电路设计,电路应用和计算机分析电路实例汇编

1、46电路(dinl)设计，电路(dinl)应用和计算机分析电路(dinl)实例 首先介绍用叠加定理分析含受控源电路的特殊方法。再说明如何用计算机程序分析电路和计算线性电阻单口网络的等效电路。然后介绍电阻衰减网络的分析和设计。最后(zuhu)讨论电路的惟一解问题。 一、叠加定理举例说明如何用叠加定理处理含受控源的线性电阻电路。共三十六页图428例420图428(a)电路与图44(a)相同。已知 r=2，试用(shyng)叠加定理求电流i。 解 用叠加定理求解含受控源的线性电阻电路时，由于每个电路都包含受控源，计算并不简单。能不能将受控源也当成独立电源来处理呢？根据替代定理，可以将图(a)电路的受

2、控源电压ri作为(zuwi)已知量，用独立源代替时可以分解为三个电路，如图428(b),(c)和(d)所示，用叠加电路计算电流i共三十六页图428对图428(b),(c)和(d)所示电路(dinl)，用叠加定理计算电流i求解方程(fngchng)得到电流 i已知电流 i 容易求得电压u 共三十六页二、计算机辅助电路(dinl)分析 当电路比较复杂时，利用计算机程序分析电路，可以检验“ 笔算”结果是否正确和掌握各种电路的特性，提高分析和解决电路问题的能力。下面举例说明利用DCAP程序可以计算每个独立电源单独作用产生的电压和电流，也可以计算电路任意(rny)两个结点之间的戴维宁和诺顿等效电路参数。

3、 共三十六页解：运行DCAP程序，正确读入图(b)所示电路数据(shj)，选择 叠加定理分析电路的菜单，可以得到以下计算结果。 例421 用叠加定理计算图429(a)电路中各支路电压(diny)和电流。 图429共三十六页 L4-21 Circuit Data 元件 支路 开始 终止(zhngzh) 控制 元 件 元 件 类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值 R 1 1 0 3.0000 CV 2 1 2 3 2.0000 R 3 2 3 1.0000 V 4 3 0 12.000 I 5 0 2 6.0000 独立结点数 = 3 支路数 = 5 - 用 叠 加 定 理 分 析 线 性

4、 电 路 - Y = Y(V 4) + Y(I 5) V 1= 15.0 = 6.00 + 9.00 V 2= 13.0 = 10.0 + 3.00 V 3= 12.0 = 12.0 + .000 U 1= 15.0 = 6.00 + 9.00 U 2= 2.00 = -4.00 + 6.00 U 3= 1.00 = -2.00 + 3.00 U 4= 12.0 = 12.0 + .000 U 5= -13.0 = -10.0 + -3.00 I 1= 5.00 = 2.00 + 3.00 I 2= -5.00 = -2.00 + -3.00 I 3= 1.00 = -2.00 + 3.00

5、I 4= 1.00 = -2.00 + 3.00 I 5= 6.00 = .000 + 6.00 * 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *共三十六页- 用 叠 加 定 理 分 析 线 性 电 路 - Y = Y(V 4) + Y(I 5) V 1= 15.0 = 6.00 + 9.00 V 2= 13.0 = 10.0 + 3.00 V 3= 12.0 = 12.0 + .000 U 1= 15.0 = 6.00 + 9.00 U 2= 2.00 = -4.00 + 6.00 U 3= 1.00 = -2.00 + 3.00 U 4= 12.0 = 12.0 +

6、 .000 U 5= -13.0 = -10.0 + -3.00 I 1= 5.00 = 2.00 + 3.00 I 2= -5.00 = -2.00 + -3.00 I 3= 1.00 = -2.00 + 3.00 I 4= 1.00 = -2.00 + 3.00 I 5= 6.00 = .000 + 6.00 * 请注意(zh y) ：功 率 不 能 叠 加 ! * P 1= 75.0 12.0 + 27.0 P 2= -10.0 8.00 + -18.0 P 3= 1.00 4.00 + 9.00 P 4= 12.0 -24.0 + .000 P 5= -78.0 .000 + -18.

