《电工学》秦曾煌第六版上下册课后答案.......

1 1 电路的基本概念与定 律 电 源 有 载工 作 、 开 路 与 短 路 电 源 发 出 功 率 = 图 2中，已 知 = 32 = 3中的电 流 电压 说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。 解 首先根据基尔霍夫电流定律列出 图 2: 习题 0 3 + 1 0 可求得 = 2 根据 基尔霍夫电流定律可得 (30 + 10 103 3 103 )V = 60V 其次确定电源还是负载： 1 从电压和电流的实际方向判定： 电路元件 3 8030电流 “+”端流出 ,故为电源 ; 电流 “+”端流出，故为电源； 电流 “+”端流出，故为负载。 2 从电压和电流的参考方向判别： 电路元 件 3 P = 3 = 60 (2) 103W = 120 103W （负值），故为电源； 80件 参 考 方 向 相 反 P = = 80 1 103W = 80 103W （正值），故为电源； 30 同 P = 30 3 103 W = 90 2 103W （正值），故为负载。 两者结果一致。 最后校验功率平衡： 电阻消耗功率 : 2 2 10 3 = 90 2 20 1 = 20源发出功率 : 2 + 3 = (80 + 120)= 200载取用和电阻损耗功率 : P = 2 + = (90 + 90 + 20)= 200 2 两者平衡 基 尔 霍 夫定 律 求图 6所示部分电路中电流 I 、 电阻 R，设 = 0。 解 由基尔霍夫电流定律可知， I = 6A。 由于设 0，可得 1A 6 2 A = 3A 图 6: 习题 并得出 3 (1 + 3)A = 2A I (6 2)A = 4A 因 1 得 R = 5 2 = = 电 路 中 电位 的 概 念 及计 算 解 在图 7中，求 A 。 图 7: 习题 0 (1) 50 1 = (2) 10 (50) (3) 5 将式 (2)、 (3)、 (4)代入式 (1)，得 (4) 20 50 A + 50 0 5 20 = 0 R R R 2 电路的分析方 法 电 阻 串 并联 接 的等效 变 换 图 1所 示 的 电 路 中 ， E = 6V ， = 6， = 3， = 4， = 3， = 1，试求 解 图 1: 习题 本 题 通 过 电 阻 的 串 联 和 并 联 可 化 为 单 回 路 电 路 计 算 。 联 而 后 与 联，得出的等效电 阻 ,4 和 后与电源 及 于是得出电源中电流 E I = + ) + 2 + (+ 1 6 ) + 3 (4 + 6 3 ) 1 + 6 + 3 6 3 = 2A 3 + (4 + ) 6 + 3 而后应用分流公式得出 4 1 I = 3 6 3 2 2A = 3 A + + 1 + + 4 + 6 + 3 6 2 4 1 + 3 = 6 + 3 3 A = 9 A 5 一 无 源 二 端 电 阻 网 络 图 2（ a） ， 通 过 实 验 测 得 ： 当 U = 10V 时 ， I = 2A；并已知该电阻网络由四个 3的电阻构成，试问这四个电阻是如何连接的？ 解 图 2: 习题 按题意，总电阻为 U R = = I 10 = 5 2 四个 3电阻的连接方法如图 2（ b）所示。 图 3中 ， = = = = 300， = 600，试求开 关 时 a和 的等效电阻。 解 图 3: 习题 当开 关 3串联后 与 联 ， 4 串联后也 与 故 6 5 R 有 = (+ (+ 1 = 1 600 1 + + 300 + 300 1 300 + 300 = 200 当 有 = (+ (/ = 1 R + 2 + 1 + 1 4 + + 1 600 300 300 + 300 300 = 200 300 + 300 300 + 300 电 源 的 两种 模 型 及 其 等 效 变 换 计算图 9中的电压 解 图 9: 习题 4 ,3 = + 2 + ( ) = 3 6 + 4 将 1,2,3 与 4都 化为电流源，如图 9(a)所示。 7 将图 9(a)化简为图 9(b)所示。其中 (5 + 10)A = 15A ,3 = ,3 = 3 + 6 3 16 45 + S = 3 16 45 15A = 19 A + 1 5 = 1 19 V = 支 路 电 流 法 用 支 路 电 流 法 和 结 点 电 压 法 求 图 11所 示 电 路 中 的 各 支 路 电 流 ， 并 求 三 个 电 源 的 输 出 功 率 和 负 载 电 阻 用 的 功 率 。 