电路分析胡翔俊每章例题.docx

1、电路分析胡翔俊每章例题电路分析例题分析第 1 章 电路模型和电路定律问题一：参考方向与实际方向的关系例 1：根据图中标注的电压或电流值及参考方向，判断电压或电流的实际方向答：由于电流值为正，电压值为负，所以实际电流方向与参考电流方向相同；实际电压方向与参考电压方向相反。问题二： 关联参考方向的概念例 1：电压电流参考方向如图所示， A 、B 两部分的参考方向，哪个关联，哪个非关联？答：由于 A 的电流方向是从电压的负极流向正极，所以 A 的电压、电流参考方向非关联； B 的电流方向是从电压的正极流向负极，所以 B 的电压、电流参考方向关联。问题三： 功率判断例 1：图所示元件实际是吸收功率还是

2、发出功率答： A 的电压电流参考方向非关联，所以 A 的功率 P=UI 为发出功率其中： U=10V ，I=-1A所以： A 发出功率 P=UI=-10W ，即，实际吸收 10W。例 2：计算图示电路各元件的功率答：电压源的电压电流为关联参考方向，则功率P5V =5*2=10W ，吸收功率电流源电压电流为非关联参考方向，则功率 P2A=5*2=10W ，发出功率满足：吸收功率 =发出功率问题四：受控源的类型例 1：说明下列每个受控源的类型及控制量答： a：电压控制电流源（ VCCS），控制量为 20电阻两端电压 U b：电流控制电流源（ CCCS），控制量为 20电阻上的电流 I c：电流控制

3、电压源（ CCVS），控制量为 10电阻上的电流 Id：电压控制电压源（ VCVS ），控制量为 20电阻两端电压 U1问题五：基尔霍夫电流定律例 1：求 R4 和 R5 上的电流答：先假设 R4 和 R5 上的电流方向，对右侧 R1、R2 和 R3 构成的回路利用 KCL ，求解出 R4 上的电流，再对 R4 左侧的结点利用 KCL ，求解 R5 上的电流，求解过程略。例 2：求图示电路中， Ia=, Ib=, Ic=。答：先标注三个 10电阻上的电流参考方向， 再用欧姆定律分别求出三个电阻上电流的大小，最后利用三个结点的电流方程求出： Ia=1.5A, Ib=0, Ic=-1.5A。过程略

4、。问题六：基尔霍夫电压定律例 1：求元件 x 的电压 ux答：先假设元件 x 两端的电压参考方向，再对图示外围大回路 3 列 KVL 方程，可求得 x 两端电压。求解过程略。例 2：求 Uab答：假设 ab 之间有无穷大电阻，则可形成一个假想回路，如图：对该假想回路列 KVL 方程，可得 Uab。问题七：基尔霍夫定律综合应用例 1：求电压 U答：如图所示， 对回路 1 列 KVL 方程，其中 2 电阻的电压用电流 Ix 表示，再对结点 1 列 KCL 方程，求解 Ix。最终得 U=10V 。例 2：求电流 I答：如题所示，对结点 1 列 KCL 方程，对回路 1 列 KVL 方程，得关于 I

5、和 I1 的方程组，从而解得 I=4A 。第 2 章 电阻电路的等效变换问题一：电阻串并联等效例 1：求 ab 端的等效电阻 Rab答： Rab70 ，过程略。例 2：求 ab 端的等效电阻 Rab答：导线直接相连的两点为等电位点，等电位点可重合为一点，则上图等效为：进一步用串并联等效可得： Rab10 ，过程略。例 3：求 ab 端的等效电阻 Rab答： cd 两点对称，对称点也是等电位点，可视为短路，则上图等效为：进一步用串并联等效可得： RabR，过程略。例 4：分别求 K 断开和闭合时的 Rab441616答： K 断开时等效为下图：则 Rab=10 欧姆K 闭合时等效为下图（电桥平衡

