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。

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1公式与方法

串并联电阻

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

方法

从离端子最远的网络末端开始。
串联电阻直接相加，并联电阻用 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
每一步之后重新画电路。
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: ΣI_in = ΣI_out
支路电流: I = (V_a − V_b)/R
参考节点: V_ground = 0

方法

选定参考节点（地），并标出其他节点电压。
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。
把每条支路电流表示为 (V_a − V_b)/R。
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

在电路的每个网孔（窗口）中设一个顺时针电流。
对每个网孔应用基尔霍夫电压定律：电压降之和为零。
两个网孔共用的电阻中，电流为两个网孔电流之差。
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

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。
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。
在简化后的电路中求所需的电压或电流，并注意其方向。
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: V_th = V_{open circuit}
戴维南电阻: R_th：所有独立源置零，从 a–b 看进去
诺顿电流: I_N = V_th/R_th
负载电流: I_L = V_th/(R_th + R_L)
最大功率传输: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

方法

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

运放电路

反相放大器: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
同相放大器: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
加法放大器: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
理想运放: V₊ = V₋, I_in = 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；v_C 不能突变
直流下的电感: 短路；i_L 不能突变
稳态: t ≈ 5τ

方法

求换路后瞬间的初始值：电容电压和电感电流不能突变。
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。
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。
使用 x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ。

2练习题

1.串并联电阻中等

求电源 V₁ 看到的等效电阻 R_eq。

V₁ = 15 VR₁ = 2 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 8 ΩR₄ = 8 Ω

R_eq = Ω

2.串并联电阻困难

求电源输出并流过 R₁ 的电流 I_R1。

V₁ = 5 VR₁ = 20 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 20 ΩR₄ = 25 ΩR₅ = 15 ΩR₆ = 3 Ω

I_R1 = A

3.节点分析中等

用节点分析法求节点电压 V_B（相对于地）。

V₁ = 12 VI_s = 2 AR₁ = 12 ΩR₂ = 6 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 3 Ω

V_B = V

4.节点分析困难

用节点分析法求沿箭头方向流过 R₄ 的电流 I_R4。

V₁ = 15 VI_s = 4 AV₂ = 10 VR₁ = 6 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 2 ΩR₄ = 8 ΩR₅ = 6 Ω

I_R4 = A

5.网孔分析中等

用网孔分析法求 R₃ 两端按图示极性的电压 V_R3。

V₁ = 6 VV₂ = 12 VR₁ = 10 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 6 Ω

V_R3 = V

6.网孔分析困难

用网孔分析法求沿箭头方向流过 R₃ 的电流 I_R3。

V₁ = 9 VV₂ = 18 VR₁ = 6 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 25 ΩR₅ = 15 Ω

I_R3 = A

7.叠加定理中等

用叠加定理求沿箭头方向流过 R₁ 的电流 I_R1。

V₁ = 9 VI_s = 5 AR₁ = 20 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 15 Ω

I_R1 = A

8.叠加定理困难

用叠加定理求沿箭头方向流过 R₃ 的电流 I_R3。

V₁ = 15 VI_s = 4 AV₂ = 12 VR₁ = 25 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 25 ΩR₄ = 8 Ω

I_R3 = A

9.戴维南和诺顿中等

求诺顿电流 I_N：端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V₁ = 30 VR₁ = 4 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 5 Ω

I_N = A

10.戴维南和诺顿困难

求从端口 a–b 看进去的戴维南电压 V_th。

V₁ = 12 VI_s = 3 AR₁ = 15 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 20 Ω

