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
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​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​10 ΩB

求电源 V1 看到的等效电阻 Req。

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
Req = Ω
2.串并联电阻困难
R1​ = 8 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩIR2​AR4​30 ΩBR6​10 Ω

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 10 Ω
IR2 = A
3.节点分析中等
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​18 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R3 的电流 IR3。

V1 = 18 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 Ω
IR3 = A
4.节点分析困难
R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​4 ΩAR5​25 ΩBIs​4 A−+V2​12 V

用节点分析法求 节点电压 VA(相对于地)。

V1 = 9 VIs = 4 AV2 = 12 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 25 ΩR5 = 25 Ω
VA = V
5.网孔分析中等
R1​ = 6 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​15 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

用网孔分析法求 网孔电流 I2(顺时针)。

V1 = 30 VV2 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
I2 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 12 ΩR2​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR4​8 ΩAR5​4 ΩIR5​B+−V2​12 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R5 的电流 IR5。

V1 = 9 VV2 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 ΩR5 = 4 Ω
IR5 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​12 ΩBIs​5 A

用叠加定理求 R3 吸收的功率 PR3。

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
PR3 = W
8.叠加定理困难
R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 2 ΩIR4​+−V1​10 VR3​10 ΩAIs​1.5 AB+−V2​12 V

用叠加定理求 R4 吸收的功率 PR4。

V1 = 10 VIs = 1.5 AV2 = 12 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
PR4 = W
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩARL​10 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 10 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 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 10 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAIs​1.5 ABRL​8 ΩIL​

在 a–b 之间接入负载 RL = 8 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 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 ΩRL = 8 Ω
IL = A
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = −3.5 VRa​ = 22 kΩRb​ = 10 kΩ

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源。 求输出电压 Vout。

Vin = −3.5 VRa = 22 kΩRb = 10 kΩR1 = 22 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
−+Vout​Rf​ = 1 kΩV1​ = −0.1 VR1​ = 22 kΩV2​ = −0.9 VR2​ = 2 kΩIf​

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 If。

V1 = −0.1 VV2 = −0.9 VR1 = 22 kΩR2 = 2 kΩRf = 1 kΩ
If = mA
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​9 Vt = 0R = 33 ΩL68 mHi(t)

开关在 t = 0 闭合前,电感中没有电流。 求 t = 5 ms 时电感两端的电压 vL。

Vs = 9 VR = 33 ΩL = 68 mHt = 5 ms
vL = V
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​20 Vt = 0R = 1 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 24 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 24 V,极性如图所示。 求 t = 60 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 20 VR = 1 kΩC = 22 µFvC(0) = 24 Vt = 60 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: Req = 16.32 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​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​10 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 = 20 + 10 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 8·30/(8+30) = 6.316 Ω
Req = R1 + 6.316 = 10 + 6.316 = 16.32 Ω

答案

Req = 16.32 Ω
2.串并联电阻

答案: IR2 = 1.444 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​ = 8 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​30 ΩBR6​10 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 + 10 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 11.25 Ω
R3 + 11.25 = 41.25 Ω
R2 ∥ 41.25 = 1.908 Ω
Req = R1 + 1.908 = 8 + 1.908 = 9.908 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 = 15/9.908 = 1.514 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 = 15 − 1.514·8 = 2.888 V
IR2 = VA/R2 = 2.888/2 = 1.444 A

答案

IR2 = 1.444 A
3.节点分析

答案: IR3 = 0.5022 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​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/20 + (VA − 18)/6 + (VA − VB)/8 = 0
0.3417·VA − 0.125·VB = 3

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
−0.125·VA + 0.325·VB = 1

求解

Δ = (0.3417)(0.325) − (−0.125)(−0.125) = 0.09542
VA = Δ1/Δ = 1.1/0.09542 = 11.53 V
VB = Δ2/Δ = 0.7167/0.09542 = 7.511 V

答案

IR3 = (VA − VB)/R3 = (11.53 − 7.511)/8 = 0.5022 A
4.节点分析

答案: VA = 6.095 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。

R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​4 ΩAR5​25 ΩBIs​4 A−+V2​12 V

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 9 V, V2 = −12 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/4 + (VA − 9)/20 + (VA − VB)/15 = 0
0.3667·VA − 0.06667·VB = 0.45

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/25 + (VB − VA)/15 + (VB − (−12))/25 = 4
−0.06667·VA + 0.1467·VB = 3.52

求解

Δ = (0.3667)(0.1467) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.04933
VA = Δ1/Δ = 0.3007/0.04933 = 6.095 V
VB = Δ2/Δ = 1.321/0.04933 = 26.77 V

答案

VA = 6.095 V
5.网孔分析

答案: I2 = 0.4706 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​ = 6 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​15 ΩA+−V2​10 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 30
21·I1 − 15·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
20·I2 + 15(I2 − I1) = (−10)
−15·I1 + 35·I2 = −10

