《電路分析基礎(chǔ)》作業(yè)參考解答.doc
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《電路分析基礎(chǔ)》作業(yè)參考解答.doc
《電路分析基礎(chǔ)》作業(yè)參考解答
第一章(P26-31)
1-5 試求題1-5圖中各電路中電壓源、電流源及電阻的功率(須說明是吸收還是發(fā)出)。
(a)解:標(biāo)注電壓如圖(a)所示。
由有
故電壓源的功率為
(發(fā)出)
電流源的功率為
(吸收)
電阻的功率為
(吸收)
(b)解:標(biāo)注電流如圖(b)所示。
由歐姆定律及有
,
故電壓源的功率為
(發(fā)出)
電流源的功率為
(發(fā)出)
電阻的功率為
(吸收)
1-8 試求題1-8圖中各電路的電壓,并分別討論其功率平衡。
(b)解:標(biāo)注電流如圖(b)所示。
由有
故
由于電流源的功率為
電阻的功率為
外電路的功率為
且
所以電路的功率是平衡的,及電路發(fā)出的功率之和等于吸收功率之和。
1-10 電路如題1-10圖所示,試求:
(1)圖(a)中,與;
解:如下圖(a)所示。
因?yàn)?
所以
1-19 試求題1-19圖所示電路中控制量及電壓。
解:如圖題1-19圖所示。
由及有
整理得
解得,。
題1-19圖
補(bǔ)充題:
1. 如圖1所示電路,已知 , ,求電阻。
圖1
解:由題得
因?yàn)?
所以
2. 如圖2所示電路,求電路中的、和。
圖2
解:用標(biāo)注各支路電流且標(biāo)注回路繞行方向如圖2所示。
由有
解得,。
故
第二章(P47-51)
2-4 求題2-4圖所示各電路的等效電阻,其中,,,,。
解:如圖(a)所示。顯然,被短路,、和形成并聯(lián),再與串聯(lián)。
如圖(c)所示。
將原電路改畫成右邊的電橋電路。由于,所以該電路是一個(gè)平衡電橋,不管開關(guān)是否閉合,其所在支路均無電流流過,該支路既可開路也可短路。
故
或
如圖(f)所示。
將原電路中上邊和中間的兩個(gè)形電路變換為形電路,其結(jié)果如下圖所示。
由此可得
2-8 求題2-8圖所示各電路中對(duì)角線電壓及總電壓。
題2-8圖
解:方法1。將原電路中左邊的形電路變換成形電路,如下圖所示:
由并聯(lián)電路的分流公式可得
,
故
方法2。將原電路中右邊的形電路變換成形電路,如下圖所示:
由并聯(lián)電路的分流公式可得
,
故
2-11 利用電源的等效變換,求題2-11圖所示各電路的電流。
題2-11圖
解:電源等效變換的結(jié)果如上圖所示。
由此可得
故
2-15 試求題2-15圖(a)、(b)的輸入電阻。
解:(a) 如題2-15圖所示。采用“”法,如右下圖所示。
題2-15圖
顯然
由有
即
整理得
故
補(bǔ)充題:
1. 求圖3中的電流。
圖3
解:方法1:標(biāo)注電流如左上圖所示。
因?yàn)?
所以
由可得
方法2:將原電路左邊部分進(jìn)行電源等效變換,其結(jié)果如右上圖所示。
由此可得
2. 如圖4所示電路,求電壓。
圖4
由上圖可得
3. 求圖5所示電路的輸入電阻。
圖5
解:采用“”法,如右上圖所示,將其左邊電路用電源等效變換法進(jìn)一步化簡(jiǎn)為下圖所示電路。
由及可得
整理得
故
第三章(P76-80)
3-11 用回路電流法求題3-11圖所示電路中電流。
題3-11圖
解:取回路如上圖所示(實(shí)際上是網(wǎng)孔電流法),其回路電流方程為
整理得
解得,。
故
3-12 用回路電流法求題3-12圖所示電路中電流及電壓。
解:取回路如下圖所示(實(shí)際上是網(wǎng)孔電流法),其回路電流方程為
整理得
解得,,。
故
題3-12圖
3-13 用回路電流法求解:
(1)題3-13圖(a)中的;
(2)題3-13圖(b)中的。
題3-13圖
解:(1)選取回路如圖(a)所示,其回路電流方程為
解得。
故
(2)選取回路如圖(b)所示,其回路電流方程為
整理得
解得,。
故
3-20 題3-20圖所示電路中電源為無伴電壓源,用節(jié)點(diǎn)電壓法求解電流和。
題3-20圖
解:選取參考節(jié)點(diǎn)如圖所示,其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
整理得
因?yàn)?
