清华大学电工跟电子技术作业习题文档.docx

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清华大学电工跟电子技术作业习题文档

第1章电路理论及分析方法习题（共9题）

（注：

英文习题采用美国电路符号）

1.1（直流电源功率）图1.1所示电路，求各电流源的端电压和功率，并判断出哪个电流源输出功率，哪个电流源吸收功率。

已知：

IS1=1A,IS2=3A,R1=5Ω,R2=10Ω。

（答案：

US1=-10V,US2=40V,PS1=10W,PS2=-120W）

1.2图1.2所示电路，求8Ω电阻两端的电压UR和恒流源的端电压US各是多少。

（答案：

UR=-32V，US=-40V）

1.3图1.3所示电路，求2A恒流源的功率。

（答案：

P=-24W）

1.4（仿真习题）用仿真的方法求图1.4所示电路中的I1和I2。

（答案：

I1=0.5A、I2=2A）

说明：

1、要求自己下载Multisim仿真软件，可以是Multisim2001、V7~V10等版本

中的任一种。

2、自学第10章Multisim电路仿真有关内容。

3、仿真题作业要求有仿真电路图和仿真的数据结果，图和数据结果可以打印

也可以手写。

1.5（电源模型的等效互换法）UsesourcetransformationstofindthevoltageUacrossthe2mAcurrentsourceforthecircuitshowninFigure1.5.（Answer:

U=1.8V）

1.6（戴维宁定理）UsingThevenin’stheorem,findthecurrentIthroughthe2VvoltagesourceforthecircuitshowninFigure1.6.（Answer：

I=5A）

1.7（戴维宁定理，结点电位法）图1.7所示电路，已知R1=1kΩ,R2=2kΩ,R3=6kΩ,R4=2kΩ,R5=4kΩ,。

用戴维宁定理和结点电位法两种方法求电流I3。

（答案：

-0.5mA）

1.8（解题方法任选）如图1.8所示电路，当恒流源IS为何值时，它两端的电压US＝0。

（答案：

-1.5A）

1.9（仿真习题）图1.9所示电路，用仿真方法求电流I，用直流工作点分析法求A、B、C三个结点电位（答案：

I=2.6A，VA=7.8V，VB=2.8V，VC=10V）

第2章正弦交流电路习题（12题）

2.1已知电流。

求出各电流的频率，有效值，初相位，并在同一坐标内画出i1、i2的相量图，比较它们相位领先与落后的关系。

2.2将下列各相量所对应的瞬时值函数式写出来（设f=50Hz）。

2.3判断下列表达式是否正确，若不正确，请说明原因，并写出正确的表达式。

1）

2）

3）

4）

2.4已知

（答案）

2.5（复杂交流电路,戴维宁定理）UsingThevenin’stheorem,FindthevoltageuabbetweenaandbforthecircuitofFigure2.5.（Answer：

uab=28.8sin（5t+111.3o）V）

2.6（复杂交流电路，结点电位法）如图2.6所示电路，已知：

。

用结点电位法求1kΩ电阻两端的电压，并求虚线部分电路的平均功率、无功功率和视在功率，并根据计算结果说明该部分电路的性质（感性、容性、电阻性）。

（答案：

S=6.38mV∙A,P=6.3mW,Q=1.03mvar）

2.7（复杂交流电路，相量图）如图2.7所示电路，已知I=IL=I1=4A，ω=1000rad/s,电路的有功功率P=120W。

求电路参数R、L、C。

（答案：

10Ω，8.66mH，57.7μF）

2.8（仿真习题）如图2.8所示电路，已知us=10sin（5000t+45o）V,is=2sin（5000t+60o）A,求电流i的有效值和电容电压uC的瞬时值表达式。

[注意：

（1）要区分电源的RMS-有效值与PK-最大值即峰值，

（2）iS、uS的初相位应该设置为-60o和-45o]

（答案：

I=4.133A，uC=8.68sin（5000t-79o）V）

2.9（串联谐振）如图2.9所示电路中，已知u=40sin10t（V）,i=5sin10t（A）,R=3Ω,L=4H。

求网络内的等效串联电路的元件参数值。

（答案：

5Ω，2.5mF）

2.10（谐振电路计算）如图2.10所示电路，已知R=20Ω,C=0.1µF,ω=5×105rad/s。

当u和i同相位时Uab=Ubc。

求R1和L的值。

（答案：

R1=10Ω,L=20µH）

2.11（谐振电路计算）如图2.11所示电路，当U=10V、ω=1000rad/s时u与i同相位，而且IR=IL=。

求电路参数R、L、C的值。

（答案:

R=10Ω,L=10mH,C=200µF）

2.12（功率因数提高）如图2.12所示电路，已知,R=6Ω,L=25.5mH。

（1）计算该电路的电流IR-L、电路的有功功率P及功率因数cosφ；

（2）欲使电路的cosφ提高到1，需并联多大的电容C。

并联电容后，电流I的值为多少，电路的有功功率P是否有变化？

（答案：

IR-L=22A,P=2904W,cosφ=0.6,C≈255µF,I=13.2A）

第3章三相电路习题（4题）

3.1（三相Y接负载）图3.1所示电路，在线电压为380V、频率为50Hz的三相电源上接入了一组Y形接法负载，

（1）当Z1=Z2=Z3=10Ω时，求各线电流和中线电流的大小，并求负载消耗的总有功功率和电源提供的总视在功率；

（2）当，Z2=Z3=10Ω时，求各线电流和中线电流的大小，并求负载消耗的总有功功率和电源提供的总视在功率；

（答案：

（1）IA=IB=IC=22A,I0=0,P=14520W,S=14520V∙A；

（2）IA=IB=IC=I0=22A,P=12100W,S=14520V∙A）

3.2（多组三相对称负载）Abalanced∆loadandabalancedYloadareconnectedinparallelasinFigure3.2.,R1=54.85Ω,R2=13.35Ω,L=0.04H.DeterminethelinecurrentiAΔ，iAYandiAL.（Answer:

，

，）

3.3（三相功率）380V、50Hz的三相电源对Y接对称感性负载提供50kV∙A的视在功率和38.3kW的有功功率。

求每相负载的复数阻抗Z。

（答案：

）

3.4（仿真习题）图3.4所示三相对称电路，已知r=1Ω，R=100Ω，L=0.318H，

。

用仿真的方法

（1）观察三相电源波形；

（2）求线电流iAL和相电流iA’B的有效值。

[注意：

1、三相电源用Y接（3PHY）类型，要将中线接地，其标称电压值是相电压的最大值（相序从上到下依次是A、B、C

）；2、观察电源电压波形时用四通道的虚拟示波器，有一个通道可以不用。

]

（答案：

IAL=4.6A，IA’B’=2.66A）

第5章暂态分析习题（6题）

5.1图5.1所示电路，已知IS=10mA,R=2kΩ,R1=1kΩ,C=1µF。

uC（0-）=4V。

t=0时开关闭合，用三要素法求换路后的电流i，i1，及电压uAB，并画出电压及电流随时间变化的曲线。

（答案：

i（t）=10-7.2e-200t（mA）,i1（t）=7.2e-200t（mA）,uAB（t）=-20+21.6e-200t（V））

5.2图5.2所示电路在开关S断开前已处于稳态，在t=0时S断开，求S断开后的uC和iC。

（答案：

uC（t）=-6+24e-1000tV，iC（t）=-1.2e-1000tA）

5.3图5.3所示电路在开关闭合前已处于稳态，US=24V，在t=0时S闭合，求t>0时的i1（t）。

（答案：

i1（t）=3-2e-50t（mA））

5.4图5.4所示电路，电压us波形如图所示，是一个周期性连续脉冲波形，T=5mS,R=5kΩ,C=0.1µF。

写出0~2T和2T~3T时的uC和uo的表达式，并画波形图。

（答案：

t=0~2T时，，；t=2T~3T时，

，。

其中τ=0.5ms）

5.5图5.5所示电路，一个电路盒子中由独立直流电源和电阻组成，测量a、b两端的开路电压Uo=20V（见图a），测量a、b两端的短路电流Io=1mA（见图b）。

若在a、b两端接一未充电的电容C（见图c），在t=0时开关闭合，要求开关闭合后10秒电容上的电压达到10V，求应接入多大的电容。

（答案：

C=721μF）

5.6（仿真习题：

利用仿真的方法学习RL电路的暂态分析）电感线圈（如直流电机电枢绕组、直流继电器线圈）在断电时，在线圈两端会产生一个高电压。

用图5.6所示电路,仿真这个过程，r为线圈内阻，U=1V。

（1）用示波器同时检测uR和ur的波形，测量当开关断开时uR的最大值。

其中ur的波形与iL的波形相似，因此用ur的波形代表iL的波形。

（2）接入续流二极管D，再重复上述实验。

由此仿真得出什么结论。

[答案：

（1）uR（t=0.5S）=-1000V

（2）接入续流二极管D后，|uR（t=0.5S）|<1V即二极管的正向压降。

]