求解

Δ = (21)(35) − (−15)(−15) = 510
I1 = Δ1/Δ = 900/510 = 1.765 A
I2 = Δ2/Δ = 240/510 = 0.4706 A

答案

I2 = 0.4706 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: IR5 = 0.6741 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​ = 12 ΩR2​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR4​8 ΩAR5​4 ΩB+−V2​12 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
12·I1 + 8(I1 − I2) = 9
20·I1 − 8·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 + 8(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 24·I2 − 4·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
15·I3 + 4(I3 − I2) = (−12)
−4·I2 + 19·I3 = −12

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 7584
I1 = Δ1/Δ = 3576/7584 = 0.4715 A
I2 = Δ2/Δ = 408/7584 = 0.0538 A
I3 = Δ3/Δ = −4704/7584 = −0.6203 A

答案

IR5 = I2 − I3 = 0.6741 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: PR3 = 24.91 W

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​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​12 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 = 8+12 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·20/(15+20) = 8.571 Ω
VA = 24·8.571/(6+8.571) = 14.12 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 14.12·12/20 = 8.471 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (14.12 − 8.471)/8 = 0.7059 A
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω短路R2​15 ΩAR4​12 ΩBIs​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 = 6·15/(6+15) = 4.286 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 12.29 = 6.071 Ω
VB = Is·Req = 5·6.071 = 30.35 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 30.35·4.286/12.29 = 10.59 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (10.59 − 30.35)/8 = −2.471 A

把电流的各个贡献相加

IR3 = IR3′ + IR3″ = 0.7059 + (−2.471) = −1.765 A

电阻中的功率

功率取决于电流的平方,所以不满足叠加定理:先把电流相加,再取平方。

PR3 = IR3²·R3 = (−1.765)²·8 = 24.91 W

答案

PR3 = 24.91 W

把各单独情况下的功率相加会得到 52.82 W,这是错误的。

8.叠加定理

答案: PR4 = 5.919 W

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​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​10 VR3​10 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) = 10 ∥ 22 = 6.875 Ω
VA = 10·6.875/(30+6.875) = 1.864 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1.864·2/22 = 0.1695 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (0.1695 − 0)/2 = 0.08475 A
R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 2 Ω短路R3​10 ΩAIs​1.5 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。 Iₛ 的箭头向下,背离其节点,所以 Iₛ 从该节点抽出电流:其项带负号。

R1 ∥ R3 = 7.5 Ω,所以左侧路径为 R2+7.5 = 27.5 Ω
Req = R4 ∥ 27.5 = 1.864 Ω
VB = −Is·Req = −1.5·1.864 = −2.797 V
VA = VB·7.5/27.5 = −0.7627 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (−2.797 − 0)/2 = −1.398 A
R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 2 Ω短路R3​10 ΩA开路B+−V2​12 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 = 30·10/(30+10) = 7.5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 12·27.5/29.5 = 11.19 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 11.19·7.5/27.5 = 3.051 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (11.19 − 12)/2 = −0.4068 A

把电流的各个贡献相加

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴ = 0.08475 + (−1.398) + (−0.4068) = −1.72 A

电阻中的功率

功率取决于电流的平方,所以不满足叠加定理:先把电流相加,再取平方。

PR4 = IR4²·R4 = (−1.72)²·2 = 5.919 W

答案

PR4 = 5.919 W

把各单独情况下的功率相加会得到 4.256 W,这是错误的。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.16 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​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω短路R2​4 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 = 10·4/(10+4) = 2.857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.857 + 5 = 7.857 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 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) = 10·4/(10+4) = 2.857 V
Rth​ = 7.857 Ω+−Vth​2.857 VRL​10 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) = 2.857/(7.857 + 10) = 0.16 A
10.戴维南和诺顿

答案: IL = 2.011 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​ = 5 Ω短路R2​8 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 = 4·8/(4+8) = 2.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.667 + 5 = 7.667 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAIs​1.5 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) = 20 + 1.5·2.667 = 24 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 24 + 1.5·5 = 31.5 V
Rth​ = 7.667 Ω+−Vth​31.5 VRL​8 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) = 31.5/(7.667 + 8) = 2.011 A
11.运放电路

答案: Vout = −6.065 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₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = −3.5·10/(22 + 10) = −1.094 V

同相增益

V₋ = V₊,流过 R₁ 的电流也流过 Rf。

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = −1.094·(1 + 100/22) = −6.065 V

答案

Vout = −6.065 V
12.运放电路

答案: If = −0.4545 mA

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 = −0.1/22 = −0.004545 mA
I2 = V2/R2 = −0.9/2 = −0.45 mA
If = I1 + I2 = −0.4545 mA

答案

If = −0.4545 mA
13.RC 和 RL 暂态

答案: vL = 0.7951 V

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 = 68 mH / 33 Ω = 2.061 ms
i(∞) = Vs/R = 9/33 = 0.2727 A

电感电压

t = 0 时全部电源电压加在电感上;之后衰减到零。

vL(t) = Vs·e−t/τ = 9·e−5/2.061 = 0.7951 V

答案

vL = 0.7951 V
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 20.26 V

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。

初始值、终值、时间常数

电容电压不能突变,所以它从储存值开始,趋向电源电压。

vC(0) = 24 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 1 kΩ · 22 µF = 22 ms
vC(t) = 20 + (24 − 20)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(60) = 20 + (4)·e−60/22 = 20.26 V

答案

vC = 20.26 V

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