電工技術(shù)基礎(chǔ)課件38

1、電工技術(shù)基礎(chǔ)四川大學(xué) 電工電子基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心200848學(xué)時(shí)）3.8應(yīng)用設(shè)計(jì) 在具體設(shè)計(jì)電路的時(shí)候,我們不僅要把實(shí)際的電路設(shè)計(jì)出來,更重要的是要知道這個(gè)電路的性能怎樣?哪些因素影響電路的功能和性能。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候,要利用前面分析電路的方法,對(duì)設(shè)計(jì)的電路是否達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)、性能,影響性能的因素進(jìn)行分析，然后對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)。尤其在選擇電路的元件上有很大的幫助。1任務(wù)：這次設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的。2分析：分析任務(wù)，找出要達(dá)到此目的采取的方法，手段。比如采用哪些電路？采取什么分析方法？3具體設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)電路，分析電路性能是否達(dá)到，元器件的選擇。4驗(yàn)證設(shè)計(jì)：驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否達(dá)到我們的要求。5誤差分析

2、：對(duì)于一個(gè)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，一般分如下幾步進(jìn)行。應(yīng)用設(shè)計(jì)(一)性能靈敏度分析 我們知道制造同樣的電路組件是不可能的，例如相同制造過程生產(chǎn)的電阻，阻值變化達(dá)到20%。所以創(chuàng)建一個(gè)電系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須考慮組件變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的任務(wù)是：任務(wù)：對(duì)于圖3.8.1所示電路， 保持節(jié)點(diǎn)電壓v1和v2的標(biāo)稱值較重要的話，哪個(gè)電阻值的容差要求更高。 圖3.8.1 說明靈敏度分析的電路 （3.8.1）（3.8.2）分析：一種評(píng)價(jià)組件變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響的方法是性能靈敏度分析。靈敏度分析允許設(shè)計(jì)者計(jì)算組件數(shù)值變化對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。 使設(shè)計(jì)者能夠?qū)γ總€(gè)系統(tǒng)的組件給出可以接受的組件值容差。所以我們要確定

3、圖3.8.1所示電路，當(dāng)電阻在它的標(biāo)稱值附近變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓將怎樣變化？使節(jié)點(diǎn)電壓v1和v2 變化很小，幾個(gè)電阻該怎樣選擇？這些問題，我們采用性能靈敏度分析方法方法。v1相對(duì)于R1的靈敏度通過v1對(duì)R1求導(dǎo)獲得，v2相對(duì)于R1的靈敏度通過v2對(duì)R1求導(dǎo)獲得，得到（3.8.3）（3.8.4）根據(jù)式（3.8.1）和（3.8.2），求v1和v2的標(biāo)稱值，得（3.8.5） 如果圖3.8.1所示電路中組件的標(biāo)稱值是：R1=25，R2=5 ,R3=50 ,R4=75 ,Is1=12A,Is2=16A。如果R1的值與它的標(biāo)稱值相差10%，用靈敏度分析預(yù)測(cè)v1和v2的值。（3.8.6）現(xiàn)在根據(jù)方程（3.8.3

4、）和（3.8.4），可以求得R1變化時(shí)v1和v2的靈敏度，因此（3.8.7）（3.8.8）使用式（3.8.7）和（3.8.8）的結(jié)果，假定R1比它的標(biāo)稱值少10%，即R1=22.5 ，那么R1=-2.5 ，式（3.8.7）預(yù)測(cè)v1將是 所以，如果R1比它的標(biāo)稱值少10%，分析預(yù)測(cè)v1將是v1=25-1.4583=23.5417V （3.8.9）類似地，對(duì)于方程（3.8.8）有 v2=0.5（-2.5）=-1.25Vv2=90-1.25=88.75V （3.8.10）誤差分析通過將R1=22.5 （R1比它的標(biāo)稱值少10%），代入式（3.8.1）和（3.8.2），來確認(rèn)（3.8.9）和（3.8.

5、10）的結(jié)果，結(jié)果是v1=23.4780V （3.8.11）v2=88.6960V （3.8.12） 對(duì)于v1和v2，為什么用靈敏度分析預(yù)測(cè)的值與將R1代入方程計(jì)算得到的準(zhǔn)確值之間有差別？根據(jù)式（3.8.1）和（3.8.2），R1在分母中出現(xiàn)，這意味著當(dāng)R1變化時(shí)，靈敏度也隨之變化，因此不能指望在R1發(fā)生較大變化時(shí)，式（3.8.1）和（3.8.2）能給出準(zhǔn)確的結(jié)果。當(dāng)R1變化10%時(shí)，v1和v2的預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確值之間的誤差百分?jǐn)?shù)分別比較小。v1的誤差百分?jǐn)?shù)=0.2713%，v2的誤差百分?jǐn)?shù)=0.0676%。 根據(jù)這個(gè)例子，可以看到，對(duì)于其他的組件值，即，R2,R3,R4,Is1和Is2，如果要求