第7章三相电动机习题（6题）

7.1（三相异步电动机）一台4极（p=2）的三相异步电动机，电源频率f1=50Hz，额定转速nN=1440r/min，计算电动机在额定转速下的转差率sN和转子电流频率f2。

（答案：

0.04，2Hz）

7.2（三相异步电动机）一台鼠笼式三相异步电动机，在电源线电压为380V时，电机的三相定子绕组为Δ接法，电机的Ist/IN=7，额定电流IN=20A。

（1）求Δ接法时电动机的起动电流。

（2）若起动改为Y形接法，起动电流多大？

（3）电动机带负载和空载下起动时，起动电流相同吗?

（答案：

（1）140A；

（2）47A）

7.3（三相异步电动机）一台鼠笼式三相异步电动机，功率PN=10kW，电压UN=380V，电流IN=34.6A，电源频率f1=50Hz，额定转速nN=1450r/min，Δ接法。

求：

（1）这台电动机的极对数p=？

同步转速n1=？

（2）这台电动机能采用Y-Δ起动吗？

若Ist/IN=6.5，Y-Δ起动时起动电流多大？

（3）如果该电动机的功率因数cosφ=0.87，该电动机在额定输出时，输入的电功率P1是多少千瓦？

效率η＝？

（答案：

（1）2，1500r/min；

（2）75A；（3）19.81kW，50.5%）

7.4（三相异步电动机）一台鼠笼式三相异步电动机，功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，起动能力Tst/TN=1.2，过载系数λ=1.8。

求：

（1）该电动机的额定转矩。

（2）该电动机的起动转矩。

（3）该电动机的最大转矩。

（4）如果电动机采用Y-Δ起动，起动时的转矩Tst=?

（答案：

（1）65.9N⋅m；

（2）79N⋅m；（3）118.5N⋅m；（4）26.3N⋅m）

功率转速电压效率功率因数Ist/INTst/TNTmax/TN

5.5kW1440r/min380V85.5%0.8472.22.2

7.5（三相异步电动机）已知Y132S-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：

电源频率为50Hz。

求额定状态下的转差率SN，电流IN，转矩TN，以及起动电流Ist，起动转矩Tst，最大转矩Tmax。

（答案：

SN=0.04，IN=11.6A，TN=36.5N.m，Ist=81.2A，Tst=80.3N.m，Tmax=80.3N.m）

7.6（三相异步电动机）某4极三相异步电动机的额定功率为30kW，额定电压为380V，频率50Hz，三角形接法。

在额定负载下运行时，转差率为0.02，效率为90％，线电流为57.5A。

求：

（1）额定转矩TN；

（2）电动机的功率因数。

（答案：

（1）194.9N⋅m；

（2）0.88）

第8章继电器接触器控制习题（3题）

8.1（正反转控制，两地点控制）设计能在两地点对一台电动机进行正反转控制的电路，要求有短路保护和过载保护。

画出主电路图和控制电路图。

8.2（顺序时间控制设计）由两条皮带运输机构成的运输线如图8.2所示，为避免物料堆积在皮带运输机上面压断皮带，要求拖动这两条皮带运输机的三相异步电动机M1、M2按时间顺序起停控制，控制要求是：

1）按起动按钮M1先起动，M1起动20秒之后才允许M2手动起动；

2）停机时，按停止按钮先停M2，M2停机20秒后，M1自动停机。

3）如不满足电动机起、停顺序要求，电路中的报警电路应发出报警信号（例如用红色指示灯使之通电）要求设计主电路和控制电路图，请对使用的电器符号加以必要的说明，其中时间继电器要求是通电延时类型。

提示：

1）设电源线电压为380V，各线圈的额定电压也是380V；报警灯的额定电压是220V，要使用电源的相电压。

2）在停车控制中可以加中间继电器KA，其作用是增加控制环节。

8.3（顺序控制）三台电机M1、M2、M3须按照一定顺序起动和停止，即起动时M1起动后M2才可起动，M2起动后M3才可起动。

停止时先停止M1，M1停止后M2才可停止，M2停止后M3才可停止。

用三个220V、15W的灯泡分别指示三台电机的运行。

注意各台电机都是手动起动和停止。

主电路图如图8.3所示，画出控制电路图。

提示:

设电源线电压为380V,各线圈的额定电压也是380V;指示灯要使用电源相电压。

第11章半导体器件习题（4题）

11.1（二极管，画波形）图11.1各电路中，电压US=5V，D为硅二极管，

u=10sinωtV。

画出各电路输出电压uo的波形。

（将二极管视为理想的即UD=0）

11.2（稳压管，画波形）图11.2电路，电压ui=10sinωtV,UZ=5V。

画出输出电压uo的波形。

（忽略稳压管的正向压降，设稳压管不稳压时有RL>>RZ）

11.3（稳压管计算题）图11.3所示电路，DZ为理想稳压管（即忽略稳压管的正向压降），稳定电压为UZ=10V，稳定电流为IZmin=5mA和IZmax=20mA。

输入电压UI=30V，限流电阻RZ=1kΩ，负载电阻RL=2kΩ。

试分析当输入电压波动±10％时，电路能否正常工作？

如果波动+30％，电路还能否正常工作？

（答案：

当UI=30V时IZ=15mA，当UI波动+10％时IZ=18mA，当UI波动-10％时IZ=12mA，均能正常工作；当UI波动+30％时不能正常工作）

11.4（晶体三极管，判断工作状态）根据晶体管管脚上所测出的电位值（V）,判断图11.4（a）、（b）、（c）所示各晶体管是硅管还是锗管，是NPN型管还是PNP型管及各晶体管的工作状态（饱和、放大或截止）。

第12章晶体管交流放大电路习题（11题）

12.1（晶体三极管，判断工作状态）图12.1所示电路，当输入电压ui为以下三个值时，判断晶体管的工作状态（放大、饱和还是截止）？

并求各静态工作点值（IBQ、ICQ、UCEQ）。

（设晶体管发射结正向压降UBE=0.7V，饱和压降UCES=0.3V）（提示：

求B点电位时可以用戴维宁定理。

）

（1）0V；

（2）3V；（3）5V。

（答案：

（1）截止状态；

（2）放大状态；（3）饱和状态）

12.2.（估算法、图解法）晶体管放大电路如图12.2（a）所示，已知UCC=12V,RC=3kΩ，RB=226kΩ，晶体管的β=40。

发射结正向压降UBE=0.7V。

（1）试用直流通路估算各静态值IB、IC、UCE。

（2）如晶体管的输出特性如图12.2（b）所示，试用图解法求静态工作点IC、UCE；并求最大不失真输出电压幅值Uom（设RL=∞）。

（3）在静态时（ui=0）C1和C2上的电压各是多少？

（4）若UCC=10V，今要求UCE=5V，IC=2mA，试求RC和RB的值。

（答案：

（1）IB=50µA、IC=2mA、UCE=6V;

（2）UOM≈5V;（3）UC1=0.7V,UC2=6V;（4）RC=2.5kΩ,RB=186kΩ。

）

12.3.在图12.3中，晶体管是PNP型锗管，其发射结正向压降UBE=-0.3V。

（1）UCC和C1、C2的极性如何考虑？

请在图上标出；

（2）设UCC=-12V，RC=3kΩ，β=75，如果要想将静态值IC调到1.5mA，问RB应调到多大？

此时C1和C2上的电压各是多少？

（3）在调整静态工作点时，如不慎将RB调到零，对晶体管有无影响？

为什么？

通常采取什么措施防止？

（答案：

（2）RB=585kΩ,|UC1|=0.3V,|UC2|=7.5V。

）

12.4.试判断图12.4中的各个电路能不能放大交流电压信号？

为什么？

（提示：

应考虑静态和动态两个方面。

）

12.5.（静态工作点稳定的共射极放大电路）在图12.5电路中，R1=50kΩ，R2=10kΩ，RC=5kΩ，RE=1kΩ，β=80，设发射结正向压降UBE=0.7V。

（1）

求电路的静态工作点；

（2）

求空载电压放大倍数和输入电阻ri、输出电阻ro；

（3）若放大电路接入有负载RL=10kΩ时，求带载电压放大倍数；

（4）画出带负载RL=10kΩ时的小信号等效电路。

若输入端作用有ui=5sinωtmV的信号电压时，通过小信号等效电路，求出电流ib、ic和电路输出电压uo。

（5）根据电路的静态值和动态值（RL=10kΩ时），定性画出所示电路中各全量（或总量）电压uB、uC和电流iB、iC的波形，并标明关键点数值。

（设电路中各电容的数值足够大。

）

（答案：

（1）IB=16µA，IC=1.28mA，UCE=4.3V；

（2），ri=1.56kΩ，ro=5kΩ；（3）；（4）ib=2.6sinωtµA，ic=0.208sinωtmA，uo=0.695sin（ωt-180o）V）

12.6（射极电流负反馈放大电路）图12.6所示电路，RS=1kΩ，R1=120kΩ，R2=30kΩ，RC=5kΩ，RE=1.5kΩ，Re=0.5kΩ，RL=5kΩ，β=60。