,,
所以
,
故
3-21 用節(jié)點(diǎn)電壓法求解題3-21圖所示電路中電壓。
解:選取參考節(jié)點(diǎn)如圖所示,其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
其中
解得。
故
題3-21圖
3-22 用節(jié)點(diǎn)電壓法求解題3-13。
題3-22圖
解:(1)選取參考節(jié)點(diǎn)如圖(a)所示,其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
其中
整理得
解得。故。
(2)選取參考節(jié)點(diǎn)如圖(b)所示,其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
其中
整理得
解得。
故
第四章(P107-111)
4-2 應(yīng)用疊加定理求題4-2圖所示電路中電壓。
題4-2圖
解:將上圖中兩個(gè)電壓源看成一組,電流源看成另一組,其各自的分解電路如下圖所示。
題4-2圖的分解圖
對(duì)于第一個(gè)分解電路,由節(jié)點(diǎn)電壓法有
解得
對(duì)于第二個(gè)分解電路,由分流公式有
由疊加定理得
4-8 題4-8圖所示電路中,,當(dāng)開關(guān)在位置1時(shí),毫安表的讀數(shù)為;當(dāng)開關(guān)合向位置2時(shí),毫安表的讀數(shù)為。如果把開關(guān)合向位置3,則毫安表的讀數(shù)為多少?
題4-8圖
解:將上圖可知,產(chǎn)生毫安表所在支路電流的原因有電流源和電壓源,電流源一直保持不變,只有電壓源在變化,由齊次定理和疊加定理,可以將毫安表所在支路電流表示為
代入已知條件有
解得,。
故
當(dāng)合向位置3時(shí),,此時(shí)有
4-11 題4-11圖(a)所示含源一端口的外特性曲線畫于題題4-11圖(b)中,求其等效電源。
題4-11圖
解:由于一端口的外特性曲線經(jīng)過和兩點(diǎn),所以其直線方程為
整理得
令,即端口開路,可得其開路電壓為
令,即端口短路,可得其短路電流為
由此得一端口的等效電阻為
故的戴維寧等效電源電路如下圖所示
題4-11圖的戴維寧等效電源
補(bǔ)充題:
1. 如圖6所示電路,求電阻分別為、和時(shí)電流的值。
圖6
解:該題涉及到求電阻取不同值時(shí)的電流值,用戴維寧定理比較簡(jiǎn)單。
將待求支路開路,對(duì)所形成的一端口進(jìn)行戴維寧等效。
(1)求開路電壓
由右上圖可得
(2)求等效電阻
如上圖所示有
(3)將戴維寧等效電源接上待求支路
由此可得
故當(dāng)電阻分別為、和時(shí),電流的值分別為、和。
2. 如圖7所示電路,求當(dāng)時(shí)可獲得最大功率,并求該最大功率。
圖7
解:將負(fù)載斷開,對(duì)斷開后的電路進(jìn)行戴維寧等效。
1. 求開路電壓
方法1:節(jié)點(diǎn)電壓法。如左下圖所示電路,其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
解得。
故
或
方法2:電源等效變換法。原電路可以等效變換為右上圖所示電路
由此可得
或
2. 求等效電阻
其對(duì)應(yīng)的等效電路圖如下圖所示
其等效電阻為
所以,當(dāng)負(fù)載電阻時(shí),其上可獲得最大功率,最大功率為
3. 如圖8所示電路,為含有獨(dú)立電源的電阻電路。已知當(dāng)時(shí)可獲得最大功率,其值為,試求的戴維寧等效電路(其電壓源的實(shí)際極性為上正下負(fù))。
圖8
解:將等效為戴維寧等效電路,如圖(1)所示
將圖(1)所示電路中的負(fù)載電阻斷開,其端口處的等效電阻和開路電壓分別如圖(2)和圖(3)所示。
由題中所給條件及最大功率傳輸定理可得
解之得。
又因?yàn)?
