电工与电子技术之电工技术课后答案完整版.doc

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除第1章 电路的基本概念和基本定律 11 试求图11所示电路的电压Uab和Uba。 图11解 (a)电压U的参考方向如图所示，已知U10V，故有 Uab=U=10V Uba=-Uab=-U=-10V(b)直流电压源的电压参考方向如图所示，故有 Uab=5V Uba=-Uab=-5V12 根据图12所示的参考方向和电压、电流的数值确定各元件电流和电压的实际方向，并计算各元件的功率，说明元件是吸收功率还是发出功率。 (a) (b) (c) (d) 图12 解 (a)因为电流为2mA，电压为5V，所以电流、电压的实际方向与参考方向相同。电阻元件的功率为P=UI=5210-3=1010-3=10Mw电阻元件的电压与电流取关联参考方向，计算结果P0，说明电阻元件吸收功率。(b)因为电流、电压随时间t按照正弦规律变化，所以当电流i0、电压u0时，它们的实际方向与参考方向一致；当电流i0、电压u0，说明电阻元件吸收功率。(c)因为电流为2mA，所以电流的实际方向与参考方向相反；电压为5V，所以电压的实际方向与参考方向相同。直流电压源的功率为 P=UI=5(210-3)=1010-3=10mW直流电压源的电压与电流取关联参考方向，计算结果P0，说明直流电流源发出功率。13 在图13所示电路中，试求： (1)若元件A吸收10W功率，求其电压UA； (2)若元件B吸收10W功率，求其电流IB； (3)若元件C发出10W功率，求其电流IC；(4)若元件D发出10mW功率，求其电流ID。 D10VID C+6VIC B10VIB AUA 4 A (a) (b) (c) (d)图13解 (1)元件A的电流与电压取关联参考方向，其吸收功率为PA=UA4=10W故其电压UA为UA=10/4=2.5V(2)元件B的电流与电压取关联参考方向，其吸收功率为PB=10IB=10W故其电流IB为IB=10/10=1A电流IB0，说明其实际方向与参考方向相反。(3)元件C的电流与电压取关联参考方向，其发出功率为PC=6IC=10W故其电流IC为IC=10/61.67A电流IC0，说明其实际方向与参考方向相反。(4)元件D的电流与电压取非关联参考方向，其发出功率为PD=10ID=10Mw故其电流ID为ID=(1010-3)/10=10-3=1Ma14 在图14所示电路中，串联电阻R1、R2、R3和R4的电压、电流额定值分别是6.3V、0.3A，R5的电压、电流额定值分别是6.3V、0.45A。为使上述各电阻元件均处于其额定工作状态，应当选配多大的电阻Rx和Ry？图14解 为使电阻元件R1、R2、R3、R4和R5均处于其额定工作状态，电阻Rx的电压应为串联电阻R1、R2、R3和R4的端电压，即Ux=6.3V，电阻Rx的电流应为 Ix=0.450.3=0.15A (KCL) 故Rx=Ux/Ix=6.3/0.15=42电阻Ry的电流应为Iy=0.45A，由KVL，得 Uy6.36.3=110 Uy=1106.36.3=97.4V故Ry=Uy/Iy=97.4/0.45=216.4415 图15是某电路的一部分，试分别计算下述两种情况的电压Uab、Ubc、Uac和Uae。(1)在图示电流参考方向I1A；(2)在图示电流参考方向I2A。+I+eabcd10105V3V图15解 (1) 在图示电流I参考方向，I1A，有 Uab=10I=101=10V Ubc=5V由KVL，得 Uac=UabUbc=105=15V又 Ucd=10I=101=10V Ude=3V由KVL，得Uae=UacUcdUde=1510（3）=22V(2)在图示电流I参考方向，I2A，有Uab=10I=10(2)=20V Ubc=5V由KVL，得Uac=UabUbc=(20)5=15V又 Ucd=10I=10(2)=20V Ude=3V由KVL，得Uae=UacUcdUde=(15)（20）（3）=38V16 在图16所示电路中，已知U110 V，Us14V，Us22V，R14，R22，R35。