电工学秦曾煌第六版上下册课后答案........doc

1 电路的基本概念与定律1.5 电源有载工作、开路与短路电 源 发 出 功 率PE =161.5.2在图2中，已知I1 = 3mA,I2 = 1mA.试确定电路元件3中的电流I3和其两端 电压U3，并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1.5.2图I1 + I2 I3= 03 + 1 I3= 0可求得I3 = 2mA, I3的实际方向与图中的参考方向相反。 根据基尔霍夫电流定律可得U3 = (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380V元件30V元件电流I3 从“+”端流出,故为电源;电流I2 从“+”端流出，故为电源； 电流I1 从“+”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3U3 和I3的参考方向相同P = U3 I3 = 60 (2) 103W =120 103W （负值），故为电源；80V元 件U2 和I2的 参 考 方 向 相 反P = U2I2 = 80 1 103W =80 103W （正值），故为电源；30V元件U1 和I1参考方向相同P = U1I1 = 30 3 103 W = 90 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 2PR1= R1I1 = 10 3 mW = 90mW2 2PR2= R2I2 = 20 1 mW = 20mW 电源发出功率:PE = U2 I2 + U3 I3 = (80 + 120)mW = 200mW负载取用和电阻损耗功率:P = U1I1 + R1 I 2 + R2I 2 = (90 + 90 + 20)mW = 200mW1 2两者平衡1.6 基尔霍夫定律1.6.2试求图6所示部分电路中电流I 、I1 和电阻R，设Uab = 0。解由基尔霍夫电流定律可知，I = 6A。 由于设Uab = 0，可得I1= 1A6I2= I3 = 2 A = 3A图 6: 习题1.6.2图并得出I4= I1 + I3 = (1 + 3)A = 2AI5= I I4 = (6 2)A = 4A因I5R = I4 1得R = I4I52= = 0.541.7 电路中电位的概念及计算1.7.4解在图7中，求A点电位VA 。图 7: 习题1.7.4图I1 I2 I3 = 0(1)50 VAI1 =(2)10I2 =VA (50) (3)5VA将式(2)、(3)、(4)代入式(1)，得I3 =(4)2050 VAVA + 50VA105 20 = 0VA = 14.3V2 电路的分析方法2.1 电阻串并联接的等效变换2.1.1在 图1所 示 的 电 路 中 ，E = 6V ，R1 = 6，R2 = 3，R3 = 4，R4 =3，R5 = 1，试求I3 和I4。解图 1: 习题2.1.1图本 题 通 过 电 阻 的 串 联 和 并 联 可 化 为 单 回 路 电 路 计 算 。R1 和R4并 联 而 后 与R3 串联，得出的等效电阻R1,3,4 和R2并联，最后与电源及R5组成单回路电路， 于是得出电源中电流E I =R2 (R3 +R1R4 )R5 + R1 + R4 R1R4R2 + (R3 +R16)+ R4=3(4 + 6 3 )1 +6 + 36 3= 2A3 + (4 +)6 + 3而后应用分流公式得出I3和I4I3 =R2R1 R4 I =36 32 2A = 3 ARR2 + R3 +1+ R43 + 4 +6 + 3R1 624RI4 = 1+ R4I3 = 6 + 3 3 A = 9 AI4的实际方向与图中的参考方向相反。2.1.2有 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2.1.2图 按题意，总电阻为UR =I10 = 52四个3电阻的连接方法如图2（b）所示。2.1.3在图3中，R1 = R2 = R3 = R4 = 300，R5 = 600，试求开关S断开和闭和 时a和b之间的等效电阻。解图 3: 习题2.1.3图 当开关S断开时，R1与R3串联后与R5 并联，R2与R4 串联后也与R5并联，故有Rab = R5/(R1 + R3)/(R2 + R4 )1=16001+300 + 3001300 + 300= 200 当S闭合时，则有Rab = (R1/R2) + (R3/R4 )/R51=15R +R1 R2R1 + R2=1+1R3 R4+R3 + R411600300 300 + 300 300= 200 300 + 300300 + 3002.3 电源的两种模型及其等效变换计算图9中的电压U5。解图 9: 习题2.3.4图R2R36 4RR1,2,3 = R1 +2+ R3= (0.6 +) = 36 + 4将U1和R1,2,3 与U4和R4都化为电流源，如图9(a)所示。将图9(a)化简为图9(b)所示。其中IS = IS1 + IS2 = (5 + 10)A = 15AR1,2,3R43 0.23R0 =R1,2,3R0+ R4= =3 + 0.2163 16 45I5=R0 + R5IS = 31645 15A = 19 A+ 1U5= R5 I5 = 1 19 V = 2.37V2.4 支路电流法2.4.2试 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RL 取 用 的 功 率 。 两 个 电 压 源 的 内 阻 分 别 为0.8 和0.4 。