V_th = V

11.运放电路中等

选择反馈电阻 R_f，使该同相放大器的电压增益为 11。

R₁ = 100 kΩA_v = 11

R_f = kΩ

12.运放电路困难

加法放大器使用 ±15 V 供电的理想运放。求流过反馈电阻、流向输出端的电流 I_f。

V₁ = −1.9 VV₂ = −0.4 VR₁ = 47 kΩR₂ = 4.7 kΩR_f = 2 kΩ

I_f = mA

13.RC 和 RL 暂态中等

开关在 t = 0 闭合前，电感中没有电流。开关闭合后多长时间电流达到终值的 75%？求 t。

V_s = 9 VR = 10 ΩL = 47 mH

t = ms

14.RC 和 RL 暂态困难

跨接在 R₂ 两端的开关已闭合很长时间，所以电感电流是稳定的。在 t = 0 开关断开。求 t = 1 ms 时的电感电流 i。

V_s = 12 VR₁ = 10 ΩR₂ = 47 ΩL = 47 mHt = 1 ms

i = A

3溶液

1.串并联电阻

答案: R_eq = 10.89 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。

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 = 8 + 8 = 16 Ω

R₂ ∥ 16 = 20·16/(20+16) = 8.889 Ω

R_eq = R₁ + 8.889 = 2 + 8.889 = 10.89 Ω

答案

R_eq = 10.89 Ω

2.串并联电阻

答案: I_R1 = 0.1664 A

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 = 15 + 3 = 18 Ω

R₄ ∥ 18 = 10.47 Ω

R₃ + 10.47 = 30.47 Ω

R₂ ∥ 30.47 = 10.05 Ω

R_eq = R₁ + 10.05 = 20 + 10.05 = 30.05 Ω

电源电流

电源只看到 R_eq，由欧姆定律得到它输出的电流。该电流流过 R₁。

I_R1 = V₁/R_eq = 5/30.05 = 0.1664 A

答案

I_R1 = 0.1664 A

3.节点分析

答案: V_B = 5.538 V

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。

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源（V₁ = 12 V）。未知量：V_A, V_B。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

V_A/R₂ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₃ = 0

V_A/6 + (V_A − 12)/12 + (V_A − V_B)/6 = 0

0.4167·V_A − 0.1667·V_B = 1

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

V_B/R₄ + (V_B − V_A)/R₃ = I_s

V_B/3 + (V_B − V_A)/6 = 2

−0.1667·V_A + 0.5·V_B = 2

求解

Δ = (0.4167)(0.5) − (−0.1667)(−0.1667) = 0.1806

V_A = Δ₁/Δ = 0.8333/0.1806 = 4.615 V

V_B = Δ₂/Δ = 1/0.1806 = 5.538 V

答案

V_B = 5.538 V

4.节点分析

答案: I_R4 = 0.5276 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。

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源（V₁ = 15 V, V₂ = 10 V）。未知量：V_A, V_B。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

V_A/R₃ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₂ = 0

V_A/2 + (V_A − 15)/6 + (V_A − V_B)/8 = 0

0.7917·V_A − 0.125·V_B = 2.5

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

V_B/R₅ + (V_B − V_A)/R₂ + (V_B − V₂)/R₄ = I_s

V_B/6 + (V_B − V_A)/8 + (V_B − 10)/8 = 4

−0.125·V_A + 0.4167·V_B = 5.25

求解

Δ = (0.7917)(0.4167) − (−0.125)(−0.125) = 0.3142

V_A = Δ₁/Δ = 1.698/0.3142 = 5.403 V

V_B = Δ₂/Δ = 4.469/0.3142 = 14.22 V

答案

I_R4 = (V_B − V₂)/R₄ = (14.22 − 10)/8 = 0.5276 A

5.网孔分析

答案: V_R3 = 6.968 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。

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

10·I₁ + 6(I₁ − I₂) = 6

16·I₁ − 6·I₂ = 6

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

4·I₂ + 6(I₂ − I₁) = (−12)

−6·I₁ + 10·I₂ = −12

求解

Δ = (16)(10) − (−6)(−6) = 124

I₁ = Δ₁/Δ = −12/124 = −0.09677 A

I₂ = Δ₂/Δ = −156/124 = −1.258 A

答案

I_R3 = I₁ − I₂ = 1.161 A

V_R3 = I_R3·R₃ = 1.161·6 = 6.968 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I_R3 = −0.8131 A

