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

求流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 30 VR₁ = 10 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 10 Ω

I_R2 = A

2.串并联电阻困难

求流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 18 VR₁ = 2 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 12 ΩR₄ = 25 ΩR₅ = 2 ΩR₆ = 4 Ω

I_R2 = A

3.节点分析中等

如图所示，节点 A 与地之间连接了三条支路。用节点分析法求支路 3 中沿箭头方向向上流入节点 A 的电流 I₃。

V₁ = 6 VR₁ = 3 ΩV₂ = 15 VR₂ = 5 ΩV₃ = 30 VR₃ = 20 Ω

I₃ = A

4.节点分析困难

菱形符号是一个电压控制电流源，它向上注入节点 B 的电流为 0.2·V_A（单位 A，V_A 单位为 V）。用节点分析法求节点电压 V_A（相对于地）。

V₁ = 18 VR₁ = 2 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 25 ΩR₄ = 2 Ωg = 0.2 A/V

V_A = V

5.网孔分析中等

用网孔分析法求网孔电流 I₂（顺时针）。

V₁ = 9 VV₂ = 24 VR₁ = 10 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 10 Ω

I₂ = A

6.网孔分析困难

用网孔分析法求沿箭头方向流过 R₄ 的电流 I_R4。

V₁ = 6 VV₂ = 10 VR₁ = 25 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 15 ΩR₅ = 10 Ω

I_R4 = 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 = 12 VI_s = 1.5 AR₁ = 10 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 6 Ω

I_R1 = A

8.叠加定理困难

用叠加定理求 R₃ 两端按图示极性的电压 V_R3。

V₁ = 10 VI_s = 6 AV₂ = 36 VR₁ = 12 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 12 ΩR₄ = 30 Ω

V_R3 = V

9.戴维南和诺顿中等

在 a–b 之间接入负载 R_L = 5 Ω。将电路其余部分替换为戴维南等效电路，求负载电流 I_L。

V₁ = 9 VR₁ = 3 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 12 ΩR_L = 5 Ω

I_L = A

10.戴维南和诺顿困难

在 a–b 之间接入负载 R_L = 25 Ω。利用戴维南等效电路求负载获得的功率 P_L。

V₁ = 30 VI_s = 5 AR₁ = 2 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 4 ΩR_L = 25 Ω

P_L = W

11.运放电路中等

差分放大器使用采用 ±15 V 电源的理想运放，其中 R₃ = R₁，R₄ = R₂。求反相输入端的电压 V₋。

V₁ = 2.8 VV₂ = −2.3 VR₁ = R₃ = 10 kΩR₂ = R₄ = 2 kΩ

V₋ = V

12.运放电路困难

加法放大器使用 ±15 V 供电的理想运放。求输出电压 V_out。

V₁ = 1.7 VV₂ = 0.6 VR₁ = 100 kΩR₂ = 47 kΩR_f = 100 kΩ

V_out = V

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 99%？求 t。

V_s = 12 VR = 10 ΩL = 10 mH

t = ms

14.RC 和 RL 暂态困难

一个定时器在 t = 0 时开始用 9 V 电源通过一个电阻给未充电的电容充电。当电容电压达到 8.1 V 时它必须触发，恰好在开始后 100 ms。已知 C = 2.2 µF，求所需的电阻 R。

V_s = 9 VV_th = 8.1 VT = 100 msC = 2.2 µF

R = kΩ

3溶液

1.串并联电阻

答案: I_R2 = 1.143 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。

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 + 10 = 16 Ω

R₂ ∥ 16 = 10·16/(10+16) = 6.154 Ω

R_eq = R₁ + 6.154 = 10 + 6.154 = 16.15 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 = 30/16.15 = 1.857 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。

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 30 − 1.857·10 = 11.43 V

I_R2 = V_A/R₂ = 11.43/10 = 1.143 A

答案

I_R2 = 1.143 A

2.串并联电阻

答案: I_R2 = 0.7384 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 = 2 + 4 = 6 Ω

