电气工程学概论_林孔原编_电工学习题解答
电气工程学概论第一二章
1)支路:一个或多个元件的串联组合 (电流相同)
5)电网络:多个支路,结点形成的拓扑结构
5
网络(Network)
1) 概念及分割 R1 U1 R2 IS a
+
I
-
R
网 络
N
+ _
I
R
网络 (也称作子系统，Subsystem)
网络注重其外特性，电路注重于内部特性。
b
2) 网络分类
• 按网络性质
有源 (NA)、 无源 (NP) 线性、非线性
电→机械
照明电路:
电→热、光
(信号电路,弱电电路)
（380V/220V; 50Hz）
(1)功率低 (10-3W或更低;电压:几伏;电流:毫安/微安 ) (2)信号传输质量,电路的抗干扰能力 (3)信号多样化
电视机
计算机
控制,通信等信息系统
(滤波,放大,变换…)
(音频16Hz-20kHz;电信:20kHz以上;方波,三角波…)
u = R·i
u = － R·i
2.关联参考方向 (一种约定) u + _ i
无源 元件
有源 元件
电流方向从高电位端流入
电流方向从高电位端流出
二、电位参考点及工程电路的简化画法
1.电位参考点符号：
物理“地” 真正“地”
多为电路公共结点，设其电位值=0 多为电路中多电源汇合点，其电位值=0
+
7
2.简化画法： 与“地”相联的电源符号
(代数和)
• KCL推广：
? 4A
结点 封闭面
IA
A
1A
B
流入任一封闭面的电流 的代数和等于零。
3A IB
电气工程学概论第二章答案
第2章 电路问题习题参考解答2.6 某电源具有线性的外特性，如题2.6所示。
当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。
请给出该电源的电压源模型和电流源模型的参数。
解：线性外特性为： S S U U R I =-⎪⎩⎪⎨⎧-==SS 4.048.139.148.1R U 解得：⎪⎩⎪⎨⎧=-==Ω225.04.039.148.148.1SS R V U ⎪⎩⎪⎨⎧===A 58.6Ω225.0SS SS R U I R2.8 考察题2.8图所示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、各个元件上的电压和功率。
[提示1 别忘设定电压电流的参考方向]；[提示2 充分利用电路中理想电压源和理想电流源的特性和连接特点]； [提示3 注意判断各个元件是消耗还是产生电功率]。
解： (a)A I 2 510 2 = =;1S 24A I I I =+=;510V U Ω=； 4248V U Ω=⨯= 2A 1082V U =-= 244216W P Ω=⨯=; 255220WP Ω=⨯=（消耗功率）; 2A 224W P =⨯=（吸收功率）; 10V41040W P =⨯=（供出功率）;（d ） 416 1.5A 4I I Ω===;6V 22.5A I I ==;电流源模型+_U电压源模型+_5Ω(a)2(d)1.481.392uRCX LX题 2.16 图3339V U Ω=⨯=;3A 693V U =-=-;2A 6212W P =⨯=（供出功率）; 3A 339W P =-⨯=-（供出功率）; 6V 6 2.515W P =⨯=（供出功率）;244 1.59W P Ω=⨯=（消耗功率）; 233327W P Ω=⨯=（消耗功率）;2.13 已知交流电压V )511000sin(10 +=t u ，交流电流2sin(1000)A 6i t π=+。
试问它们的最大值、有效值、频率、周期、初相位以及两者之间的相位差各是多少。
电气工程学概论 林孔元主编 第二章部分习题解答
2.3 用电流表测量电路中的电流时，必须将电流表串联在被测电路中（在测量处断开电路再接入电流表）。
为了尽可能减少电流表接入对电路原有工作状态的影响以保证足够的测量精度，所以电流表的内阻都很小。
有学生误将电流表并联在电路中（如图示），试分析此时所发生的情况。
假定电流表的内阻Ω=1.00R 。
⑴ 此时流过Ω4电阻上的电流是多少？⑵ 此时流过电流表的电流会达到多大的数值？ ⑶ 这种错误会造成什么后果？应如何纠正之？解： ⑴ 5.1464==ΩI A ；⑵ 601.06A==I A; ⑶ 过大的电流经过电流表，会损坏电流表，也会损坏6V 电压源。
应将电流表串入被测支路。
2.5 试求图中各电路的电压U ，并讨论其功率平衡解2.6 某电源具有线性的外特性，当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。
