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电工电子学第一章习题答案

1.1在图1-18中,五个元件代表电源或负载。

电压和电流的参考方向如图所标,现通过实验测得 I 1 =-4A I 2 =6A I 3 =10A U 1 =140V U 2 =-90V U 3= 60V U 4=-80V U 5=30V ,
(1)试标出各电流的实际方向和各电压的实际极性(可另画一图); (2)判断哪些元件是电源、哪些元件是负载?
(3)计算各元件的功率,电源发出的功率和负载消耗的功率是否平衡?
U 2
U 1
U 2
U 1
题1-18图 题1.1改画图
解:(1)将原电路图根据实测的电压、电流值重新标出各电流的实际方向和电压的实际极性如改画图所示:
(2)根据电源和负载的定义及电路图可知: 元件3、4、5是电源,元件1、2是负载。

(3)电源发出的功率
554433I U I U I U P s ++=
W 1100
6304801060=⨯+⨯+⨯= 负载消耗的功率 2211I U I U P R +=
W 1100
6904140=⨯+⨯= R s P P =,电路的功率守恒。

1.2 在图1-19中,已知 I 1 = -3mA ,I 2 = 1mA 。

试确定电路元件3中的电流I 3和其
二端电压U 3,并说明它是电源还是负载,并验证整个电路的功率是否平衡。

解 对A 点写KCL 有: mA I I I 213213-=+-=+= 对第一个回路写KVL 有: 301031=+U I
U 1
U 2
2
题1.2图
即: V I U 60)3(1030103013=-⨯-=-= 根据计算结果可知,元件3是电源。

这样,V 80的电源的元件3是电路中的电源,其余元件为负载。

电源提供的功率: W I U I U P s 2002601803322=⨯+⨯=+=
负载消耗的功率: W I I I U P 20012031033020102
2
2
22
111=⨯+⨯+⨯=++= 这说明电路的功率平衡。

1.3 一只110V 8W 的指示灯,现要接在380V 的电源上,问要串联多大阻值的电阻?该电阻应选用多大功率的电阻?
解 根据题意,电阻上的电压为V 270,则此时电路中的电流也就是灯泡中的电流,
即: A U P i 07.0110
8≈==
电阻消耗的功率为: W P R 2007.0270≈⨯= 电阻的阻值为: Ω≈==k i U R R 7.307
.0270
1.4 如图1-20所示, 试求电路中每个元件的功率,并分析电路的功率是否守衡,说明哪个电源发出功率,哪个电源吸收功率。


(a)
(b)
U
图1-20
)(a 设电流源二端的电压为U
根据KVL 有:
U =+⨯15.02 V U 2= W P R 5.05.022=⨯= 消耗 W P I 15.02=⨯= 发出 W P U 5.05.01=⨯= 消耗
)(b 设各支路电流如图,
A U i A 113==
A U i A
5.02
21=-= A i i i 5.0132=-= W i R P R 5.05.022
2
111=⨯== 消耗
W i R P R 11122
322=⨯== 消耗
W i U P U 15.02111=⨯== 发出 W i U P U 5.05.01222=⨯== 发出
1.5 有二只电阻,其额定值分别为40Ω,10W 和200Ω,40W ,试问它们允许通过的电流是多少?如将二者串联起来,其两端最高允许电压加多大?
解 电阻1R 能承受的最大电流为:A R P i 5.04010111===
电阻2R 能承受的最大电流为:A R P i 45.0200
40
222===
将2个电阻串联后,能通过的电流只能是小的值,因而2个电阻串联后能承受的
最大电压为:
V i R R U 10845.0)20040()(min 21max =⨯+=+=
1.6 求图1-21所示电路中的电流i 1和i 2。


图1-21
将1R 、2R 、3R 及相联的三个结点看成一个广义结点,根据KCL 有: A i 14362-=--= 对A 点,根据KCL 有
A i 13)1()10(21=----=
1.7 在图1-22所示电路中,已知U 1 = 10V ,U 2 = 4V ,U 3 = 2V ,R 1 = 4Ω,R 2 = 2Ω,R 3 = 5Ω,1、2两点处于开路状态,试计算开路电压U 4。

解 设闭合回路中电流i 的参考方向如图,则有:
图1-22
A R R U U i 12
44
102121=+-=+-=
对右侧开口回路,根据KVL 有:
01243=--+i R U U U
V U i R U U 621443124=-⨯+=-+=
1.8试用KCL 和KVL 求图1-23所示电路中的电压u 。

88Ω
(a)
(b)
i 1
图1-23

)(a 对右侧回路,设电流参考方向如图,根据KVL 有:
0108822=-+i i 11
1
228810=
+=
i A
V i u 811
1
8888=⨯
== )(b 设各支路参考电流方向如图,有:
121-=
u i 222-=u i 3
3u
i = 对A 点写KCL 有:
8321=++i i i 即
83
2212=+-+-u
u u 解得: V u 6=
1.9 在图1-24电路中,已知U = 3 V ,试求电阻R 。

解 设各支路电流参考方向如图,根据题意,V U 3=,因此对AB 支路由欧姆定律有:
mA i 4
7
40003101=-=
U i 3
图1-24
对结点A 写KCL 方程有:
0121=--+I i i 即 I i -=
4
112
其中 mA U i 4
7
43104101=-=-=
对电路的中间回路写KVL 方程有:
02232=-+U i i 将 4
71=
i ,I i -=411
2 ,I i i -=13,3=U 代入上式有: 03)(2)4
11
(
21=--+-I i I 解得: mA I 5.1= 于是有: Ω===k mA
V I U R 25.13
1.10 在图1-25电路中,问R 为何值时I 1 = I 2?R 又为何值时,I 1、I 2中一个电流为零?并指出哪一个电流为零。


i
图1-25
对结点写KCL 方程有: I i i =+21 根据欧姆定律有: R U I =
161U i -= 2
102U i -= 将此式代入上式有: R
U
U U =-+
-2106
整理得: 1)1
23(=+
U R
(1)根据题意: 21i i = 有 2
106U
U -=
- 得 V U 2= 于是 A U i 461=-= A i i 412== A i i I 821=+= Ω===
25.08
2
I U R (2)根据题意:先设 01=i ,则有 V U 6=,A i 22
6
102=-=
,A i I 22== Ω===
32
6
I U R 再设 02=i ,则有 V U 10=,V U i 410661-=-=-=,
按现在这种情况,V 10的电压源因电流等于零,因而不能发出功率,而对于V 6的电压源,按现在电流的流向而成为负载,不合题意,因此,只能是01=i 。

1.11 电路如图1-26所示。

(a )求图 (a) 中的电阻R ;
(b )求图 (b) 中A 点的电位A U 。

A
(a)
(b)
图1-26
解:
(a )首先-8V 点与零电位参考点间补上8V 的电压源,则2Ω上的电流为2A ,两结点间电压为4V , 1Ω电阻上的电流为4A ,方向从左往右,根据KCL ,R 上的电流为2A ,方向从右往左,电压为6V ,左低右高,所以R=3Ω。

(b )4Ω这条支路没有电流,1Ω和2Ω电阻上的电流均为1A ,方向逆时针方向,故,A 点电位V A =6V -2V-3V=1V 。

1.12 求电路图1.10中A 点的电位。

图1-27
解:对A 点写KCL 定律
20
5501050A
A A V V V ++=- 解得,V A = -14.3V。

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