两 个 电 压 源 的 内 阻 分 别 为 和 。 解 图 11: 习题 (1) 用支路电流法计算 本题中有四个支路电流，其中一个是已知的，故列出8 三个方程即可，即 120 116 = 0 120 4I = 0 解之，得 10 I = 0 2 = = 2) 用结点电压法计算 120 116 + + 10 V = + 1 + 而后按各支路电流的参考方向应用有源电路的欧姆定律可求得 120 = 16 = = L 4 A = (3) 计算功率 三个电源的输出功率分别为 1055W 984W 10W = 1125W = (1055 + 984 + 1125)W = 3164W 负载电阻 用的功率为 P = 3164W 两者平衡。 结 点电压 法 路如图 14(a)所示，试用结点电压法求电阻 的电压 U ，并计算理想电流 源的功率。 解 图 14: 习题 将 与 4接）和 与 16V 理想电压源并联 的 8电 阻除去（断开），并不影响电 阻 的电 压 U ，这样简化后的电路如 图 14(b)所 示，由此得 16 4 + U = 1 + 4 1 4 1 V = 4 8 计算理想电流源的功率时，不能除 去 4电阻 ，其上电 压 = 4 4V = 16V ， 并 由此可得理想电流源上电 压 = U = (16 + = 理想电流 源 10 的功率则为 4W = 发出功率） 叠 加 定 理 图 15中 ， (1)当 将 开 关 在 时 ， 求 电 流 (2)当 将 开 关 在 用 (1)的结果，用叠加定理计算电流 3。 解 11 0 I 0 图 15: 习题 (1) 当将开关 用结点电压法计算： 130 120 + U = 2 2 V = 100V 1 1 1 + + 2 2 4 130 100 A = 15A 2 120 100 A = 10A 2 100 A = 25A 4 (2) 当将开 关 用叠加原理计算。在 图 15(b)中 是 20V 电源单 独 作用时的电路，其中各电流为 4 2 + 4 6A = 4A 20 2 = 2 4 2 + 2 + 4 2 A = 6A 12 I 0 3 = 2 + 4 6A = 2A 130V 和 120V 两个电源共同作用 （ 20V 电源除去）时的各电流即 为 (1)中 的 电流，于是得出 (15 4)A = 11A (10 + 6)A = 16A (25 + 2)A = 27A 戴 维 南 定理 与 诺顿定 理 用戴维宁定理计算图 20(a)中 1电阻中的电流。 解 图 20: 习题 将 与 10想 电 流 源 串 联 的 2电 阻 除 去 （ 短 接 ） ， 该 支 路 中 的 电 流 仍 为 10A； 将 与 10V 理 想 电 压 源 并 联 的 5电 阻 除 去 （ 断 开 ） ， 该 两 端 的 电 压 仍 为 10V 。因此，除去这两个电阻后不会影 响 1电阻中 的 电 流 I ， 但 电路可 得 到 简 化 图 20(b)，计算方便。 应用戴维宁定理对 图 20(b)的电路求等效电源的电动势（即开路电 压 和 内阻 由图 20(c)得 由图 20(d)得 所以 1 电阻中的电流 13 4 10 10)V = 30V = 4 I = + 1 30 4 + 1 A = 6A 戴维宁定理计算图 22(a)所示电路中的电流 I 。 解 图 22: 习题 (1) 用戴维宁定理将图 22(a)化为等效电源，如图 22(b)所示。 14 (2) 由图 22(c)计算等效电源的电动势 E，即开路电压 0 = E = (20 150 + 120)V = 10V (3) 由图 22(d)计算等效电源的内阻 0 = 0 (4) 由图 22(b)计算电流 I E I = + 10 = 10 10 A = 1A 图 23中 ， (1)试求电 流 I ； (2)计算理想电压源和理想电流源的功率，并说 明 是取用的还是发出的功率。 解 图 23: 习题 (1) 应用戴维宁定理计算电流 I (3 5 5)V = 10V = 3 10 I = (2) 理想电压源的电流和功率 2 + 3 5 A = 2A I = ( 4 2)A = E 的实际方向与图中相反，流入电压源的 “+”端，故该电压源为负载。 5 取用 ) 理想电流源的电压和功率为 = 2 5 + 3(5 2)V = 19V 19 5W = 95W (发出 ) 15 R 路如 图 24(a)所示，试计算电 阻 的电 流 (1)用戴维宁定理 ； (2)用 诺 顿定理。 