解图 11: 习题2.4.2图(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，故列出三个方程即可，即120 0.8I1 + 0.4I2 116 = 0120 0.8I1 4I = 0解之，得I1 + I2 + 10 I = 0I1= 9.38A I2= 8.75AI= 28.13A(2) 用结点电压法计算120116+ 10Uab = 0.8 0.4 V = 112.5V1+0.811+0.44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I1=I2=120 112.5 A = 9.38A0.8116 112.5 A = 8.75A0.4I=UabRL112.5=4A = 28.13A(3) 计算功率三个电源的输出功率分别为P1=112.5 9.38W = 1055WP2=112.5 8.75W = 984WP3=112.5 10W = 1125WP1+P2 + P3 = (1055 + 984 + 1125)W = 3164W负载电阻RL 取用的功率为P = 112.5 28.13W = 3164W两者平衡。2.5 结点电压法2.5.3电路如图14(a)所示，试用结点电压法求电阻RL 上的电压U ，并计算理想电流 源的功率。解图 14: 习题2.5.3图将与4A理想电流源串联的电阻除去（短接）和与16V 理想电压源并联的8电 阻除去（断开），并不影响电阻RL 上的电压U ，这样简化后的电路如图14(b)所 示，由此得164 +U = 1+41 4 1 V = 12.8V+48计算理想电流源的功率时，不能除去4电阻，其上电压U4 = 4 4V = 16V ，并由此可得理想电流源上电压US = U4 + U = (16 + 12.8)V = 28.8V 。理想电流源 的功率则为PS = 28.8 4W = 115.2W （发出功率）2.6 叠加定理2.6.1在 图15中 ，(1)当 将 开 关S合 在a点 时 ， 求 电 流I1、I2 和I3；(2)当 将 开 关S合 在b点时，利用(1)的结果，用叠加定理计算电流I1 、I2和I3。解图 15: 习题2.6.1图(1) 当将开关S合在a点时，应用结点电压法计算：130120+U= 2 2 V = 100V111+224I1=I2=I3=130 100 A = 15A2120 100 A = 10A2100A = 25A4(2) 当将开关S合在b点时，应用叠加原理计算。在图15(b)中是20V 电源单独作用时的电路，其中各电流为0I1=42 + 4 6A = 4AI 0202=242 +2 + 42A = 6AI 0 3 =2 + 4 6A = 2A130V 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I1 = (15 4)A = 11AI2 = (10 + 6)A = 16A I3 = (25 + 2)A = 27A2.7 戴维南定理与诺顿定理2.7.1应用戴维宁定理计算图20(a)中1电阻中的电流。解图 20: 习题2.7.1图将 与10A理 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U0）和 内阻R0。由图20(c)得由图20(d)得 所以1电阻中的电流U0 = (4 10 10)V = 30VR0 = 4I =U0=R0 + 1304 + 1A = 6A2.7.5用戴维宁定理计算图22(a)所示电路中的电流I 。解图 22: 习题2.7.5图(1) 用戴维宁定理将图22(a)化为等效电源，如图22(b)所示。(2) 由图22(c)计算等效电源的电动势E，即开路电压U0U0 = E = (20 150 + 120)V = 10V(3) 由图22(d)计算等效电源的内阻R0R0 = 0(4) 由图22(b)计算电流IE I =R0 + 10= 1010A = 1A2.7.7在图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2.7.7图(1) 应用戴维宁定理计算电流IUab0= (3 5 5)V = 10V R0 = 310I=(2) 理想电压源的电流和功率2 + 35A = 2AIE = I4 I = ( 4 2)A = 0.75AIE 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。PE = 5 0.75W = 3.75W (取用)理想电流源的电压和功率为US = 2 5 + 3(5 2)V = 19V PS = 19 5W = 95W (发出)2.7.8电路如图24(a)所示，试计算电阻RL 上的电流IL ；(1)用戴维宁定理；(2)用诺 顿定理。解图 24: 习题2.7.8图(1) 应用戴维宁定理求ILE = Uab0 = U R3I = (32 8 2)V = 16V R0 = R3 = 8IL= (2) 应用诺顿定理求ILERL + R016=A = 0.5A24 + 8RU IS = IabS =3R032 I = ( 8 2)A = 2A8IL=RL + R0IS = 24 + 8 2A = 0.5A2.7.10试求图26所示电路中的电流I 。解图 26: 习题2.7.10图 用戴维宁定理计算。(1) 求ab间的开路电压U0a点电位Va 可用结点电压法计算24 + 48b点电位Va =66111+666V = 8V12 + 24Vb = 2 3 V = 2V111+263U0 = E = Va Vb = 8 (2)V = 10V(2) 求ab间开路后其间的等效内阻R0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1R0 = 1+ k = (2 + 1)k = 3k 1 + 1 + 1111 +(3) 求电流I666I = U0=26310A = 2 103A = 2mAR0 + R(3 + 2) 1033 电路的暂态分析3.2 储能元件与换路定则V = 18V193.3.4有 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u的波形如图5(c)所示。