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

6·I₁ + 25(I₁ − I₂) = 9

31·I₁ − 25·I₂ = 9

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

12·I₂ + 25(I₂ − I₁) + 15(I₂ − I₃) = 0

−25·I₁ + 52·I₂ − 15·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

10·I₃ + 15(I₃ − I₂) = (−18)

−15·I₂ + 25·I₃ = −18

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 17700

I₁ = Δ₁/Δ = 2925/17700 = 0.1653 A

I₂ = Δ₂/Δ = −2745/17700 = −0.1551 A

I₃ = Δ₃/Δ = −14391/17700 = −0.8131 A

答案

I_R3 = I₃ = −0.8131 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: I_R1 = −0.4579 A

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。

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 = 10+15 = 25 Ω

R₂ ∥ (R₃+R₄) = 10·25/(10+25) = 7.143 Ω

V_A = 9·7.143/(20+7.143) = 2.368 V

V_B = V_A·R₄/(R₃+R₄) = 2.368·15/25 = 1.421 V

I_R1′ = (V₁ − V_A)/R₁ = (9 − 2.368)/20 = 0.3316 A

情况 2 · I_s 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 = 20·10/(20+10) = 6.667 Ω

R_eq = R₄ ∥ (R₃+R₁∥R₂) = 15 ∥ 16.67 = 7.895 Ω

V_B = I_s·R_eq = 5·7.895 = 39.47 V

V_A = V_B·(R₁∥R₂)/(R₃+R₁∥R₂) = 39.47·6.667/16.67 = 15.79 V

I_R1″ = (V₁ − V_A)/R₁ = (0 − 15.79)/20 = −0.7895 A

叠加各分量

I_R1 = I_R1′ + I_R1″

I_R1 = 0.3316 + (−0.7895) = −0.4579 A

结果为负表示实际上电流与箭头方向相反。

8.叠加定理

答案: I_R3 = 0.2612 A

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) = 25 ∥ 12 = 8.108 Ω

V_A = 15·8.108/(25+8.108) = 3.673 V

V_B = V_A·R₄/(R₂+R₄) = 3.673·8/12 = 2.449 V

I_R3′ = (0 − V_A)/R₃ = (0 − 3.673)/25 = −0.1469 A

情况 2 · I_s 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 = 12.5 Ω，所以左侧路径为 R₂+12.5 = 16.5 Ω

R_eq = R₄ ∥ 16.5 = 5.388 Ω

V_B = I_s·R_eq = (−4)·5.388 = −21.55 V

V_A = V_B·12.5/16.5 = −16.33 V

I_R3″ = (0 − V_A)/R₃ = (0 − −16.33)/25 = 0.6531 A

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 = 25·25/(25+25) = 12.5 Ω

V_B = V₂·(R₂+R₁∥R₃)/(R₄+R₂+R₁∥R₃) = 12·16.5/24.5 = 8.082 V

V_A = V_B·(R₁∥R₃)/(R₂+R₁∥R₃) = 8.082·12.5/16.5 = 6.122 V

I_R3‴ = (0 − V_A)/R₃ = (0 − 6.122)/25 = −0.2449 A

叠加各分量

I_R3 = I_R3′ + I_R3″ + I_R3‴

I_R3 = (−0.1469) + 0.6531 + (−0.2449) = 0.2612 A

结果为负表示实际上电流与箭头方向相反。

9.戴维南和诺顿

答案: I_N = 2.727 A

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

将所有电源置零，求 R_th

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 = 4·10/(4+10) = 2.857 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2.857 + 5 = 7.857 Ω