7、0 * 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *共三十六页 计算结果显示:两个独立电源共同作用所产生(chnshng)的电压或电流等于每个独立电源单独作用产生(chnshng)电压或电流的代数和, 说明线性电阻电路中任一支路的电压和电流可以叠加。而两个独立电源共同作用时支路的吸收功率,并不等于每个独立电源单独作用时支路吸收功率的代数和，说明电路中支路的功率不能叠加。 共三十六页解 运行DCAP程序, 正确读入图(b)所示的电路(dinl)数据后, 选择计算单口网络等效电路(dinl)的菜单，可以得到以下计算结果。 例422 计算(j sun)图430(a)电路中任意

8、两个结点间所构成单口网络的戴维宁等效电路和诺顿等效电路以及输出的最大功率。 图430共三十六页 L4-22 Circuit Data 元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件 类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值 I 1 0 1 5.0000 R 2 1 2 2.0000 VV 3 2 0 2 2.0000 V 4 2 3 5.0000 R 5 3 0 10.000 VC 6 3 0 2 3.0000 独立结点数 = 3 支路数 = 6 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压(

9、diny) 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: 30.00 6.000 5.000 .1667 37.50 2 - 0: 20.00 .0000 无诺顿等效电路 3 - 0: 15.00 .0000 无诺顿等效电路 2 - 1: -10.00 2.000 -5.000 .5000 12.50 3 - 1: -15.00 2.000 -7.500 .5000 28.12 3 - 2: -5.000 .0000 无诺顿等效电路 * 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *共三十六页 从所得到的单口网络开路电压和输出电阻,以及短路电流(dinli)和输出

10、电导, 可以得到戴维宁等效电路和诺顿等效电路。例如从结点1到结点0之间所形成的单口网络，其开路电压 30V和输出电阻为6, 由此可以得到端口电压电流(dinli)的关系式为 从单口(dn ku)网络的短路电流和输出电导, 可以得到端口电压电流的关系式为 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: 30.00 6.000 5.000 .1667 37.50共三十六页 单口网络等效电路计算结果中的最后一个数据，是单口网络端接匹配负载所获得的最大

11、功率. 例如(lr)在结点1 和结点0之间端接6电阻时, 可以获得37.5W的最大功率, 这也是单口网络向负载电阻输出的最大功率. 值得注意的是并非任何含源单口网络都存在戴维宁诺顿等效电路，例如本电路在结点2和0间以及结点3和0间外加电压源时都不存在惟一解，故不存在诺顿等效电路。 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压 输入电阻 短路电流(dinli) 输入电导 最大功率 1 - 0: 30.00 6.000 5.000 .1667 37.50 2 - 0: 20.00 .0000 无诺顿

12、等效电路 3 - 0: 15.00 .0000 无诺顿等效电路共三十六页 上图所示XD22型低频信号发生器可以输出正弦波、方波和脉冲波。各种波形的频率范围为20Hz至2MHz。信号通过一个电阻衰减网络再进行(jnxng)输出，使其波形的幅度可以在100dB范围内连续变化，而输出电阻均保持600。共三十六页在幻灯片放映(fngyng)时，请用鼠标单击图片放映(fngyng)录像。共三十六页例4-23 图4-31(a)表示(biosh)某个低频信号发生器电阻衰减网络的 电路模型, 各电阻的数值为R1=1987.4， R2=1352.8, R3=1707.6, R4=1155.0和R5=789.7

13、, 三、电阻衰减(shui jin)网络设计图431共三十六页 它每一个结点对基准结点的输出电阻均为600，而每个结点对基准结点的开路电压按10dB衰减, 从而可以在保持相同输出电阻(便于和负载匹配)的条件下，得到不同(b tn)大小的输出电压, 便于用户灵活使用。 当图中的电压源从0到1V间连续变化时, 该信号发生器的电压可以从0到10mV,或从0到31.6mV，或从0到100mV，或从0到316mV间连续均匀变化。 共三十六页 L4-23 circuit data 元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件 类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值 VR 1 1 0 1.0000 1