(1)写出u的指数 式；(2)画出该网络的电路，并确定元件的参数值。解图 5: 习题3.3.4图(1) 由图5(c)可得t = 0 时u = 2(1 et )Vu( ) = 2(1 0.368)V = 2 0.632V = 1.264Vt = 时u = 1.264e(2) 该网络的电路如图5(d)所示。因(t 1) Vu() = Ri = 2VR 1 = 2R = 2又 = RC 1 = 2C C = 0.5F3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法3.4.3电路如图9所示，换路前已处于稳态，试求换路后(t 0)的uc。解图 9: 习题3.4.3图 本题应用三要素法计算。(1) 确定初始值3uc(0+ ) = uc(0 ) = (20 10 1 103 10)V = 10V(2) 确定稳态值uc() = (3) 确定时间常数?10310 + 10 + 20 1 10 20 103? 10V = 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 阻为20 (10 + 10)R0 = 20 + (10 + 10) k = 10k故 于是得出 = R0C = 10 103 10 106s = 0.1s tuc = uc() + uc(0+ ) uc()e t3.4.4= 5 + 10 (5)e= (5 + 15e10t )V0.13.6.2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iL 。 图 14: 习题3.6.2图(1) 确定初始值解223i(0 ) =9A = A1 + 2 152 + 1296iL (0+ ) = iL (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+ ) iL (0+ )63 = i(0+ ) + 2i(0+ ) + 5 123 = 3i(0+ ) + 51i(0+ ) =5 A(2) 确定稳态值39i() =21 A = 5 A1 +2 + 1296iL () =2 + 1 5 A = 5 A(3) 确定时间常数L =R0392 1 s = 5 s1 +2 + 1于是得t i = i() + i(0+ ) i()e 5 919 t5 98 t= 5 + ( 5 5 )et9 A = 5 5 e9 A= (1.8 1.6e1.8 )A5 t666 t iL= 5 + ( 5 5 )e9 A = (1.2 2.4e1.8 )A3.6.4电路如图15所示，试用三要素法求t 0时的i1 ，i2 及iL 。换路前电路已处于 稳态。解图 15: 习题3.6.4图(1) 确定初始值iL (0+ ) = iL (0 ) =12A = 2A6注 意 ：i1和i2的 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i1(0+ ) + i2(0+ ) = iL (0+ ) = 26i1 (0+ ) 3i2 (0+ ) = 12 9 = 3解之得i1(0+ ) = i2(0+ ) = 1A(2) 确定稳态值 稳态时电感元件可视为短路，故i1() =i2() =12A = 2A69A = 3A3iL () = i1 () + i2() = (2 + 3)A = 5A(3) 确定时间常数L =R016 36 + 3s = 0.5s于是得出i1 = 2 + (1 2)ei2 = 3 + (1 3)eiL= 5 + (2 5)et0.5 A = (2 e2t )At0.5 A = (3 2e2t )At0.5 A = (5 3e2t )A 4 正弦交流电路 4.4.3一个线圈接在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 = 28.2A。试求线圈的电阻R和电感L。解27接在直流电源上电感L不起作用，故电阻R = U I120= = 6。接在交流电20源上时，I|Z | = pR2 + (L)2 = U220= = 7.828.21L =2fq2|Z | R2 =12 50 7.82 62H = 15.9mH4.4.5日光灯管与镇流器串联接到交流电压上，可看作RL串联电路。如已知某灯 管的等效电阻R1 = 280，镇流器的电阻和电感分别为R2 = 20和L = 1.65H ， 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 = (R1 + R2 ) + jL = (280 + 20) + j2 50 1.65= (300 + j518) = 59959.9 电路中电流灯管两端电压U I =|Z |220=599A = 0.367AUR = R1I = 280 0.367V = 103V镇流器的阻抗Z2 = R2 + jL = (2 + j518) = 51887.8镇流器电压因为UU2 = |Z2| I = 518 0.367V = 190VUR + U2 = (103 + 190)V = 293V 220V= UR + U2，不能有效值相加。