解 图 24: 习题 (1) 应用戴维宁定理求 = U (32 8 2)V = 16V = = 8 (2) 应用诺顿定理求 6 = A = 4 + 8 U 3 2 I = ( 8 2)A = 2A 8 S = 24 + 8 2A = 6 求图 26所示 电路中的电流 I 。 解 图 26: 习题 用戴维宁定理计算。 (1) 求 0 a 可用结点电压法计算 24 + 48 6 6 1 1 1 + + 6 6 6 V = 8V 12 + 24 2 3 V = 2V 1 1 1 + + 2 6 3 E = 8 (2)V = 10V (2) 求 0 将电压源短路 后可见，右边三个 6电阻并联，左边 2， 6， 3三个电阻 也并联，而后两者串联，即得 1 = 1 + (2 + 1) 31 + 1 + 1 1 1 1 + + (3) 求电流 I 6 6 6 I = 2 6 3 10 A = 2 103A = 27 + R (3 + 2) 103 3 电路的暂态分 析 储 能 元 件与 换 路 定 则 V = 18V 一 线 性 无 源 二 端 网 络 N 图 5(a)， 其 中 储 能 元 件 未 储 有 能 量 ， 当 输 入 电 流 i其波形如图 5(b)所示 后，其两端 电 压 (c)所示。 (1)写出 式； (2)画出该网络的电路，并确定元件的参数值。 解 图 5: 习题 18 3 (1) 由图 5(c)可得 t = 0 时 u = 2(1 e t )V u( ) = 2(1 = 2 t = 时 u = 2) 该网络的电路如图 5(d)所示。因 (t 1) V u() = 2V R 1 = 2 R = 2 又 = 1 = 2C C = 一 阶 线 性电 路 暂 态 分 析 的 三 要 素 法 路如图 9所示，换路前已处于稳态，试求换路后 (t 0)的 解 图 9: 习题 本题应用三要素法计算。 (1) 确定初始值 + ) = ) = (20 10 1 103 10)V = 10V (2) 确定稳态值 ) = (3) 确定时间常数 ? 10 3 10 + 10 + 20 1 10 20 103 ? 10 V = 5V 将理想电流源开路，理想电压源短路。从电容元件两端看进去 的 等效 电 19 3 阻为 20 (10 + 10) = 20 + (10 + 10) 10 于是得出 = = 10 103 10 106s = t = ) + + ) )e t = 5 + 10 (5)e = (5 + 15e10t )V 电路如 图 14所示，在换路前已处于稳态。当将开关 从 1的位置扳 到 2的位 置 后，试求 i和 图 14: 习题 (1) 确定初始值 i(0 ) = 9 A = A 1 + 2 1 5 2 + 1 2 9 6 0+ ) = 0 ) = 2 + 1 ( 5 )A = 5 A 在此注意， i(0+ ) = i(0 )。 i(0+ )由基尔霍夫电压定律计算，即 3 = i(0+ ) + 2i(0+ ) 0+ ) 6 3 = i(0+ ) + 2i(0+ ) + 5 12 解 20 3 = 3i(0+ ) + 5 1 i(0+ ) = 5 A (2) 确定稳态值 3 9 i() = 2 1 A = 5 A 1 + 2 + 1 2 9 6 ) = 2 + 1 5 A = 5 A (3) 确定时间常数 L = = 9 2 1 s = 5 s 1 + 2 + 1 解 21 于是得 t i = i() + i(0+ ) i()e 5 9 1 9 t 5 9 8 t = 5 + ( 5 5 )e t 9 A = 5 5 e 9 A = ( A 5 t 6 6 6 t 5 + ( 5 5 )e 9 A = ( A 路如 图 15所示，试用三要素法 求 t 0时 的 换路前电路已处 于 稳态。 解 图 15: 习题 (1) 确定初始值 0+ ) = 0 ) = 12 A = 2A 6 注 意 ： 初 始 值 应 按 t = 0+ 的 电 路 计 算 ， 不 是 由 t = 0 的 电 路 计 算。由 t = 0+ 的电路应用基尔霍夫定律列出 + ) + + ) = 0+ ) = 2 60+ ) 30+ ) = 12 9 = 3 解之得 + ) = + ) = 1A 解 22 I (2) 确定稳态值 稳态时电感元件可视为短路，故 ) = ) = 12 A = 2A 6 9 A = 3A 3 ) = ) + ) = (2 + 3)A = 5A (3) 确定时间常数 L = = 6 3 6 + 3 s = 是得出 = 2 + (1 2)e = 3 + (1 3)e 5 + (2 5)e t A = (2 e2t )A t A = (3 2e2t )A t A = (5 3e2t )A 4 正弦交流电 路 个线圈接 在 U = 120V 的直流电源上 ， I = 20A；若接 在 f = 50H z， U = 220V 的交流电源上，则 I = 求线圈的电阻 。 