6、） ：则 Rab=10 欧姆问题二： Y-等效例 1：求下图的等效电路答：等效如图所示：有 Y-等效公式可得： R1 = 4 ，R2 = 4 ，R3 = 8 例 2：已知 R1 =1，R2=2 求 Rab答：三个 R1 是 Y 型电路，可等效为三角型电路，如图：同理，三个 R2 也是 Y 型电路，也可等效为型电路，如图：最终可得 Rab=1.2 。问题三：电源等效变换例 1：利用电源转换简化电路求 I答：将两个实际电流源分别等效为实际电压源，再利用实际电压源的串联等效，简化为一个实际电压源，可得：例 2：利用电源转换简化电路求 I答：将电路中的实际电压源等效为实际电流源，再利用电流源的并联等效

7、，简化为一个实际电流源，可得：问题四：输入电阻例 1: 计算下例一端口电路的输入电阻答：无受控源的电路求输入电阻，先把独立电源置零，剩余电阻等效变换，可得输入电阻。如图所示： Rin =（R1+R2)| R3例 2：计算下例一端口电路的输入电阻答：对于含受控源的电路求输入电阻，可用外加电源法，如图：则， Rin =u/I,(提示：用受控源的控制量分别表示 u 和 i)，则 Rin =11。或者，若已知了受控源的电压电流比为常数 k，则可以用阻值为 k 的电阻来代替受控源，再用电阻等效变换的方法求输入电阻，如图：则原电路可等效为下图所示，因此 Rin=11。例 3：求如图所示电路的输入电阻 Ri

8、n 。答：含受控源，用外加电源法，如图：用 i 分别表示 Us 和 Is，可得 Rin = US/IS = 1.6 。或者，由于受控电流源电流为 2i，两端电压也为 2i（由右侧 2 电阻可知），因此，该受控源可用 1电阻替换，如下图所示，所以：Rin = (2/1) +2 / 4 = 1.6。第三章 电阻电路的一般分析问题一：支路电流法例 1：求各支路电流及各电压源发出的功率。答：该电路有两个结点， 3 个支路，因此采用支路电流法时，任选一个结点列 KCL 方程，任选两个回路列 KVL 方程（电阻电压用支路电流表示） ，可解得三个支路电流，标注各支路电流参考方向及所选回路绕行方向如下图所示：

9、可解得： I1=6A， I2=-2A ， I3=4A 。进一步求得： 70V 电压源输出功率 420W，6V 电压源吸收功率 12W。例 2：求各支路电流（含电流源支路）答：本题仍然是 2 个结点，三个支路的结构，但是其中一个支路含有电流源，因此在列写回路 KVL 方程时需假设电流源的两端电压，从而多引入了一个未知量，此时需要增补电流源支路的电流方程，如下所示：结点 a 的 KCL 方程： I1I2+I 3=0回路 1 的 KVL 方程： 7I1 + U =70 +11I2回路 2 的 KVL 方程： 11I2+ 7I3= U增补电流源支路的电流方程： I2=6A或者：避开电流源支路取回路列方

10、程，如图：结点 a 的 KCL 方程： I1+I 3=I2回路 1 的 KVL 方程： 7I17I3=70增补电流源支路的电流方程： I 2=6A例 3：求支路电流 (含有受控源）答：仍然是 2 结点 3 支路的结构，因此需要对一个结点列 KCL 方程，两个回路列 KVL 方程。但是电路中含有有受控源， 方程会增加一个未知量 （受控源的控制量） 。解决办法是：先将受控源看作独立源列方程； 再将受控源的控制量用支路电流表示，以增补方程。如本题中，受控源的控制量 U=7I3。过程略。例 4：用支路电流法求各支路电流和 5 电阻的功率答：本题也是 2 结点 3 支路结构，所以还是对一个结点列 KCL

11、 方程，两个回路列 KVL 方程。但是电路即含有电流源， 又含有受控源， 因此要假设电流源两端电压参与方程列写，同时增补电流源支路的电流方程，以及受控源控制量与支路电流的关2系方程。最终解得： i1=2A, i2=1.8A,i 3=0.2A ；5电阻功率 P=5i3 =0.2W。问题二：回路 (网孔 )电流法例 1：求解电流 i答：假设 3 个网孔电流分别为 i1,i2 和 i3 如下图所示。利用 3 个网孔电流列写网孔电流方程，解得 i1,i2 和 i3，则所求 i=i3 。例 2：求解电流 i答：方法一（网孔电流法） ，可假设三个网孔电流分别为 i1,i2 和 i3 如上图所示。则可列 3