试计算端子1、2开路时流过电阻R2的电流I2和电压U2。1+U1I2+R2R1R3Us1Us2U22图16解 端子1、2开路时流过电阻R3和电压源Us2的电流为零，因此流过电阻R2 、R1和Us1的电流均为I2。由KVL，得 R2I2+R1I2+US1=U1 (R2+R1)I2=U1US1 I2=(U1U S1)/(R2+R1)=(104)/(2+4)=1A U2= R2I2=21=2V17 在图17所示电路中，四个电路元件的电压和回路电流的参考方向如图所示。设电压U1100V，U240V，U360V，U480V，电流I10A。(1)试标出各元件电压的实际极性（正极性，负极性）及回路电流I的实际方向；(2)判别哪些元件是电源，哪些元件是负载；(3)计算各元件的功率，并验证电路的功率平衡。U11234I+U2U3U4图17 解 (1)根据图示电流、电压的参考方向和它们的代数值，各元件电压的实际极性和回路电流的实际方向如图18所示。U11234IU2U3U4 图18(2)元件1和2的电压与电流实际方向相反，因此它们是电源；元件3和4的电压与电流实际方向相同，因此它们是负载。(3)各元件的功率为 P1=U1I=1000W P2=U2I=(40)(10)=400WP3=U3I=60(10)=600WP4=U4I=(80)(10)=800W电路发出的功率为 P发出=1000+400=1400W电路吸收的功率为 P吸收600+800=1400W上述计算结果表明，电路的功率平衡。18 在图19(a)所示电路中，已知I10.2A，I20.3A，I61 A。试求电流I3、I4和I5。I1I2I6I3I4I5I1I2I6I3I4I5(a) (b)图19解 应用KCL对图19(a)电路中各结点列写电流方程，得 I3=I1+I2=0.2+0.3=0.5A I4=I6I2=10.3=0.7A I5=I3+I4=0.5+0.7=1.2A验证：作一闭合面如图19(b)所示，对该闭合面有 I5=I1+I6=0.2+1=1.2A通过该闭合面的电流符合KCL，故上述计算正确。第二章 电阻电路的分析 21 电路如图21所示，设电路中每个电阻均为9。试将电路分别变换为Y形电路和形电路。EFABCD图2-1解 将ADE、DBF、EFC组成的形电路等效变换成Y形电路，如图2-1(a)所示，其中每个电阻为RY=1/3R=3然后将图2-1(a)所示电路再进行等效变换，其变换过程如图2-1(b)和(c)所示。由图2-1(c)即可得到原电路的Y形电路和形电路，分别如图2-1(d)和(e)所示。22 在图22中，已知电压源Us27V，电阻 R1R26，R3R4R52，R6R76。试求支路电流I1、I2和I3。解 由电路可知，组成电桥电路，且，故它是平衡电桥，因此可将原电路等效变换为图22(a)所示电路。由欧姆定律，得由分流公式得 ， 23 试用电源等效变换法将图23所示的各电路化简。5(b)5A+- 10Vaab+_12V6（a）3+_b18(d)a4A98A12(c)4A-+ 612Vab图2-3解 将原电路逐步等效变换，最终化简成为最简电路。化简过程如图所示。25Aab62Aab3ab+_10V2图2-3(a)或3Aab+_35V55图2-3(b)7Aabab2A5或5A124Aab62A3Ab 15C2634图2-3(c)2Aabab+_8V4或6图2-3(d)4Aabab+_24V6或24 电路如图24所示，试用电源等效变换法求电流I。解 首先利用电源的等效变换求出1电阻以左部分的最简等效电路，逐步等效化简过程如图所示。在最简的等效电路中，由欧姆定律得 5I=20所以 I=5A25 如图25所示，已知电压源Us1140V，Us290V，电阻 R120，R25，R360。试用支路电流法求各支路电流I1、I2和I3。+- 图2-5+- +_ 图2-5(a)解 根据给定的电路可列得1个独立的KCL方程和2个独立的KVL方程代入数据 并整理得：解得： ，26 如图26所示，已知电压源Us180V，Us230V，Us3220V，电阻 R120，R25，R310，R44。试计算开关S断开和闭合时各支路电流。 +_图2-6 (a)+_ +_图2-6+_+_ S +_图2-6 (b)+_ +_ 1解 （1）当S断开时，电路如图2-6 (a)。根据电路图可列得1个独立的KCL方程和2个独立的KVL方程，回路方向取顺时针方向。可得支路电流方程 代入数据整理，解得（2）S闭合，电路如图2-6 (b)。选参考结点，得1个结点电压。列结点电压方程代入数值解得 由结点电压和支路电压的关系可求得支路电流， ， 图2-7_+ 27 在图27中，已知电压源Us20V，电流源Is1=2A，Is2=3A，电阻 R13，R22，R31，R44。试求各支路电流及各元件的功率，并验证电路的功率是否平衡。 图2-7(a)_+ 213 解 对1、2、3结点列写独立的KCL方程对中间回路列写KVL方程联立方程，代入数据，可解得支路电流A，A，A，A 电阻消耗的功率为，20V电压源发出的功率为2A电流源发出的功率为3A电流源发出的功率为，功率平衡。28 电路如图28所示，试计算开关S断开和闭合时A点的电位和各支路电流。8AA2510+10VS图2-8+30V-30V8AA+_+_+_105230V30V10V 图2-8(b)A+_+_+_105230V30V 图2-8(a)10V解 （1）S断开时，电路如图2-8(a)，利用结点电压法解题。选参考结点，得到1个结点电压，即为A点电压，列结点电压方程得 由结点电压和支路电压的关系，可求得支路电流（2）S闭合，电路如图2-8(b)，选参考结点，结点电压方程得 得支路电流 29 在图29所示电路中，Us19V，Us24V，Is=11A，R13，R22，R36。试求A点的电位和各电源的功率，并指出是发出功率还是吸收功率。A +_+_ 图2-9A +_图2-9(a)+_ 解 采用结点电压法解本题，选参考结点，如图2-9(a)，列结点电压方程代入数据解得 由结点电压和支路电压的关系可求得各支路电流为9V电压源吸收功率 4V电压源发出功率 11A电流源发出功率 210 在图210所示电路中，设Us1Us28V，Is=2A，R12，R23，R36。试求电流I1、I2和I3。 +_图2-10(a)+_ +_图2-10+_ 解 采用结点电压法，选参考结点，如图2-10(a)，可列出一个结点电压方程。代入数据得 由结点电压和支路电压的关系可求得支路电流211 在图211所示电路中，设Us110V，Us29V，Us36V，Is=1A，R12，R23，R33，R43，R56。以结点4为参考点，求结点1、2、3的结点电压；求支路电流I1、I2、I3 、I4和I5。us21 _+ 图2-11 +- +- R2R3R4R5 24解（1）以结点4为参考点，得到3个结点电压、可列结点电压方程代入数据并整理方程得解得 ，（2）由结点电压和支路电压的关系可求得各支路电流为 图2-12(a) +- +- R2R3R4 +_ 1123 图2-12 +- +- R2R3R4 +_ 212 在图212所示电路中，设Us145V，Us28V，Is1=6A，Is2=5A，R12，R210，R31，R42。试求各支路电流I1、I2、I3 、I4和I5；求电流源的端电压U1和U2。解 选参考结点，如图2-12(a)，得3个结点电压、，列结点电压方程+_3A图解2-76 3366代入数据整理得解得 ，（1）由结点电压和支路电压的关系可得各支路电流为由KCL方程可得 （2）电流源的端电压 由，可得2-12* 用叠加定理计算图212所示电路的电压U。若电压源的电压升高到12 V，则电压U升高到多少伏+_3A图2-12*+_ 9V3366+_图2-12*(b)+_ 9V33661+_3A图2-12*(a) 3366解 （1）首先画出两个独立电源单独作用时的分电路如图2-12*(a)和图2-12*(b)。3A电流源单独作用时，分电路如图2-12*(a)，两个并联电阻阻值为，其两端电压为，由分流公式和欧姆定律可得9V电压源单独作用时，分电路如图2-12*(b)，应用结点电压法求解得 故由叠加定理得 （2）若电压源电压升高到12，由齐性定理可知 可得 图2-71图2-13+_ 420V+_10V226AabS213 如图213所示，试分别计算开关S合在a点和b点时，各支路电流I1、I2和I3。