4.4.6无源二端网络（图3）输入端的电压和电流为u = 2202 sin(314t + 20)Vi = 4.42 sin(314t 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4.4.6图UZ = I= 22020 = 5053 = (30 + j40)4.433则其参数为R = 30XL = 40由此得出电感功率因数为L = XL40=314RH = 0.127H30输入的有功功率为cos =|Z |50= 0.6无功功率为P = U I cos = 220 4.4 0.6W = 580WQ = U I sin = XL I 2 = 40 4.42 var = 774var4.5.6在图11中，已知U = 220V ，R1 = 10，X1 = 103，R2 = 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4.5.6图I1=U 2200= A =2200A = 11 60AR1 + jX110 + j10 32060I2=U220=R2 20A = 11AI=I1 + I2 = (11 60 + 11)A = 113 30AP = R1I 2 + R2 I 2 = (10 112 + 20 112)W = 3630W1 24.5.7在 图12(a)中 ， 已 知u = 2202 sin 314t V ，i1 = 22 sin(314t 45)A，i2 =112 sin(314t + 90)A，试求各仪表读数及电路参数R，L和C 。解由图12(b)的相量图可知222I2= I1 sin 45 = 2A = 11A2I1=222 A = 15.6A图 12: 习题4.5.7图因I和U 同相，故qI= I 2 I 2 =22s ?2 112 A = 11AXC=1 2 2U220= = 20I2 111C =XC1=314 20F = 159F|Z1| =U220 1I = 22 = 10 22R = |Z1 | cos 45 = 10 2 2 = 102XL= |Z1 | sin 45 = 10L =XL10=314H = 0.0318H = 31.8mH614 二极管和晶体管14.3 二极管14.3.2在图1所示的各电路图中，E = 5V ，ui = 10 sin tV ，二极管D的正向压降 可忽略不计，试分别画出输出电压u0 的波形。 解图 1: 习题14.3.2图(a) ui 为正半周时，ui E，D导通；ui E，D导 通 ；ui E，D截 止 。ui 为 负 半 周 时 ，D截 止。D导通时，u0 = ui ；D截止时，u0 = E。u0的波形分别如图2(a)和(b)所示。图 2: 习题14.3.2图14.3.5在图3中，试求下列几种情况下输出端电位VY 及各元件中通过的电流。(1)VA =+10V ，VB = 0V ；(2)VA = +6V ,VB = +5.8V ;(3)VA = VB = +5V .设二极管的正 向电阻为零，反向电阻为无穷大。解图 3: 习题14.3.5图(1) 二极管DA 优先导通，则10VY= 9 1 + 9 V = 9V3VY9IDA= IR =A = 110R 9 103A = 1mADB 反向偏置，截止，IDB = 0(2) 设DA 和DB 两管都导通，应用结点电压法计算VY ：VY =65.8+11111 V =11.8 9V = 5.59V 5.8V+19119可见DB 管也确能导通。IDA=6 5.59 A = 0.41 1031 103A = 0.41mAIDB=5.8 5.59 A = 0.21 1031 1035.59A = 0.21mAIR=A = 0.621039 103A = 0.62mA(3) DA 和DB 两管都能导通55+VY=1 1 1 1 1 V = 4.74V+119VY4.74IR=A = 0.5310R 9 103A = 0.53mAIDA= IDB =IR =20.533mA = 0.26mA214.5.4图 6: 习题14.5.4图解在图6所示的各个电路中，试问晶体管工作于何种状态？设UBE = 0.6V 。计算结果见下表。B = (a)管(b)管(c)管UC CIC (sat) RC12mA8mAI 0IC (sat) 0.24mA0.2mAIB6 0.650mA = 0.11mA12 0.647mA = 0.24mAIB 0状态IB I 0 饱和截止BB15 基本放大电路15.2 放大电路的静态分析15.2.3在图1中，若UC C = 10V ，今要求UC E = 5V ，IC = 2mA，试求RC 和RB的阻值。设晶体管的 = 40。解图 1: 习题15.2.3图由UC E = UC C RC IC 可求9RC =UC C UC EIC=10 5 = 2.5k2 103IC 2IB=mA = 0.05mA 40RBUC CIB10=k = 200k0.05有一放大电路如习题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)RB ,RC ,RL 各为多少？(2)不产生失真的最大输入 电压UiM 为多少？(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RL 调 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IB ，IC ，UC E 及|Au|将如何变化？解图 2: 习题15.3.3图 由图2可知，静态值为电源电压为 电流放大系数为IC = 2mA, IB = 40A, UC E = 5VUC C = 10V = ICIB2=0.04= 50(1)RB UC CIB10=k = 250k0.04RC =由交流负载线可得UC C UC EIC= 10 5 k = 2.5k2由此得R1 tan 0 = ,0L2=RL8 51L, R00L= 1.5kR0RC RLLRL =RC R0= 2.5