R₄ ∥ 6 = 4.839 Ω

R₃ + 4.839 = 16.84 Ω

R₂ ∥ 16.84 = 9.142 Ω

R_eq = R₁ + 9.142 = 2 + 9.142 = 11.14 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 = 18/11.14 = 1.616 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。

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 18 − 1.616·2 = 14.77 V

I_R2 = V_A/R₂ = 14.77/20 = 0.7384 A

答案

I_R2 = 0.7384 A

3.节点分析

答案: I₃ = −1.8 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。

节点 A 的 KCL

取底部导线为地。每条支路从 A 流出的电流为 (V_A − V_k)/R_k，其中 V_k 为该支路电源的电压（纯电阻支路为零）。从 A 流出的电流之和为零。

(V_A − 6)/3 + (V_A − 15)/5 + (V_A − (−30))/20 = 0

求 V_A

V_A = (6/3 + 15/5 + (−30)/20) / (1/3 + 1/5 + 1/20) = 3.5/0.5833 = 6 V

支路电流

箭头沿支路向上，指向节点 A。

I₃ = ((−30) − V_A)/R₃ = ((−30) − 6)/20 = −1.8 A

答案

I₃ = −1.8 A

结果为负表示实际电流与箭头方向相反。

4.节点分析

答案: V_A = 13.91 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。

节点 A 的 KCL

经电阻从 A 流出的电流等于电源注入 A 的电流。

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

0.665·V_A − 0.04·V_B = 9

节点 B 的 KCL

受控源向节点 B 注入 g·V_A。把它当作独立源处理，然后把含 V_A 的项移到左边。

(V_B − V_A)/R₃ + V_B/R₄ = 0.2·V_A

−0.24·V_A + 0.54·V_B = 0

求解

Δ = (0.665)(0.54) − (−0.04)(−0.24) = 0.3495

V_A = Δ₁/Δ = 4.86/0.3495 = 13.91 V

V_B = Δ₂/Δ = 2.16/0.3495 = 6.18 V

答案

V_A = 13.91 V

5.网孔分析

答案: I₂ = −0.78 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。

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 + 10(I₁ − I₂) = 9

20·I₁ − 10·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 + R₃(I₂ − I₁) = −V₂

20·I₂ + 10(I₂ − I₁) = (−24)

−10·I₁ + 30·I₂ = −24

求解

Δ = (20)(30) − (−10)(−10) = 500

I₁ = Δ₁/Δ = 30/500 = 0.06 A

I₂ = Δ₂/Δ = −390/500 = −0.78 A

答案

I₂ = −0.78 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I_R4 = 0.2936 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

25·I₁ + 15(I₁ − I₂) = 6

40·I₁ − 15·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 + R₄(I₂ − I₁) + R₅(I₂ − I₃) = 0

12·I₂ + 15(I₂ − I₁) + 10(I₂ − I₃) = 0

−15·I₁ + 37·I₂ − 10·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

3·I₃ + 10(I₃ − I₂) = (−10)

−10·I₂ + 13·I₃ = −10

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 12315

I₁ = Δ₁/Δ = 786/12315 = 0.06382 A

I₂ = Δ₂/Δ = −2830/12315 = −0.2298 A

I₃ = Δ₃/Δ = −11650/12315 = −0.946 A

答案

I_R4 = I₁ − I₂ = 0.2936 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: I_R1 = 1.132 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 = 3+6 = 9 Ω

R₂ ∥ (R₃+R₄) = 12·9/(12+9) = 5.143 Ω

V_A = 12·5.143/(10+5.143) = 4.075 V

V_B = V_A·R₄/(R₃+R₄) = 4.075·6/9 = 2.717 V

I_R1′ = (V₁ − V_A)/R₁ = (12 − 4.075)/10 = 0.7925 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 = 10·12/(10+12) = 5.455 Ω

R_eq = R₄ ∥ (R₃+R₁∥R₂) = 6 ∥ 8.455 = 3.509 Ω

V_B = I_s·R_eq = (−1.5)·3.509 = −5.264 V

V_A = V_B·(R₁∥R₂)/(R₃+R₁∥R₂) = −5.264·5.455/8.455 = −3.396 V

I_R1″ = (V₁ − V_A)/R₁ = (0 − −3.396)/10 = 0.3396 A

叠加各分量

I_R1 = I_R1′ + I_R1″

I_R1 = 0.7925 + 0.3396 = 1.132 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: V_R3 = 29.82 V