14、897.4 R 2 1 0 1352.8 R 3 1 2 1707.6 R 4 2 0 1155.0 R 5 2 3 1707.6 R 6 3 0 1155.0 R 7 3 4 1707.6 R 8 4 0 789.70 独立结点数 = 4 支路数 = 8 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压(diny) 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: .3162 600.0 5.2704E-04 1.6667E-03 4.1665E-05 2 - 0: .1000 600.0 1

15、.6667E-04 1.6667E-03 4.1666E-06 3 - 0: 3.1623E-02 600.0 5.2705E-05 1.6667E-03 4.1668E-07 4 - 0: 9.9999E-03 600.0 1.6667E-05 1.6667E-03 4.1667E-08* 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *共三十六页 用DCAP程序的计算结果表明, 任一结点对基准结点的输出电阻都是600。各结点对基准结点的开路(kil)电压分别为0.3162V,0.1V, 0.03162V和0.01V，就1V电压源而言，总衰减量为40dB，即增益为-40d

16、B或k=0.01倍。每一级的衰减量都是10dB，增益为-10dB或K=0.3162倍。 为了将电阻衰减网络的总衰减量减少或增加10dB，最简单的一个方法是在电路中部减少或增加两个阻值为R3和R4的电阻。 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点(ji din)编号 开路电压 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: .3162 600.0 5.2704E-04 1.6667E-03 4.1665E-05 2 - 0: .1000 600.0 1.6667E-04 1.6667E-03 4.16

17、66E-06 3 - 0: 3.1623E-02 600.0 5.2705E-05 1.6667E-03 4.1668E-07 4 - 0: 9.9999E-03 600.0 1.6667E-05 1.6667E-03 4.1667E-08共三十六页图432电路设计任务：用图432所示电路结构设计一个电阻衰减网络，每一档的衰减量为10dB，即k=1/ ，总衰减量为40dB(100倍)。每一档的输出电阻Ro相同，Ro的数值可以根据每个学生的班级和学号来确定，例如班级为3，学号为15的学生，指定Ro=315。设计完成后要求学生用计算机程序检验设计结果是否正确。 共三十六页 按照每档衰减量为10dB

18、和Ro=315的要求，用下列公式(gngsh)(推导过程从略)计算各电阻值。 为了检验以上电阻值是否正确，用DCAP程序计算各结点对基准(jzhn)结点的戴维宁等效电路，得到以下计算结果。 共三十六页 L4-23 circuit data 元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件 类型(lixng) 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值 VR 1 1 0 1.0000 996.12 R 2 1 0 710.23 R 3 1 2 896.51 R 4 2 0 606.36 R 5 2 3 896.51 R 6 3 0 606.36 R 7 3 4 896.51 R 8 4 0 414.61

19、 独立结点数 = 4 支路数 = 8 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: .3162 315.0 1.0039E-03 3.1746E-03 7.9365E-05 2 - 0: 1.0000E-01 315.0 3.1746E-04 3.1746E-03 7.9365E-06 3 - 0: 3.1623E-02 315.0 1.0039E-04 3.1746E-03 7.9364E-07 4 - 0: 1.0000E-02 315.

20、0 3.1746E-05 3.1746E-03 7.9365E-08* 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *共三十六页 计算结果表明每级衰减10dB，每个结点对基准结点的输出电阻均为315，完全符合设计要求。 由电压源和线性二端电阻组成的电路，当全部电阻变化k倍时，根据等效(dn xio)电阻按比例变化，而电压转移比不变化的特性，也可以根据例423的电阻数据按照Ro的比例计算出各电阻值。 练习题 给出每级衰减k倍和输出电阻Ro之值，推导出计算(j sun)各电阻值的公式。 共三十六页四、电路(dinl)的惟一解 在学习网络定理时，多次遇到电路的惟一解问题。用叠加

