 = vC/R2 = 3.691/10 = 0.3691 mA

答案

i2 = 0.3691 mA

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1