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) = 12 ∥ 45 = 9.474 Ω

V_A = 10·9.474/(12+9.474) = 4.412 V

V_B = V_A·R₄/(R₂+R₄) = 4.412·30/45 = 2.941 V

V_R3′ = V_A − 0 = 4.412 − 0 = 4.412 V

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 = 6 Ω，所以左侧路径为 R₂+6 = 21 Ω

R_eq = R₄ ∥ 21 = 12.35 Ω

V_B = I_s·R_eq = 6·12.35 = 74.12 V

V_A = V_B·6/21 = 21.18 V

V_R3″ = V_A − 0 = 21.18 − 0 = 21.18 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 = 12·12/(12+12) = 6 Ω

V_B = V₂·(R₂+R₁∥R₃)/(R₄+R₂+R₁∥R₃) = 36·21/51 = 14.82 V

V_A = V_B·(R₁∥R₃)/(R₂+R₁∥R₃) = 14.82·6/21 = 4.235 V

V_R3‴ = V_A − 0 = 4.235 − 0 = 4.235 V

叠加各分量

V_R3 = V_R3′ + V_R3″ + V_R3‴

V_R3 = 4.412 + 21.18 + 4.235 = 29.82 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: I_L = 0.298 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 = 3·5/(3+5) = 1.875 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1.875 + 12 = 13.88 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) = 9·5/(3+5) = 5.625 V

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。

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 5.625/(13.88 + 5) = 0.298 A

10.戴维南和诺顿

答案: P_L = 75.61 W

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 = 2·10/(2+10) = 1.667 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1.667 + 4 = 5.667 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) = 25 + 5·1.667 = 33.33 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 33.33 + 5·4 = 53.33 V

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。

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 53.33/(5.667 + 25) = 1.739 A

P_L = I_L²·R_L = 1.739²·25 = 75.61 W

11.运放电路

答案: V₋ = −0.3833 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

R₃ 和 R₄ 流过相同的电流，所以构成分压器；反馈使 V₋ = V₊。

V₊ = V₂·R₄/(R₃ + R₄) = −2.3·2/(10 + 2) = −0.3833 V

V₋ = V₊

答案

V₋ = −0.3833 V

12.运放电路

答案: V_out = −2.977 V

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 = 1.7/100 = 0.017 mA

I₂ = V₂/R₂ = 0.6/47 = 0.01277 mA

I_f = I₁ + I₂ = 0.02977 mA

输出电压

V_out = −R_f·I_f = −100·0.02977 = −2.977 V

答案

V_out = −2.977 V

13.RC 和 RL 暂态

答案: t = 4.605 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 = 10 mH / 10 Ω = 1 ms

i(∞) = V_s/R = 12/10 = 1.2 A

求解时间

0.99 = 1 − e^−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.99)

t = −1·ln(0.01) = 4.605 ms

答案

t = 4.605 ms

14.RC 和 RL 暂态

答案: R = 19.74 kΩ

所需的时间常数

8.1 = 9·(1 − e^−100/τ) → τ = 100/ln(9/(9 − 8.1))

τ = 100/2.303 = 43.43 ms

电阻

kΩ 乘以 µF 得到毫秒。

R = τ/C = 43.43/2.2 = 19.74 kΩ

答案

R = 19.74 kΩ

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

电源电流

流过 R₂ 的电流

答案

从远端开始合并电阻

电源电流

流过 R₂ 的电流

答案

节点 A 的 KCL

求 VA

支路电流

答案

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

将负载接到戴维南等效电路上

将所有电源置零，求 Rth

求开路电压 Vth

将负载接到戴维南等效电路上

输入端的电压

答案

输入电流

输出电压

答案

时间常数和终值电流

求解时间

答案

所需的时间常数

电阻

答案

求 V_A

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