解 接在直流电源上电 感 电 阻 R = U I 120 = = 6。接在交流 电 20 源上时， |Z | = + (L)2 = U 220 = = L = 2f q 2 |Z | = 1 2 50 62H = 23 日光灯管与镇流器串联接到交流电压上，可看 作 已知某 灯 管的等效电 阻 = 280，镇流器的电阻和电感分别 为 20和 L = 电源电 压 U = 220V ，试求电路中的电流和灯管两端与镇流器上的电压。这两 个 电压加起来是否等于 220V ？电源频率为 50H z。 解 电路总阻抗 Z = (+ + (280 + 20) + 50 = (300 + = 599 电路中电流 灯管两端电压 U I = |Z | 220 = 599 A = R = 280 103V 镇流器的阻抗 = + (2 + = 518 镇流器电压 因为 U |I = 518 190V (103 + 190)V = 293V 220V = UR + U2，不能有效值相加。 24 源二端网络（图 3）输入端的电压和电流为 u = 2202 14t + 20)V i = 14t 33)A 试求此二 端 网 络 由 两 个 元件 串联 的 等效电路和元件的参数值，并求二端网络 的 功率因数及输入的有功功率和无功功率。 解 二端网络阻抗为 图 3: 习题 U Z = I = 220 20 = 50 53 = (30 + 33 则其参数为 R = 30 40 由此得出电感 功率因数为 L = 40 = 314 R H = 0 输 入的有功功率为 = = |Z | 50 = 功功率为 P = U I = 220 580W Q = U I = 2 = 40 7745 2 图 11中，已 知 U = 220V ， = 10， = 103， = 20，试求各 个 电流和平均功率。 解 设 U = U 0为参考相量 图 11: 习题 I1 = U 220 0 = A = 220 0 A = 11 60A + 0 + 3 20 60 I2 = U 220 = 20 A = 11A I = I1 + I2 = (11 60 + 11)A = 113 30A P = + 2 = (10 112 + 20 112)W = 3630W 1 2 图 12(a)中 ， 已 知 u = 2202 14t V ， = 22 14t 45)A， = 112 14t + 90)A，试求各仪表读数及电路参数 R， 。 解 由图 12(b)的相量图可知 22 I1 5 = 2 A = 11A 2 26 22 2 A = 7 22 1 图 12: 习题 因 I和 U 同相，故 q I = I 2 I 2 = s ? ?2 112 A = 11A 1 2 2 U 220 = = 20 1 1 C = = 314 20 F = 159F | = U 220 I = 22 = 10 2 2 R = | 5 = 10 2 2 = 10 2 | 5 = 10 L = 10 = 314 H = 2 3 14 二极管和晶体 管 二极 管 图 1所示的各电路图中 ， E = 5V ， 10 二极 管 可忽略不计，试分别画出输出电压 波形。 解 图 1: 习题 (a) 正半周时 ， E， E， 通 ； I 0 饱和 截止 6: 习题 解 在图 6所示的各个电路中，试问晶体管工作于何种状态？设 = 计算结果见下表。 B = B B 7 8 15 基本放大电 路 放大 电 路 的 静 态 分 析 图 1中，若 = 10V ，今要求 = 5V ， 2求 阻值。设晶体管的 = 40。 解 图 1: 习题 由 = C 可求 = 10 5 = 103 = = 40 0 = 200一放大电路如习 题 1图所示，其晶体管的输出特性以及放大电路的交、 直 流负载线如 图 2所示。试问 ： (1)为多少 ？ (2)不产生失真的最大输 入 电 压 多少 ？ (3)若不断加大输入电压的幅值，该电路首先出现何种性质 的 失真？调节电路中哪个电阻能消除失真？将阻值调大还是调小 ？ (4)将电 阻 大，对交、直流负载线会产生什么影响 ？ (5)若电路中其他参数不变 ，只将晶 体 管换一个 值小一半的管子，这时 及 |如何变化？ 9 R R L L L L R I 解 图 2: 习题 由图 2可知，静态值为 电源电压为 电