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​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩIR2​AR4​10 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 25 ΩIR1​R3​ = 25 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​5 Ω

求电源输出并流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 9 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 25 ΩR4 = 30 ΩR5 = 12 ΩR6 = 5 Ω
IR1 = A
3.节点分析中等
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​2 ΩBIs​1 A

用节点分析法求 节点电压 VB(相对于地)。

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
VB = V
4.节点分析困难
R1​ = 4 Ω−+Vs​ = 15 V+−V1​6 VR2​20 ΩAR3​10 ΩBIs​2.5 A

A 与 B 之间的电压源 Vₛ 的 + 端在 B,所以它使 VB − VA = Vₛ。 用含超节点的节点分析法求 节点电压 VB(相对于地)。

V1 = 6 VIs = 2.5 AVs = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 Ω
VB = V
5.网孔分析中等
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​15 Ω+−VR3​A+−V2​30 VI1​I2​

用网孔分析法求 R3 两端按图示极性的电压 VR3。

V1 = 12 VV2 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
VR3 = V
6.网孔分析困难
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 Ω+−VR2​R3​ = 4 Ω+−V1​5 VR4​12 ΩAR5​12 ΩB+−V2​36 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 5 VV2 = 36 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 ΩR4 = 12 ΩR5 = 12 Ω
VR2 = V
7.叠加定理中等
R1​ = 6 ΩR3​ = 15 ΩIR3​+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​?

求使流过 R3 的电流 IR3 为零的电流源 Is 的值(方向如图所示)。

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩR4 = 3 Ω
Is = A
8.叠加定理困难
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 Ω−+VR2​R4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​2 ΩAIs​5 AB+−V2​15 V

用叠加定理求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 15 VIs = 5 AV2 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 Ω
VR2 = V
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩARL​3 ΩIL​B

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 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​3 ABRL​4 ΩIL​

在 a–b 之间接入负载 RL = 4 Ω。利用戴维南等效电路求负载获得的功率 PL。

V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩRL = 4 Ω
PL = W
11.运放电路中等
−+Vout​R2​ = 4.7 kΩV1​ = −2 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1.9 VR3​ = 22 kΩR4​ = 4.7 kΩ

差分放大器使用采用 ±15 V 电源的理想运放,其中 R3 = R1,R4 = R2。 求输出电压 Vout。

V1 = −2 VV2 = 1.9 VR1 = R3 = 22 kΩR2 = R4 = 4.7 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = −1.8 VR1​ = 22 kΩV2​ = −0.7 VR2​ = 4.7 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 = −1.8 VV2 = −0.7 VR1 = 22 kΩR2 = 4.7 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 3.3 kΩC10 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 t = 30 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 24 VR1 = 10 kΩR2 = 3.3 kΩC = 10 µFt = 30 ms
vC = V
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 3 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 3 V,极性如图所示。 vC 需要多长时间达到 12.6 V?求 t。

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 220 µFvC(0) = 3 V
t = ms

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 0.3176 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​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​10 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 = 2 + 10 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 10·12/(10+12) = 5.455 Ω
Req = R1 + 5.455 = 10 + 5.455 = 15.45 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 = 9/15.45 = 0.5824 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 = 9 − 0.5824·10 = 3.176 V
IR2 = VA/R2 = 3.176/10 = 0.3176 A

答案

IR2 = 0.3176 A
2.串并联电阻

答案: IR1 = 0.3062 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​ = 25 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​5 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 = 12 + 5 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 10.85 Ω
R3 + 10.85 = 35.85 Ω
R2 ∥ 35.85 = 4.388 Ω
Req = R1 + 4.388 = 25 + 4.388 = 29.39 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 = 9/29.39 = 0.3062 A

答案

IR1 = 0.3062 A
3.节点分析

答案: VB = 1.88 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​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​2 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 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/2 + (VA − 12)/15 + (VA − VB)/6 = 0
0.7333·VA − 0.1667·VB = 0.8

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/2 + (VB − VA)/6 = 1
−0.1667·VA + 0.6667·VB = 1

求解

Δ = (0.7333)(0.6667) − (−0.1667)(−0.1667) = 0.4611
VA = Δ1/Δ = 0.7/0.4611 = 1.518 V
VB = Δ2/Δ = 0.8667/0.4611 = 1.88 V

答案

VB = 1.88 V
4.节点分析

答案: VB = 21.25 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。

构成超节点

A 与 B 之间的电压源中的电流未知,所以不能分别在 A 或 B 单独列 KCL。把 A、B 和电压源一起包成一个超节点:流入它的电流等于流出它的电流。

VB = VA + 15
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

求解

(VA − 6)/4 + VA/20 + (VA + 15)/10 = 2.5
VA·(1/4 + 1/20 + 1/10) = 2.5 + 6/4 − 15/10 = 2.5
VA = 2.5/0.4 = 6.25 V
VB = 21.25 V

答案

VB = 21.25 V
5.网孔分析

答案: VR3 = 21.18 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​ = 6 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩA+−V2​30 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) = 12
21·I1 − 15·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 + R3(I2 − I1) = −V2
3·I2 + 15(I2 − I1) = (−30)
−15·I1 + 18·I2 = −30