图2-13(c)224 6A 图2-13(b)+_10V224 图2-13(a)+_20V224 解（1）S合在a点时，有两个电压源作用于电路，采用叠加定理求取。20V电压源单独作用时的分电路如图2-13(a)，由KVL方程 可得 由分流公式得 ， 10V电压源单独作用时的分电路如图2-13(b)，由KVL方程 可得 由分流公式得 ， 由叠加定理可得 （2）S合在b点，有三个独立源作用于电路，可将其分成两组：2个电压源为一组，电流源为一组，则（1）中求得的支路电流将是2个电压源、作用时的响应分量，。电流源单独作用时的分电路如图2-13(c)，可得 ，由分流公式得 ， 分量叠加可得 214 电路如图214所示，试分别求出各电路的戴维宁等效电路和诺顿等效电路。b2(b)10A-+ 10Va10ab+_24V12（a）6-+5(c)10A+- 10Vab+- 20V4（d）4A3A-+ 8Vab解 4个小题分别求其戴维宁等效电路和诺顿等效电路，可采用电源的等效变换直接求取。41Aabab+_4V4图2-14(a)戴维宁等效电路诺顿等效电路25Aab+_10V2图2-14(b)ab诺顿等效电路戴维宁等效电路512Aabab+_60V5图2-14(c)诺顿等效电路戴维宁等效电路 ab+_4V4图2-14(d)41Aab戴维宁等效电路诺顿等效电路 us2 图2-15R2R3R4R5 215 在图215所示电路中，Is1=2A，Is2=5A，R12，R210，R33，R415，R55。试用戴维宁定理求电流I。图2-15(a)R3R5ab图2-15(b)R2R3R5 ab+_ +_50V10图2-15(c) R415解 首先求出R4电阻以左部分的等效电路。断开R4后余下的看成含源一端口网络。把含源一端口内独立源置零，电路如图2-15(a)，可求得等效电阻。设其开路电压为，电路如图2-15(b)，由电路结构可看出， 由KCL可得 所以 A由KVL可得 V画出戴维宁等效电路，接上待求支路R4，如图2-15(c)，易得 216 如图216所示，已知Us1Us210V，Us311V，Is=20A，R13，R26，R15。试用戴维宁定理求电流I；当电阻R取何值时，它从电路中获取最大功率，最大功率为多少？+_+_图2-16(a)+_10V20A10V11V36 ab +_ +_ +_图2-16+_ 图2-16(b)36ab+_17V2图2-16(c) 解（1）首先求出R电阻以左部分的等效电路。断开R，设开路电压如图2-16(a)所示，由KVL得 故开路电压 把含源一端口内独立源置零，电路如图2-16(b)所示， 可得等效电阻 画出戴维宁等效电路，接上待求支路R4，如图2-16(c)所示，易得 （2）根据最大功率传输定理知，当电阻时，其上获得最大功率217 如图217所示，已知Us115V，Us25V，Us36V，Us44V，Is=6A，R1R22，R34，R41，RL2。试用戴维宁定理求电流I；当电阻R取何值时，它从电路中获取最大功率，最大功率为多少？R4 +_ +_图2-17+_ +_ R5R4 +_ +_图2-17(a)+_ +_ R5_ 图2-17(b)R3R5abR4+_18V4图2-17(c) 2解 首先求出RL电阻以左部分的等效电路。断开RL，设如图2-17(a)所示，由KVL得 代入数据可得 故开路电压 把含源一端口内独立源置零，求，电路如图2-17(b)所示，等效的最简电路如图2-17(c)，（2）根据最大功率传输定理知，当电阻时，其上获得最大功率218 一个有源二端网络，测得其开路电压为18 V，极性为上正下负，当输出端接一个8电阻时通过的电流为2 A。现将该有源二端网络连成如图218所示的电路，试求其输出电流I及输出功率P。 图2-18有 源二端网络I188A +_18V图2-18(a)8 图2-18(b)I188A1+_18V+_18V图2-18(c)91I+8V_解 根据题意可知，该含源一端口的开路电压为，设其等效电阻为，则含源一端口可用戴维宁等效电路表示为如图2-18 (a)，由题意可得 求得 将含源一端口右端化成最简的戴维宁等效电路，电路如图2-18(b)，易得 ，则含源一端口及其右端电路可最终等效为如图2-18(c)所示的最简电路，由KVL可得 所以 +_图2-19(a)6I+_ 图2-19有 源二端网络I6219 在图219所示电路中，当电流源的电流Is=5A时，电流I2A；当电流源的电流Is=3A时，电流I3A。