（设电路中各电容的数值足够大。

）

（1）画出所示电路的小信号等效电路；

（2）求输入电阻ri和输出电阻ro；

（3）若us=10sinωtmV，求电压放大倍数及输出电压uo；

（答案：

（2）ri=13.7kΩ，ro=5kΩ；（3），uo=43.4sin（ωt-180o）mV）

12.7（射极输出器）如图12.7所示射极输出器，已知RB=200kΩ，RE=3.9kΩ，RL=5kΩ，β=80。

求

（1）电压放大倍数，输入电阻ri和输出电阻ro；

（2）若ui=2sinωtV，求uo；

（3）若负载电阻变为RL=2kΩ,ui=2sinωtV，求这时的uo’；

（4）若信号源是us=2sinωtV且含有RS=2kΩ的内阻，求这时的uo’’（RL=5kΩ时）。

（答案：

（1），ri≈94.4kΩ，ro≈18.4Ω；

（2）uo=1.984sinωtV；

（3）uo’=1.972sinωtV;（4）uo’’=1.942sinωtV）

12.8（射极电流负反馈放大电路，射极输出器）图12.8所示电路，用以下参数通过计算说明：

uo1与ui近似反相输出，uo2与ui近似同相输出。

R1=100kΩ，R2=50kΩ，RC=RE=2kΩ，β=80，ui=500sinωtmV。

（答案：

uo1=-490sinωtmV，uo2=496sinωtmV）

12.9（多级放大器）图12.9所示多级放大器电路，ui=0.3sinωtmV,R11=100kΩ,

R12=20kΩ,RC1=10kΩ,RE1=2kΩ,R21=39kΩ,R22=10kΩ,RC2=5kΩ,

RE2=1.5kΩ,β1=β2=50。

（1）求当RL=5kΩ时的输出电压uo；

（2）求输入电阻ri、输出电阻ro。

（答案：

（1）uo=606sinωtmV；

（2）ri≈2.34kΩ，ro=5kΩ）

12.10（多级放大器）图12.10是两级阻容耦合放大电路，已知β1=β2=50,各个电阻的阻值及电源电压都已经标在电路中了。

（1）计算前、后级放大电路的静态值（IB、IC、UCE），设UBE=0.6V;

（2）画出微变等效电路图；

（3）求各级电压放大倍数及总电压放大倍数；

（4）后级采用射极输出器有什么好处？

其输出电阻ro是多少？

（答案：

（1）IB1=20.6µA,IC1≈IE1=1.05mA,UCE1=3.6V;IB2=40.3µA,IC2=2mA,UCE2=6V;

（3）；（4）ro=92Ω。

12.11（差分放大器）图12.11所示电路，RC=4kΩ，设晶体管B-E间的交流电阻

rbe1=rbe2=2kΩ,β1=β2=80,UI1=0.05V,UI2=0.03V。

电路在所示信号的作用下，放大电路的共模输出电压UOC=0.01V，求所示电路的差模电压放大倍数Ad，共模电压放大倍数AC及共模抑制比KCMRR。

（提示：

差模放大倍数）

（答案：

Ad=-160，AC=0.25，KCMRR=56dB）

第13章运算放大器及应用习题（10题）

13.1（反相求和、同相求和放大器）FindthevalueofRFandR4necessarytoproduceanoutputVOUT=0VinFigure13.1.（Answer:

RF=60kΩ，R4＝30kΩ）

13.2（反相积分器）如图13.2（a）所示反相积分电路，输入波形ui如图13.2（b）所示。

求t=0~∞时的输出电压uo（t）的表达式，并画出uo（t）的波形。

设t<0时电容上的电压为0，运放的UOM=±10V。

（答案：

当0

uo（t）=-5+3（t-1）V；当3ms

）

13.3（微分器）AtriangularwaveformisappliedtotheinputofthecircuitinFigure13.3asshown.Determinewhattheoutputshouldbeandsketchitswaveforminrelationtotheinput.Whatisthemagnitudeofthecapacitorcurrent.Thesaturatedou