求解

Δ = (21)(18) − (−15)(−15) = 153
I1 = Δ1/Δ = −234/153 = −1.529 A
I2 = Δ2/Δ = −450/153 = −2.941 A

答案

IR3 = I1 − I2 = 1.412 A
VR3 = IR3·R3 = 1.412·15 = 21.18 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: VR2 = −15.5 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​ = 4 ΩR2​ = 12 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​5 VR4​12 ΩAR5​12 ΩB+−V2​36 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
4·I1 + 12(I1 − I2) = 5
16·I1 − 12·I2 = 5

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 + 12(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−12·I1 + 36·I2 − 12·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
4·I3 + 12(I3 − I2) = (−36)
−12·I2 + 16·I3 = −36

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 4608
I1 = Δ1/Δ = −3024/4608 = −0.6563 A
I2 = Δ2/Δ = −5952/4608 = −1.292 A
I3 = Δ3/Δ = −14832/4608 = −3.219 A

答案

IR2 = I2 = −1.292 A
VR2 = IR2·R2 = −1.292·12 = −15.5 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: Is = 1.2 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。

R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​4 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 = 15+3 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·18/(4+18) = 3.273 Ω
VA = 9·3.273/(6+3.273) = 3.176 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3.176·3/18 = 0.5294 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (3.176 − 0.5294)/15 = 0.1765 A

情况 2 · Is 单独作用

V₁ 变为短路,所以 R₁ ∥ R₂ 接在 A 与地之间。Iₛ 在 B 点分流到 R₄ 和支路 R₃ + R₁∥R₂;流过 R₃ 的部分从 B 流向 A,与箭头方向相反。

R1 ∥ R2 = 2.4 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·3/20.4 = −0.1471·Is

令总和为零

IR3′ + IR3″ = 0.1765 − 0.1471·Is = 0
Is = 0.1765/0.1471 = 1.2 A

答案

Is = 1.2 A
8.叠加定理

答案: VR2 = 21.05 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​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​2 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) = 2 ∥ 23 = 1.84 Ω
VA = 15·1.84/(5+1.84) = 4.035 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 4.035·3/23 = 0.5263 V
VR2′ = VB − VA = 0.5263 − 4.035 = −3.509 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 3 Ω短路R3​2 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 = 1.429 Ω,所以左侧路径为 R2+1.429 = 21.43 Ω
Req = R4 ∥ 21.43 = 2.632 Ω
VB = Is·Req = 5·2.632 = 13.16 V
VA = VB·1.429/21.43 = 0.8772 V
VR2″ = VB − VA = 13.16 − 0.8772 = 12.28 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 3 Ω短路R3​2 ΩA开路B+−V2​15 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 = 5·2/(5+2) = 1.429 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 15·21.43/24.43 = 13.16 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 13.16·1.429/21.43 = 0.8772 V
VR2‴ = VB − VA = 13.16 − 0.8772 = 12.28 V

叠加各分量

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = (−3.509) + 12.28 + 12.28 = 21.05 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 = 0.7059 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​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω短路R2​20 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 = 5·20/(5+20) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 10 = 14 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​20 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) = 15·20/(5+20) = 12 V
Rth​ = 14 Ω+−Vth​12 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) = 12/(14 + 3) = 0.7059 A
10.戴维南和诺顿

答案: PL = 16 W

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​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω短路R2​6 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 = 15·6/(15+6) = 4.286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.286 + 2 = 6.286 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​3 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) = 1.714 + 3·4.286 = 14.57 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 14.57 + 3·2 = 20.57 V
Rth​ = 6.286 Ω+−Vth​20.57 VRL​4 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) = 20.57/(6.286 + 4) = 2 A
PL = IL²·RL = 2²·4 = 16 W
11.运放电路

答案: Vout = 0.8332 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) = 1.9·4.7/(22 + 4.7) = 0.3345 V
V₋ = V₊

反相输入端的 KCL

(−2 − 0.3345)/22 = (0.3345 − Vout)/4.7
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (4.7/22)·(1.9 − (−2)) = 0.8332 V

答案

Vout = 0.8332 V
12.运放电路

答案: If = −0.2308 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 = −1.8/22 = −0.08182 mA
I2 = V2/R2 = −0.7/4.7 = −0.1489 mA
If = I1 + I2 = −0.2308 mA

答案

If = −0.2308 mA
13.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 4.178 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。

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 = 10·3.3/(10 + 3.3) = 2.481 kΩ
vC(∞) = 24·3.3/(10 + 3.3) = 5.955 V

时间常数

τ = Rth·C = 2.481·10 = 24.81 ms

充电曲线

vC(t) = 5.955·(1 − e−30/24.81) = 4.178 V

答案

vC = 4.178 V
14.RC 和 RL 暂态

答案: t = 3541 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。

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) = 3 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 220 µF = 2200 ms
vC(t) = 15 + (3 − 15)·e−t/τ

求解时间

12.6 = 15 + (−12)·e−t/τ → e−t/τ = (12.6 − 15)/(3 − 15) = 0.2
t = τ·ln((3 − 15)/(12.6 − 15)) = 2200·ln(5) = 3541 ms

答案

t = 3541 ms

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