求开路电压 V_th

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。

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 30·10/(4+10) = 21.43 V

诺顿等效

诺顿电源是同一电路看作与 R_th 并联的电流源。其电流就是 a–b 的短路电流。

I_N = V_th/R_th = 21.43/7.857 = 2.727 A

10.戴维南和诺顿

答案: V_th = −76.5 V

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

将所有电源置零，求 R_th

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 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 7.5 + 20 = 27.5 Ω

求开路电压 V_th

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。

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 6 + (−3)·7.5 = −16.5 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = −16.5 + (−3)·20 = −76.5 V

11.运放电路

答案: R_f = 1000 kΩ

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。

同相放大器的增益

V₋ = V₊ = V_in，且流过 R₁ 的电流也流过 R_f，所以 V_out = V_in·(1 + R_f/R₁)。

A_v = 1 + R_f/R₁

R_f = (11 − 1)·100 = 1000 kΩ

答案

R_f = 1000 kΩ

12.运放电路

答案: I_f = −0.1255 mA

输入电流

V₋ = 0，所以每个输入电阻两端就是其全部输入电压。

I₁ = V₁/R₁ = −1.9/47 = −0.04043 mA

I₂ = V₂/R₂ = −0.4/4.7 = −0.08511 mA

I_f = I₁ + I₂ = −0.1255 mA

答案

I_f = −0.1255 mA

13.RC 和 RL 暂态

答案: t = 6.516 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。

时间常数和终值电流

开关闭合很久后，电感相当于短路，因此终值电流只由 R 决定。

τ = L/R = 47 mH / 10 Ω = 4.7 ms

i(∞) = V_s/R = 9/10 = 0.9 A

求解时间

0.75 = 1 − e^−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.75)

t = −4.7·ln(0.25) = 6.516 ms

答案

t = 6.516 ms

14.RC 和 RL 暂态

答案: i = 0.5048 A

初始值、终值、时间常数

在 t = 0 之前，闭合的开关把 R₂ 旁路；之后 R₁ 和 R₂ 都在回路中。

i(0) = 12/10 = 1.2 A

i(∞) = 12/(10 + 47) = 0.2105 A

τ = L/R = 47/57 = 0.8246 ms

i(t) = 0.2105 + (1.2 − 0.2105)·e^−t/τ

给定时刻的电流

i(1) = 0.2105 + (0.9895)·e^−1/0.8246 = 0.5048 A

答案

i = 0.5048 A

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

电路分析（一）：速成包

1公式与方法

串并联电阻

方法

节点分析

方法

网孔分析

方法

叠加定理

方法

戴维南和诺顿

方法

运放电路

RC 和 RL 暂态

方法

2练习题

3溶液

从远端开始合并电阻

答案

从远端开始合并电阻

电源电流

答案

设定节点

节点 A 的 KCL

节点 B 的 KCL

求解

答案

设定节点

节点 A 的 KCL

节点 B 的 KCL

求解

答案

设定网孔电流

网孔 1 的 KVL

网孔 2 的 KVL

求解

答案

设定网孔电流

网孔 1 的 KVL

网孔 2 的 KVL

网孔 3 的 KVL

求解

答案

情况 1 · V1 单独作用

情况 2 · Is 单独作用

叠加各分量

情况 1 · V1 单独作用

情况 2 · Is 单独作用

情况 3 · V2 单独作用

叠加各分量

将所有电源置零，求 Rth

求开路电压 Vth

诺顿等效

将所有电源置零，求 Rth

求开路电压 Vth

同相放大器的增益

答案

输入电流

答案

时间常数和终值电流

求解时间

答案

初始值、终值、时间常数

给定时刻的电流

答案

情况 1 · V₁ 单独作用

情况 2 · I_s 单独作用

情况 1 · V₁ 单独作用

情况 2 · I_s 单独作用

情况 3 · V₂ 单独作用

将所有电源置零，求 R_th

求开路电压 V_th

将所有电源置零，求 R_th

求开路电压 V_th