试求有源二端网络的等效电源（即戴维宁等效电路）。解 设有源二端网络的戴维宁等效电路中，开路电压为，等效电阻为，有源二端口网络的右端应用电源的等效变换，则可得最简的等效电路如图2-19(a)所示，由单回路电路的KVL方程可得 根据题意有 解得 220 如图220所示，已知Is6A，Us12V，R11，R25，R36，R43。试求电流I1和I2。 +_图2-20R1R4 R4图2-20(a)+_ R3 R4图2-20(b)R3 解 本题采用叠加定理方法求取，先找到两个独立源单独作用时的分电路，在分电路中求响应分量，然后进行分量的叠加。电压源单独作用时的分电路如图2-20(a)所示， 电流源单独作用时的分电路如图2-20(b)所示，由分流公式得 ， 由分量的叠加得 221 如图221所示，已知Us18V，Is10A，R1R26，R3R43。试用诺顿定理求电流I。（） 图2-21(a) +- R1R4R3abI 图2-21 +- R1R4R3RR4图2-21(c)R3 10AabR4图2-21(b)+_R3 18VR4图2-21(d)R3a 4图2-21(e)ab4Ib解 将电阻断开后，余下的作为一端口，化成最简的诺顿等效电路。设含源一端口的短路电流为，如图2-21(a)所示，应用叠加定理求取。的电压源单独作用时的分电路如图2-21(b)所示，由欧姆定律可得的电流源单独作用时的分电路如图2-21(c)所示，由电路结构可知叠加定理可得 将含源一端口内所有独立源置零，求等效电阻，如图2-21(d)所示， 可得电路的诺顿等效电路表示的最简电路如图2-21(e)所示，由分流公式得 222 试求图222中的电压Uab；如果在a-b端接入一个2的电阻，求其电流。14V+_a 图2-2282144+_b14V+_a图2-22(a)4bI+_图2-22(b)2I 7V解 将，电阻组成的形连接等效变换成形连接，电路如图2-22(a)所示，求该含源一端口的戴维宁等效电路。由KVL得 故开路电压 将含源一端口内所有独立源置零，求等效电阻，易得 画出戴维宁等效电路，接上2的电阻可得如2-22(b)所示的等效电路，由欧姆定律得 223 试用戴维宁定理求解图223中的电流I。30V+_图2-23(a)666+_18V44ab I30V+_图2-236663+_18V44+_图2-23(c)3I 24V5abab图2-23(b)66644解 将电阻所在支路断开，余下的看成一个含源一端口，如图 2-23(a)所示。设该含源一端口的开路电压为，由电路的KCL和KVL方程得 解得 ，对左端假想的回路列KVL方程得 故开路电压 =24V将含源一端口内所有独立源置零，求，电路如图2-23(b) 所示，且由电路结构可知5个电阻组成电桥平衡电路，根据电桥平衡等效电路和电阻的串、并联关系，可得画出戴维宁等效电路，接上电阻，可得包含所有量的最简电路如图 2-23(c)， 由欧姆定律得 224 如图224所示，已知Us30V，Is13A，Is22A，R12，R23，R33。试求：支路电流I1、I2和I3；电流源的端电压U1和U2。 R2R3 +_ +_图2-24(a)123 R2R3 +_ +_图2-24 解（1）采用结点电压法，选参考结点，如图2-24(a)所示，得3个结点电压、，列结点电压方程 代入数据并整理方程得解得 ，由结点电压和支路电压的关系可得各支路电流（2）电流源的端电压 由KVL得 得 225 试求图225中支路电流I1和I2。+_图2-25(a)+_10V21 7A2 1+_图2-25+_10V21 7A2 解 本题采用结点电压法，选参考结点，如图 2-25(a)所示，得1个结点电压，列结点电压方程因含有受控源，所以需加附加方程 联立方程可得，由欧姆定律得 226 试求图226中电压U1和U2。 2U2图2-26(a)+_117V2 +_1 2U2图2-26+_117V2 +_解 采用结点电压法，选参考结点，如图 2-26(a)所示，得1个结点电压。