12、 个网孔电流方程，解得 3 个网孔电流。所求电流 i=i2-i3 。方法二（回路电流法）：选择 3 个独立回路，让被求支路（ R5 支路）只属于一个回路，如下图所示：则可对 3 个回路列回路电流方程，解得三个回路电流。而所求电流 i=i2 。例3：求I答：方法一（网孔电流法） ，假设三个网孔电流列方程，但是有电流源支路，因此需要假设电流源的电压参与网孔电流方程的列写，对于多出的电流源电压的未知量，需增补网孔电流与电流源电流的关系方程。如下图所示：列三个网孔电流方程，再增补网孔电流与电流源的关系方程： i1-i 2 = 2。最终解得 I=i3=4A 。方法二（回路电流法）：选择 3 个独立回路，

13、让电流源支路只属于一个回路，如下图所示：则可对 3 个回路列回路电流方程，解得三个回路电流。而所求电流 i=i2+i3=4A 。例 4：求电压 U答：本题无电流源，因此网孔电流法和回路电流法都一样，但由于含有受控源，因此列写网孔电流方程或回路电流方程后，要增补受控源的控制量和网孔或回路电流的关系方程。如下图所示：选择了三个网孔列写网孔电流方程后，再增补受控源的控制量与网孔电流的关系方程： I = i 2 - i3 ，最终解得 U=20I 。例 5：求 Ia答：方法一（网孔电流法） ，先假设受控电流源的两端电压，再选择三个网孔列网孔电流方程，最后增补受控电流源与网孔电流的关系方程，以及受控源的控

14、制量与网孔电流的关系方程。如下图所示：方法二（回路电流法），合理选择三个回路，让受控电流源只属于一个回路，然后对三个回路列回路电流方程，并增补受控源的控制量与回路电流的关系方程，如下图所示：问题三：结点电压法例 1：用结点电压法求 I答： 3 个结点的电路，设其中一个结点为参考点，剩余结点列结点电压方程。本题可选左侧结点为参考点，如下图所示：设结点 1 电压为 Un1，结点 2 电压为 Un2，可根据两个结点的结点电压方程求出 Un1 和 Un2，则 I= (Un1-Un2)/7=0.5A 。例 2：列写图示电路的结点电压方程（含实际电压源支路）答：由于本题中含有实际电压源支路（结点 1 和结

15、点 3 之间的支路），因此需要将实际电压源支路转换为实际电流源支路后，再列写各结点的结点电压方程。如下图所示：例 3：列写图示电路的结点电压方程（含无伴电压源支路）答：合理选择参考点，让无伴电压源支路只属于一个结点，则该节点电压即为无伴电压源电压。如下图所示：通过选择最下面结点为参考点，则无伴电压源 US 只属于结点 1，则 Un1=Us。再对结点 2 和结点 3 按结点电压方程的列写方法列写结点电压方程即可。例 4：列写图示电路的结点电压方程（含受控源支路）答：该电路中不含无伴电压源支路，因此可任意选择一个结点作为参考点，选择如上图所示。但是电路中含有受控源，解决办法是：先把受控源当作独立源

16、参与结点电压方程列写；再增补结点电压与受控源控制量的关系方程。例 5：列写图示电路的结点电压方程（含与电流源串联的电阻）答：首先本题中含有无伴电压源支路，因此要合理选择参考点，让无伴电压源只属于一个结点，参考点选择如下图所示：其次，对于和电流源（包括受控电流源） 串联的电阻可视为短路 （不参与方程列写），因此上图可等效为：利用该图列写各结点的结点电压方程，可得正确结果。例 6：用结点电压法求电压 Ux答：本题包含实际电压源支路、无伴电压源支路、受控源支路以及和受控电流源串联的电阻，因此可先将电路中的实际电压源等效为实际电流源，再将与受控源串联的电阻视为短路（不参与方程列写） 。再选择合适的参考