21、定理求解线性电路的电压和电流时，要求电路存在惟一解。求含源线性电阻(dinz)单口网络的戴维宁和诺顿等效电路时，要求单口网络在外加电压源或电流源时，电路存在惟一解。在学习替代定理时，要求电路在用电压源或电流源代替单口网络前和代替后，都必须存在惟一解。 共三十六页例424 电路(dinl)如图433(a)所示。(1)计算支路电流i1，i2和i3 ；(2)已知i3，能否用电流源替代电阻R3计算电流i1和i2；(3)已知u4，能否用电压源替代电阻R4计算电流i1和i2。 图433解 (1) 选择电流i1和i2作为(zuwi)网孔电流，列出网孔方程求解方程，得到支路电流i1 3A ，i2 1A和i3

22、2A 。共三十六页(2)已知i3=2A，用2A电流源代替电阻R3，得到图433(b)电路，增加电流源电压u3，列出改进的网孔方程(fngchng)和补充方程(fngchng) 消去电流源电压u3，并求解(qi ji)电路方程 由于电路方程系数行列式等于零，电路没有惟一解。共三十六页(3)已知u4= R4i4=1V，用1V电压(diny)源代替电阻R4，得到图433 (c)电路，列出网孔方程 由于电路方程系数(xsh)行列式等于零，电路没有惟一解。 为什么图433(b)和(c)电路没有惟一解呢？有兴趣的读者可以计算连接电压源的电阻单口网络的等效电路，就会发现它的原因。 共三十六页 由于图(a)电

23、路中电阻(dinz)R3用电流源替代后没有惟一解，因此不能使用电流源替代电阻R3来计算电路中的各电压和电流。 由于图(a)电路中电阻R4用电压源替代后没有惟一解，因此不能使用电压源替代电阻R4来计算电路中的各电压和电流。 此例说明替代定理不仅要求替代前的电路具有惟一解，也要求替代后的电路具有惟一解。共三十六页 练习题1：为什么图433(b)电路没有惟一解呢？有兴趣的读者可以计算连接电流源的电阻单口网络的等效(dn xio)电路，你会发现它等效(dn xio)为一个2A电流源。显然，两个电流源串联的电路是没有惟一解的。 共三十六页 L4-24-1 Circuit Data 元件 支路 开始(ki

24、sh) 终止 控制 元 件 元 件 类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值 CV 1 1 2 2 -3.0000 R 2 2 3 1.0000 OC 3 2 0 R 4 3 0 1.0000 VR 5 1 0 2.0000 1.0000 独立结点数 = 3 支路数 = 5 - 任 两 结 点 间 单 口 的 等 效 电 路 - VCR: U = R0*I + Uoc I = G0*U - Isc 结点编号 开路电压 输入电阻 短路电流 输入电导 最大功率 1 - 0: 无戴维南等效电路 2.000 .0000 2 - 0: 无戴维南等效电路 2.000 .0000 3 - 0: 无戴维南

25、等效电路 -2.000 .0000 2 - 1: 既无戴维南等效电路,又无诺顿等效电路 3 - 1: 无戴维南等效电路 -1.000 .0000 3 - 2: 无戴维南等效电路 -1.000 .0000 * 直流电路分析程序 ( DCAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *结点(ji din)2与结点(ji din)0之间所形成的单口网络等效为一个2A电流源。共三十六页 练习题2：为什么图433(c)电路没有(mi yu)惟一解呢？有兴趣的读者可以计算连接电压源的电阻单口网络的等效电路，你会发现没有(mi yu)惟一解的原因。共三十六页名 称时间名 称时间1叠加定理实验11:472叠加定理实验23:413线性与非线性分压电路实验2:424例题42电路实验3:115线性电阻单口VCR及其等效电路2:596线性电阻单口网络的等效电路3:127可变电压源的等效电路3:048输出电阻的测量1:559万用表电阻档输出电阻测量3:1010MF10万用表输出电阻测量3:1411信号发生器输出电阻测量2:4812函数发生器的电路模型1:4413函数发生器输出电阻的测量2:2514低频信号发生器2:0715电阻衰减网络3:1716高频信号发生器2:03根据(g