列结点电压方程含有受控源，加附加方程 联立求解，得 故得 又由KVL方程 得 227 试求图227中的电流I和电压U。 (a) (b)图2-27解 （a）列单回路电路的KVL方程 得 所以 （b）单回路电路的KVL方程得 所以 228 已知非线性电阻元件的伏安特性为，当非线性电阻元件通过2 A的电流时，求它的静态电阻R和动态电阻r。解 依据电阻元件的伏安特性，可知，当电流时， 则它的静态电阻 动态电阻 229 电路如图229(a)所示，其中二极管的伏安特性曲线如图229(b)所示。试用图解法求二极管的电压U和电流I。i/mA330331332333334335330.5331331.533233u/V33图2-29I3V+_VD (a)图2-92300300600+_(b)图2-29(c)i/mA330331332333334335330.5331331.533233u/V33I+_图2-29(b)2VVD500ab+_ 3V+_图2-29(a)300300600ab 解 首先将含二极管的支路断开，余下的看成一个含源一端口，如图 2-29 (a)所示。根据戴维宁定理将其化成最简电路，易得 ，画出戴维宁等效电路，接上二极管支路，可得如图 2-29 (b)所示简化电路。由KVL方程令A，得令，得根据两点画出直流负载线，如图 2-29(c)所示，从交点处，可得 ，第3章 正弦交流电路的稳态分析 3-1 已知正弦电压和电流的三角函数式，试用有效值相量表示它们，并画出它们的相量图。 （1）A，V（2）A，V（3）A，V解 (1)A，V，相量图如图3-1（a）所示。(2)A，V，相量图如图3-1（b）所示 (3)A，V，相量图如图3-1（c）所示+1+j（c）+1+j（b）+1+j（a）图3-13-2 已知电压、电流的相量表示式，试分别用三角函数式、波形图及相量图表示它们。 （1） V， A（2） V ， A （3），解 (1)= ，V= ，A波形图相量图如图3-2（a）所示。(2)= ，V= ，A波形图相量图如图3-2（b）所示。(3)= ，V+1+j0u,i（a）wt0u,i+1+j（b）+1+j0wtu,i（c）图3-2= ，A波形图相量图如图3-2（c）所示。3-3 已知电感元件的电压，电感mH，电源频率Hz。求电流的瞬时表达式，并画出电压和电流的相量图。解 电流相量+1+j图3-3A 瞬时值 A 相量图如图3-3所示。+1+j图3-43-4 已知电容元件的电容，当电容两端加上频率为电压时，产生的电流。求电容电压的瞬时值表达式并画出电压和电流的相量图。解 角频率 rads-1电容电压 V相量图如图3-4所示。3-5 电路如图3-5所示，且已知电源电压和两端电压的波形如图所示，并设电源电压。试求该无源网络在此特定频率 +_uRAB无源网络+_u（a）Ra0.8msuR7.07u14.14（b）)T图3-5的等效阻抗。解 设和的相位差 rad=若电源电压相量 V，无源网络的等效阻抗。则 V而 ，所以 整个电路的电流 mA则 3-6 图3-6为测量感性负载功率的电路。已知，。求负载的有功功率、无功功率及其等效参数。+_A1A3A2R负载图3-6解 设负载 =，由 =0.1, 得 =100V，即 V由 =0.35，得 =285.71则 由KCL 得 解得 所以 Wvar3-7 已知负载电压，电流，求它们之间的相位差以及负载电阻、电抗的数值，阻抗是感抗还是容抗？解 V A 电压和电流之间的相位差 负载 感抗3-8 电路如图3-7所示，已知正弦交流电源的电压，。试计算电路的总阻抗，并求电路中两点间的电压及瞬时值表达式。+_图3-7ABCR1R2jX1jX2-jX3-jX4解 如图3-7总阻抗 = = =V瞬时值 V3-9 两个复阻抗分别为，。如果将他们串联后接在电压为的电源上，求电路的等效阻抗和电流；如果将它们并联后接在上述电源，求电路的等效阻抗和电流。解 串联 =20+j10+15-j10=35 电流 A并联 电流 A3-10 已知条件见图3-8，利用相量图计算各电路中安培表的读数。解 （a）如图3-8（a）-1所示设 A，相量图如（a）-2所示