请给出该电源的电压源模型和电流源模型及其相应的参数。
解：线性外特性为：I R U u S S -=⎩⎨⎧-==S S 4.048.139.1 48.1R U 解得： ⎪⎩⎪⎨⎧Ω=-== 225.04.039.148.1V 48.1SS R U ⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=A 58.6225.0S S S S R U I R电流源模型+ _U电压源模+_2A=2Ω 6A=2Ω 由KCL 得：I =8A ，所以U =2*I =16VP R =I 2 R =128W 消耗 P I S = -I S *U = -96W 供出P U = -2*U = -32W 供出P 供出=P 消耗1=2ΩR 2=2由KCL 得：I = 4A ，所以 U =2*I =8V P R =I 2 R =32W 消耗 P I S = I S *U = 16W 消耗 P U = -2*U = -48W 供出 P 供出=P 消耗 由KVL 得：U = 4A ，所以 U =10V P R 1=P R 2 =22 *R 1=8W 消耗 P I S = -2*U = -20W 供出 P U S = 2*2 = 4W 消耗 P 供出=P 消耗I S2.8 考察图示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、各个元件上的电压和功率。
电气工程学概论 林孔元主编 第八章部分习题解答
8.1 已知：图a 是某光电池的传递特性，图b 电阻应变片的传递特性。
(1) 分别指出两个传感器的类型；(2) 试求：它们的灵敏度和量程。
（提示：光电池灵敏度用μA/ fc 表示；电阻应变片的灵敏度用Ω/μm 表示）。
解：(1) a 图所示传感器为直接转换型；b 图所示传感器为间接转换型 (2) 图a 光电池灵敏度f c μA 5.6231501==γ， 量程范围：fc 25~0 图b 应变片灵敏度m m Ω5.7μm Ω105.740049850132=⨯=-=-γ，量程范围：m μ490~08.2 一种应变仪的电路如图所示，应变片的传递特性如题1图b 所示。
已知应变片的电阻R t = 500Ω时，传感器的输出电压u o 对电阻R t 的灵敏度为5mV/Ω。
试问：1. 传感器输出电压u o (mV)对变形位移d (mm)的灵敏度是多少？2. 当电桥的电源电压增至20V 时，传感器的灵敏度 将如何变化？(提示：直流电桥的输出电压信号按u o =(10V)R t / (500+R t )-5V 计算 解：⑴ mm mV 5.37ΩmV 5mm Ω5.721=⨯=⋅=γγγ，⑵ ()R R RU U U R R R u -=-+=t S S S t t 025.021∴ ΩmV 105002V205.025.0S 3=Ω⨯⨯==R U γ ∴ mm mV 75ΩmV 10mm Ω5.731=⨯=⋅=γγγ；8.4 已知：放大器的开路增益为120，输出电阻为500Ω。
试求：⑴ 当负荷电阻R L =50Ω时放大器的增益； ⑵ 放大器的增益为80%开路增益时的负荷电阻值。
解： 120iS==u u A R o =500Ω498499 500 501 100200 300 400502500 d (μm)503R t (Ω(a) 光电池特性 (b) 电阻应变片特性题1图100150200i t (μA 传感器 题2图-+u o接负载后1115050050L o L S o =+=+=R R R U U ， ⑴ 91.1011120S o i S i o ==⋅==U U U U U U K u ， ⑵ Lo L S o i S %80R R R A U U U U A +⋅=⋅=⋅， L L500120%80120R R +⨯=⨯ ，解方程得：k Ω2L =R8.5 已知某放大器具有低通频率特性。
电气工程学概论 林孔元主编 第四章部分习题解答
4.3 已知 4j 3-=IA ， 30j 220e U =V 。
试写出它们的时域表达式：?=i ，?=u 并绘出它们的相量图和波形图。
解：A )1.53sin(25))34arctan(sin(2)4(322︒-=-+-+=t t i ωω；V )30sin(2220︒+=t u ω；4.4 已知：4j 31+=I A ，3j 42-=I A ， 0j 310e I =A 。
试计算：?321=-+=i i i i 并绘出相量图。