所以(符合電壓源的實(shí)際極性為上正下負(fù)的條件)。
由圖(3)有
解之得
故的戴維寧等效電路如下圖所示
4. 如圖9所示電路,求當(dāng)時(shí)可獲得最大功率,并求該最大功率。
圖9
解:將負(fù)載開路,求其戴維寧等效電路
1. 求開路電壓
如左上圖所示電路,由節(jié)點(diǎn)電壓法有
其中
解得。
故
2. 求等效電阻
如右上圖所示電路,由及有
解得
故
所以,當(dāng)時(shí)可獲得最大功率,其最大功率為
第五章(P192-196)
7-8 題7-8圖所示電路開關(guān)原合在位置1,時(shí)開關(guān)由位置1合向位置2,求時(shí)電感電壓。
題7-8圖
解:標(biāo)注電感電流如上圖所示
由換路定理得
換路后,由于電路中不存在獨(dú)立電源,所以有
將換路后電路中的電感開路,求其等效電阻,如下圖所示
由及有
解得
故
由此得換路后電感放磁電路的時(shí)間常數(shù)為
由一階電路的三要素法公式可得
故
7-10 題7-10圖所示電路中開關(guān)閉合前,電容電壓為零。在時(shí)閉合,求時(shí)的和。
題7-10圖
解:由題意及換路定理得
換路后,電容電壓的終值為
換路后,將電壓源短路及電容開路,則端口處的等效電阻為
由此得換路后電容充電電路的時(shí)間常數(shù)為
由一階電路的三要素法公式可得
故
7-11 題7-11圖所示電路中開關(guān)打開前已處穩(wěn)定狀態(tài)。開關(guān)打開,求時(shí)的和電壓源發(fā)出的功率。
題7-11圖
解:標(biāo)注電感電流如上圖所示
換路前電路中無獨(dú)立電源,所以由換路定理得
換路后,將電感開路,求其戴維寧等效電路
(1)求開路電壓
(2)求等效電阻
將電感接上戴維寧等效電源,如下圖所示
由此可得
由一階電路的三要素法公式可得
所以
電壓源發(fā)出的功率為
7-13 題7-13圖所示電路,已知,時(shí)開關(guān)閉合,求時(shí)的電壓和電流。
題7-13圖
解:由換路定理有
換路后,將電容開路,求其戴維寧等效電路
1. 求開路電壓
如上圖所示,由有
解得。
故
2. 求等效電阻
如上圖所示,由及有
解得
故
3. 求電容電壓終值及時(shí)間常數(shù)
將電容接上戴維寧等效電源,如下圖所示
由此可得
由一階電路的三要素法公式可得
所以
7-19 題7-19圖所示電路開關(guān)原合在位置1,已達(dá)穩(wěn)態(tài)。時(shí)開關(guān)由位置1合向位置2,求時(shí)的電壓。
題7-19圖
解:1. 求電容電壓初始值
由換路前電路可得
換路后,將電容開路,求其戴維寧等效電路
2. 求開路電壓
如上圖所示,由有
解得。
故
3. 求等效電阻
由上圖知
由得
即
故
4. 求電容電壓終值及時(shí)間常數(shù)
將電容接上戴維寧等效電源,如下圖所示
由此可得
由一階電路的三要素法公式可得
7-20 題7-20圖所示電路,開關(guān)合在位置1時(shí)已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)開關(guān)由位置1合向位置2,求時(shí)的電壓。
題7-20圖
1. 求電感電流初始值
由換路前電路可得
換路后,將電感開路,求其戴維寧等效電路
2. 求開路電壓
如下圖所示,有
所以
3. 求等效電阻
如上圖所示
因?yàn)?
