電工技術(shù)基礎(chǔ)38課件

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(lái),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：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。（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(wèn)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(guò)v1對(duì)R1求導(dǎo)獲得，v2相對(duì)于R1的靈敏度通過(guò)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=25Ω，R2=5Ω,R3=50Ω,R4=75Ω,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）類(lèi)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(guò)將R1=22.5Ω

（R1比它的標(biāo)稱值少10%），代入式（3.8.1）和（3.8.2），來(lái)確認(rèn)（3.8.9）和（3.8.10）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(lèi)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%的影響類(lèi)似地如果R1和R2都減少1，將得到

v1=25+4.8227=29.8227v2=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=29.793Vv2=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(wèn)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)基本類(lèi)型討論功率傳輸問(wèn)題。第一個(gè)基本類(lèi)型強(qiáng)調(diào)功率傳輸?shù)男?。發(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(guò)程中，因此被浪費(fèi)了。系統(tǒng)的第二個(gè)基本類(lèi)型強(qiáng)調(diào)功率傳輸。通信和儀器系統(tǒng)最能說(shuō)明問(wèn)題，因?yàn)橥ㄟ^(guò)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(wèn)題。現(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(wèn)題是確定的阻值，使能得到最大的功率。求解過(guò)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(huà)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)。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）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。1a，b端左邊電路的戴維南電壓是戴維南電阻是RL必須等于25Ω才能滿足最大功率傳輸。2能夠釋放到的最大功率是3當(dāng)RL