解：57.16110j 3103j 44j 3321∠=+-=--++=-+=I I I I A)57.161(23.16A )57.161(4.47sin A)57.161sin(20︒+=︒+=︒+=t t t i ωωω；4.5 已知C L R ,,三个元件的阻抗值都是100Ω，试求下述电路的复数阻抗：⑴ 三个元件串联连接； ⑵ 三个元件并联连接； ⑶ R 和C 并联再与L 串联； ⑷ R 和L 并联再与C 串联。
解：⑴ Ω=-+=100)(j C L X X R Z ；⑵CL X X R Z j 1j 111++=，Ω=100Z ； ⑶ Ω+=+-⋅-=+-⋅-=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j L C C X X R R X Z ；⑷ Ω-=-+⋅=-+⋅=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j C L L X X R R X Z ；+1I题4.22图LR4.7 已知图示正弦交流电路中各电压表的读数分别为：(a) 60V V ,30V V 21== (b) 100V V 80V,V ,15V V 321===。
求电源电压的有效值。
题4.20图（a ）（b ）解：（1）U 1、U 2、U S 构成直角三角形 ∴08.672221S =+=U U U V（2）U 1、（U 3 -U 2）、U S 构成直角三角形 ∴ ()2522321S =-+=U U U U V4.8 已知图示正弦交流电路中各电流表A1、A2、A3的读数分别为：5A 、20A 、25A ，求电流表A 的读数；如果维持A1的读数不变，而把电源的频率提高一倍。
电气工程学概论答案(第十九章)
第十五章习题 参考解答Ⅰ思考题1．有a 、b 、c 三个几何尺寸相同的环形磁路，均绕有N 匝线圈，线圈通入相同电流。
磁路a 由铸铁材料构成，磁路b 由铸钢材料构成，磁路c 由铸铁材料构成但留有一小段气隙，试问：(1) 磁路a 与磁路b 中的磁感应强度是否相等？磁场强度是否相等？(2) 磁路c 铁心中的磁场强度与气隙中的磁场强度是否相等？磁感应强度是否相等？ (3) 沿三个磁路的中心线闭合环路对磁场强度的积分值各为何值？它们是否相等？答：（1）磁感应强度b a B B <，磁场强度b a H H =， （2）磁路C 中，磁感应强度SB CC φ=，各处相等；铁心磁场强度CCC B H μ=，气隙磁场强度00μCB H =；不相等。
（3）沿三个磁路对磁场强度的积分值均为：NI l d H =⎰，它们完全相等。
2．如图15.1所示磁路，保持励磁电流的频率和电压不变，试问： (1)励磁匝数不变，磁路的截面增大一倍，励磁电流有何变化？ (2)励磁线圈匝数增加一倍，铁心中的磁通有何变化？ (3)匝数不变，衔铁拉开一个空气隙δ，励磁电流如何变化？答：（1）交流电磁铁S fNB fN U m m 44.444.4==φ，当f 、U 、N 一定时，Φm 一定； 当S 增大一倍时，磁阻SlR m μ=减少一倍；因为磁动势m m m R NI F φ==，所以励磁电流i 减小一倍心铁1.15图UU U（2）当f 、U 一定时，N 增加一倍，Φm 减小一倍；（3）当f 、U 、N 一定时，Φm 一定；衔铁拉开一个空气隙δ，磁阻R m 迅速增大，磁动势m m m R NI F φ==亦增 大，所以，励磁电流i 迅速增大。
3．上述磁路如用直流电励磁，保持励磁电压和线圈匝数不变，当磁路的截面增大一倍，试问：(1) 铁心的磁通有何变化？(2)若磁路的铁心与衔铁之间原有较大的空气隙，磁通的变化与问(1)有何异同？答：（1）直流电磁铁m m m R NI F φ==，当U 、N 一定时，励磁电流I 、磁动势F m 一定； 当S 增大一倍时，磁阻SlR m μ=减少一倍；磁通Φm 增大一倍；（2）当f 、U 一定时，N 增加一倍，Φm 减小一倍；（3）磁路磁阻等于铁心磁阻1m R 和空气气隙磁阻0m R 之和，即10m m m R R R +=，空气气隙气磁阻0m R >>1m R ,有气隙时，S 增大，导致m R 变化很小，所以磁通Φm 微量增大，几乎不变。
电气工程学概论 第三章部分习题解答
2 按照以下步骤求解图示电路中5Ω电阻中的电流i 。
（1）将右侧支路等效成一个电阻之路后；用网孔电流法求解3Ω电阻中的电流； （2）用分流公式求解电流i 。
解：（1）网孔电流法：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--480136612II I i i ； ⎩⎨⎧=+-=-4813602II I II I i i i i A 4.2I =i A 8.4II =i （2）分流公式：A 4.221II ==i i3用网孔电流法求解图示电路中的电压U o 。