所以
故
4. 求電感電流終值及時(shí)間常數(shù)
將電感接上戴維寧等效電源,如下圖所示
由此可得
由一階電路的三要素法公式可得
故
第六章(P218)
8-10 已知題8-10圖(a)中電壓表讀數(shù)為V1:30V,V2:60V;題8-10圖(b)中的V1:15V,V2:80V,V3:100V(電壓表的讀數(shù)為正弦電壓的有效值)。求圖中電壓的有效值。
題8-10圖
解:其相量電路如上圖所示。設(shè),則,,由得
故
8-14 電路由電壓源及和串聯(lián)組成,電感端電壓的有效值為。求值和電流的表達(dá)式。
解:由題意可畫出相量電路如下
由題中所給已知條件可得
設(shè)
,
因?yàn)?
所以
解得。
從而
故
8-15 已知題8-15圖所示電路中。求和。
題8-15圖
解:設(shè),由題中所給條件及電路結(jié)構(gòu)有。
由及得
8-16 題8-16圖所示電路中。求電壓。
題8-16圖
解:因?yàn)?
所以
第七章(P245-249)
題9-5圖
9-5 題9-5圖所示電路中,,,求電流和電壓,并畫出電路的相量圖。
解:標(biāo)注電阻電流如上圖所示。由題中所給條件及電路結(jié)構(gòu)有。設(shè),則有。
由得
因?yàn)?
所以
由
可解得,所以。
故
電路的相量圖如下圖所示
9-6 題9-6圖中,調(diào)節(jié)電容,使電壓,電流表的讀數(shù)為。求電流表的讀數(shù)。
題9-6圖
解:方法1:相量圖法(最簡(jiǎn)單)。標(biāo)注支路電流如上圖所示。設(shè),其相量圖如下圖所示
由此可得
方法2:法。設(shè),由有
其中,為阻感支路的阻抗角。
由上述復(fù)數(shù)方程可得
因,所以必定是負(fù)值。
由此得
故
方法3:解析法(較難)。
由題設(shè)
,
因?yàn)?
其中
所以的虛部必為零,即
即
另外,由分流公式(取有效值)可得
所以
而由
有
整理得
由此得
故
9-15 在題9-15圖所示電路中,已知,,,當(dāng)調(diào)節(jié)觸點(diǎn)使時(shí),電壓表的讀數(shù)最小,其值為。求阻抗。
題9-15圖
解:方法1:解析法。標(biāo)注點(diǎn)如上圖所示。設(shè),則
當(dāng)觸點(diǎn)滑動(dòng)時(shí),即改變時(shí),只改變的實(shí)部,虛部不變。所以,當(dāng)?shù)膶?shí)部為零時(shí),可達(dá)到最小,此時(shí)有
解得
上式表明,既可以是感性負(fù)載,也可以是容性負(fù)載。
方法2:相量圖法。標(biāo)注負(fù)載所在支路電流如上圖所示。設(shè)。
因?yàn)?
所以電路的相量圖如下圖所示
(感性負(fù)載)
(容性負(fù)載)
因?yàn)?
所以
又因?yàn)?
所以
考慮到負(fù)載既可為感性也可為容性,如上圖所示,所以有
9-18 已知題9-18圖所示電路中,,,,,。求電源發(fā)出的復(fù)功率。
題9-18圖
題9-18圖
解:方法1:網(wǎng)孔電流法。標(biāo)注支路電流和回路電流如左上圖所示。
設(shè),由已知條件有
其網(wǎng)孔電流方程為
整理得
解得
因?yàn)?
所以,電源發(fā)出的復(fù)功率為
方法2:節(jié)點(diǎn)電壓法。標(biāo)注支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓如右上圖所示。
設(shè),由已知條件有
其節(jié)點(diǎn)電壓方程為
解得
所以
因?yàn)?
所以,電源發(fā)出的復(fù)功率為
第八章(P276-277)
10-17 如果使電阻能獲得最大功率,試確定題10-17圖所示電路中理想變壓器的變比。
圖10-17
解:其初級(jí)等效電路如下圖所示
顯然,當(dāng)
時(shí),電阻上可獲得最大功率。
此時(shí)有
10-18 求題10-18圖所示電路中的阻抗。已知電流表的讀數(shù)為,正弦電壓有效值。
圖10-18
解:其初級(jí)等效電路如右上圖所示
設(shè),則,其中為初級(jí)串聯(lián)支路的阻抗角。
由得
上式兩邊取模有
即
解得。