电工技术基础38课件

电工技术基础

四川大学

电工电子基础教学实验中心

200848学时）3.8应用设计在具体设计电路的时候,我们不仅要把实际的电路设计出来,更重要的是要知道这个电路的性能怎样?哪些因素影响电路的功能和性能。所以我们在设计电路的时候,要利用前面分析电路的方法,对设计的电路是否达到我们的设计目标、性能,影响性能的因素进行分析，然后对电路进行改进。尤其在选择电路的元件上有很大的帮助。1．任务：这次设计要达到的目的。2．分析：分析任务，找出要达到此目的采取的方法，手段。比如采用哪些电路？采取什么分析方法？3．具体设计：设计电路，分析电路性能是否达到，元器件的选择。4．验证设计：验证设计是否达到我们的要求。5．误差分析：对于一个具体的设计任务，一般分如下几步进行。（3.8.1）（3.8.2）分析：一种评价组件变化对系统性能的影响的方法是性能灵敏度分析。灵敏度分析允许设计者计算组件数值变化对系统输出的影响。使设计者能够对每个系统的组件给出可以接受的组件值容差。所以我们要确定图3.8.1所示电路，当电阻在它的标称值附近变化时，节点电压将怎样变化？使节点电压v1和v2

变化很小，几个电阻该怎样选择？这些问题，我们采用性能灵敏度分析方法方法。v1相对于R1的灵敏度通过v1对R1求导获得，v2相对于R1的灵敏度通过v2对R1求导获得，得到（3.8.3）（3.8.4）根据式（3.8.1）和（3.8.2），求v1和v2的标称值，得（3.8.5）

如果图3.8.1所示电路中组件的标称值是：R1=25Ω，R2=5Ω,R3=50Ω,R4=75Ω,Is1=12A,Is2=16A。如果R1的值与它的标称值相差10%，用灵敏度分析预测v1和v2的值。（3.8.6）类似地，对于方程（3.8.8）有△v2=0.5（-2.5）=-1.25Vv2=90-1.25=88.75V（3.8.10）误差分析通过将R1=22.5Ω

（R1比它的标称值少10%），代入式（3.8.1）和（3.8.2），来确认（3.8.9）和（3.8.10）的结果，结果是v1=23.4780V（3.8.11）v2=88.6960V（3.8.12）对于v1和v2，为什么用灵敏度分析预测的值与将R1代入方程计算得到的准确值之间有差别？根据式（3.8.1）和（3.8.2），R1在分母中出现，这意味着当R1变化时，灵敏度也随之变化，因此不能指望在R1发生较大变化时，式（3.8.1）和（3.8.2）能给出准确的结果。当R1变化10%时，v1和v2的预测值和准确值之间的误差百分数分别比较小。v1的误差百分数=0.2713%，v2的误差百分数=0.0676%。

根据这个例子，可以看到，对于其他的组件值，即，R2,R3,R4,Is1和Is2，如果要求确定v1和v2的灵敏度，工作量将非常大。PSpice软件有灵敏度函数，可以对电路进行灵敏度分析。PSpice的灵敏度函数计算两种类型的灵敏度。第一种称做单位灵敏度，第二种称做1%灵敏度。对于上述例子给出的电路，电阻的单位变化是1，电流源的单位变化是1A。与之形成对照，1%灵敏度分析确定的是电阻和电源变化它们标称值的1%的影响类似地如果R1和R2都减少1，将得到

v1=25+4.8227=29.8227v2=90-7=83V如果将R1=24和R2=4代入方程（3.8.1）和（3.8.2），得到

v1=29.793Vv2=82.759V预测的两个数值与实际节点电压相比，相差在零点几伏之内。应用设计(二)最大功率传输问题在分析从电源到负载功率传输系统的设计方案时，电路分析方法起了重要的作用。用系统的两个基本类型讨论功率传输问题。第一个基本类型强调功率传输的效率。发电站系统是最好的例子，发电站系统与生产、传输、分配大量的电功率有关。如果发电站系统效率低，生产的功率有很大的比例损耗在了传输和分配过程中，因此被浪费了。系统的第二个基本类型强调功率传输。通信和仪器系统最能说明问题，因为通过信号传输信息或数据时，发送器和探测器的有用功率受到限制，因此，传输尽可能多的功率到接收器或负载是人们期望的。对于这种应用，由于是小功率传输，传输的效率不是主要关心的问题。现在只考虑系统中的最大功率传输，系统的模型是纯电阻电路。任务：系统中的最大功率传输。即：确定的阻值，使能得到最大的功率。分析：图3.8.2所示电路,假定一个电阻网络包含独立源和非独立源，指定的一对端子a，b上连接着负载。问题是确定的阻值，使能得到最大的功率。求解过程的第一步是认为电阻网络总是能被戴维南等效电路替换，所以图3.8.2所示的电路重新画出，如图3.8.3所示.第二步，给定电路的和将是固定的，因此功率损耗是单变量的函数。具体设计推导上的功率损耗:（3.8.13）

令导数等于零，P为最大值，则（3.8.14）

（3.8.15）解方程（3.8.15）得RL=R0

（3.8.16）因此最大功率传输发生在负载电阻等于戴维南电阻R0时。最大功率（3.8.17）解：1电路如图3.8.4所示，求能够将最大功率传输到RL的阻值。1a，b端左边电路的戴维南电压是戴维南电阻是RL必须等于25Ω才能满足最大功率传输。2能够释放到的最大功率是3当RL