17、点，让 4V 的无伴电压源只属于其中一个结点，如下图所示：因此结点 1 电压即为： Un1=4V ，结点 2 和结点 3 仍然按结点电压方程规则列写结点电压方程，再增补受控源的控制量与结点电压的关系方程： I=0.5Un2。最终可得Ux=Un2-Un3=2V 。第四章 电路定理问题一：叠加定理例 1：求电压源的电流答：分别画出电流源单独作用时的分电路图和电压源单独作用时的分电路图，如下图所示：在两个分电路图中分别计算出电流源单独作用时在被求支路中产生的电流 I 和电压源单独作用时在被求支路上产生的电流 I ”，则所求电流 I=I +I ”=15A。例 2：计算电压 u答：叠加时，可以一次只计算

18、一个独立电源作用产生的电压或电流，也可以一次计算多个电源共同作用产生的电压或电流，取决于计算的便利性。本题可单独计算电流源作用时的电压 u，以及三个电压源共同作用时产生的电压 u”。如下图所示，则 u=u +u” =17V。例 3：计算电压 u、电流 i。答：本题中包含受控源，受控源不是独立源，不能置零，因此每个分电路图中都要包含受控源，而且受控源的大小要随着控制量变化而变化。本题可分为独立电压源单独作用和独立电流源单独作用两个分电路求解未知量，如下图所示：最终求得： i=1A ，u=8V。问题二：戴维宁定理例 1：计算 Rx 为 1.2 时的电流 I答：戴维宁定理求解电路问题的一般步骤为：1

19、、先将被求支路断开，得一端口电路：在该电路中求得一端口电路的端口开路电压 Uoc =2V2、再求一端口电路的等效电阻 Req。由于此电路不含受控源，因此求等效电阻时，可将电路中的独立源置零，再对剩余电阻等效变换得输入电阻，如下图所示：由图可知，从端口看进去的等效电阻 Req=4.8。3、因此得该一端口电路的戴维宁等效电路为：电压 2V 内阻 4.8 的电压源，将被求支路加在该戴维宁等效电路上可得被求量 I = 0.333A，如下图所示：例 2：求电压 Uo答：解题步骤与上题相同：先将被求支路断开，求端口开路电压： Uoc=9V再求从端口看进去的等效电阻 Req。但是由于本题含有受控源，因此在求

20、等效电阻时，可采用 “独立源置零，端口外加电源法 ”，如下图所示：求解时，用受控源的控制量分别表示外加电源的电压和电流，则：Req = u /i=6。因此得该一端口电路的戴维宁等效电路为：电压 9V 内阻 6的电压源，将被求支路加在该戴维宁等效电路上可得被求量 U0= 3V，如下图所示：(注：本题中的 Req 也可以用短路电流法求解 )例 3：用戴维宁定理求 I答：本题可先将电路化简（受控电流源化为受控电压源） ，再将被求支路断开，求端口开路电压 U0C=10V。如下图所示：接着求从端口看进去的等效电阻 Req。但是由于本题含有受控源，因此在求等效电阻时，可采用 “独立源保留，端口短路电流法

21、”，如下图所示：有该图可知， I1，则ISC。所以Req=Uoc/Isc=25。=0=0.4A因此得该一端口电路的戴维宁等效电路为：电压10V 内阻 25 的电压源，将被求支路加在该戴维宁等效电路上可得被求量 I=2A ，如下图所示：(注：本题中的 Req 也可以用短路电流法求解 )问题三：最大功率传输定理例 1：电路如图，若 RL 可变，求：（1）RL 取何值其功率最大？最大功率 Pmax 为多少？（2）RL 获最大功率时，电压源 US 的功率及传送给 RL 的百分比。答：求解最大功率传输问题，先将被求电阻断开，再对剩余一端口电路求戴维宁等效电路（即求剩余一端口电路的 Uoc 和 Req），然后由最大功率传输定理可得 RL 的取值和对应的最大功率。本题求解结果为：RL = 25 时， RL 有最大功率为 900W，此时电压源输出功率为 2520W，负载吸收功率占电压源输出功率的百分比为 35.71%。例 2：RL 为何值时能获得最大功率，并求最大功率答：解题思路同上，将 RL 断开后， UOC=60V，Req=20，因此由最大功率传输定理得:RL =20时， RL 上有最大功率为 45W。