解：网孔电流()()⎩⎨⎧-=⨯-++-=⨯--++5010340104013683404082II I II I i i i i⎩⎨⎧-=+-=-2050401604050II I II I i i i i A 8I =i ，A 6II =i ， ()V 8040II I o =⨯-=i i U7用节点电压法求解图示电路中各支路电流。
解：节点电压法⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-⎪⎭⎫ ⎝⎛++221211011021215111221U U U U⎪⎩⎪⎨⎧=-=-221106102110171221U U U U V 111001=U V 111202=U A 9.01=i A 9.02-=i A 82.1513==U i A 9.101024==Ui题3-2图Ω 4题3.3图50V题 3.7 图2 A11 求图示电路在ab 端口的戴维南等效电路。
解：方法1：()V515100cbdc ad abK =⨯-++=++=U U U UΩ=+=105201.R方法2：利用电源等效替换求戴维南等效电路原电路 ⇒⇒⇒13 在图示电路中，试问：（1）电阻R 为多大时，它吸收的功率最大？试求出最大功率。
（2）在a 、b间并联一理想电流源，以使R 中的电流为0，试求该理想电流源的方向和参数。
解：(1) 原电路的戴维南等效电路如图（a ）所示： 可通过网孔电流法和节点电压法求取U abK ，其中：节点电压法：2020//205020502020//201201201c ++=⎪⎭⎫⎝⎛+++U V 4125c =U ，V 5.37V 275abK a ===U U网孔电流法()⎩⎨⎧-=+++-=-502020//202020502040II III I i i i i A 85I -=i ，A 1615II =i ，V 5.375020II abK =+=i U等效电阻： R ab = [20//20+20//20] // 20 = 10Ω 当R =R ab =10Ω时，它的吸收功率最大，W 16.3510 205.372max=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=P3-11图b ada babababb 题3-13图(a)3.15 应用叠加原理求解电路中的电压u 。
电气工程学概论 林孔元主编 第十七章部分习题解答
17.1 晶体管的静态偏置电路如图所示，其中β=99，R c =2.5k Ω，R E =2.5k Ω。
⑴ 试求U E ，I E ，I B ，I C ，U CE 并判断晶体管的静态工作点是否位于线性放大区（设U BE ＝0.7V ）；⑵ 保持晶体管电流放大系数β及电阻R E 不变，试确定使晶体管工作于线性放大区的电阻R C 的取值范围。
解：⑴ ∵ U B =3.2V ； ∴发射结正偏， U E = U B -0.7=2.5V ；A10 mA,99.01 mA,1k 5.25.2CB EC E E E μβββ===+====I I I I R U I 5.125.299.01515C C C =⨯-=-=I R U V ；V 025.1015E E C C CE =--=R I R I U ；∴ 集电结反偏，晶体管工作于线性放大区。
⑵ 设U CES =0.3V ， ∴当Ω=--≤k 3.12CCESE E CC C I U R I U R 时，晶体管工作于线性放大区。
17.2 晶体管共集电极放大电路如图所示，设U BE ＝0.7V 。
⑴求晶体管静态工作点（I B ，I E ，U CE ），并判断晶体管的工作状态； ⑵ 设R B 为可调电阻，当希望进一步调高静态工作点时，应如何调节R解： ⑴ 设I B ≈0， 则13.2V V 8.17.05.2CE E ==-≈U U ，∴ 晶体管的工作在放大区； ∵ 2.5=I B R B +U BE +(1+β)I B R E∴ I B =25.46μA I C = βI B =2.546 μA U CE =15-I E R E =13.23V [ I E =(1+β)I B =2.57 μA ] ⑵ ∵ 调高静态工作点∴ ↓↑↑→→BB C R I I ；17.3 将固定分压式共射极放大电路的输入侧进行戴维南等效变换，得到图示电路，设R B1=1.2k Ω，R B2=1.2k Ω，β =99，U BE =0.7V 。