6、確定v1和v2的靈敏度，工作量將非常大。PSpice軟件有靈敏度函數(shù)，可以對(duì)電路進(jìn)行靈敏度分析。PSpice的靈敏度函數(shù)計(jì)算兩種類型的靈敏度。第一種稱做單位靈敏度，第二種稱做1%靈敏度。對(duì)于上述例子給出的電路，電阻的單位變化是1，電流源的單位變化是1A。與之形成對(duì)照，1%靈敏度分析確定的是電阻和電源變化它們標(biāo)稱值的1%的影響電路設(shè)計(jì)者利用靈敏度分析的結(jié)果，確定哪個(gè)組件值的變化對(duì)電路輸出的影響最大。從表3.8.1 PSpice軟件靈敏度分析看到，節(jié)點(diǎn)電壓v1和v2相對(duì)于R2變化的靈敏度比相對(duì)于R1變化的靈敏度大得多，因此如果保持v1和v2的標(biāo)稱值較重要的話，那么,R2的容差要求比R1的容差要求要

7、更高 因?yàn)檫@里分析的是線性電路，所以如果有一個(gè)以上的組件值發(fā)生變化，可以使用疊加法預(yù)測(cè)v1和v2的值。例如假設(shè)R1減少到24，R2減少到4。根據(jù)表3.8.1，對(duì)于R1和R2的變化，可以結(jié)合v1和v2的單位靈敏度得到類似地如果R1和R2都減少1，將得到 v1=25+4.8227=29.8227 v2=90-7=83V如果將R1=24和R2=4代入方程（3.8.1）和（3.8.2），得到 v1=29.793V v2=82.759V預(yù)測(cè)的兩個(gè)數(shù)值與實(shí)際節(jié)點(diǎn)電壓相比，相差在零點(diǎn)幾伏之內(nèi)。應(yīng)用設(shè)計(jì)(二)最大功率傳輸問題在分析從電源到負(fù)載功率傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案時(shí)，電路分析方法起了重要的作用。用系統(tǒng)的兩個(gè)基

8、本類型討論功率傳輸問題。第一個(gè)基本類型強(qiáng)調(diào)功率傳輸?shù)男省０l(fā)電站系統(tǒng)是最好的例子，發(fā)電站系統(tǒng)與生產(chǎn)、傳輸、分配大量的電功率有關(guān)。如果發(fā)電站系統(tǒng)效率低，生產(chǎn)的功率有很大的比例損耗在了傳輸和分配過程中，因此被浪費(fèi)了。系統(tǒng)的第二個(gè)基本類型強(qiáng)調(diào)功率傳輸。通信和儀器系統(tǒng)最能說明問題，因?yàn)橥ㄟ^信號(hào)傳輸信息或數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器和探測(cè)器的有用功率受到限制，因此，傳輸盡可能多的功率到接收器或負(fù)載是人們期望的。對(duì)于這種應(yīng)用，由于是小功率傳輸，傳輸?shù)男什皇侵饕P(guān)心的問題?，F(xiàn)在只考慮系統(tǒng)中的最大功率傳輸，系統(tǒng)的模型是純電阻電路。任務(wù) ：系統(tǒng)中的最大功率傳輸 。即：確定的阻值，使能得到最大的功率。分析：圖3.8.2 所示

9、電路,假定一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)包含獨(dú)立源和非獨(dú)立源，指定的一對(duì)端子a，b上連接著負(fù)載。問題是確定的阻值，使能得到最大的功率。求解過程的第一步是認(rèn)為電阻網(wǎng)絡(luò)總是能被戴維南等效電路替換，所以圖3.8.2所示的電路重新畫出，如圖3.8.3所示.第二步，給定電路的和將是固定的，因此功率損耗是單變量的函數(shù)。包含非獨(dú)立源和獨(dú)立源的電阻網(wǎng)絡(luò)圖3.8.2 描述最大功率傳輸?shù)碾娐?圖3.8.3針對(duì)最大功率傳輸， 確定RL值的電路具體設(shè)計(jì)推導(dǎo) 上的功率損耗:（3.8.13）令導(dǎo)數(shù)等于零，P為最大值，則（3.8.14） （3.8.15） 解方程（3.8.15）得RL=R0 （3.8.16） 因此最大功率傳輸發(fā)生在負(fù)載電阻等于戴維南電阻R0時(shí)。最大功率（3.8.17）例3.8.1計(jì)算最大功率傳輸條件1電路如圖3.8.4所示，求能夠?qū)⒆畲蠊β蕚鬏數(shù)絉L的阻值。2計(jì)算RL能夠釋放到的最大功率。3當(dāng)RL調(diào)節(jié)到滿足最大功率傳輸時(shí)，360V電源釋放功率的百分之多少給 ？解： 1電路如圖3.8.4所示，求能夠?qū)⒆畲蠊β蕚鬏數(shù)絉L的阻值。1 a，b端左邊電路的戴維南電壓是戴維南電阻