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1、电工技术基础四川大学电气信息学院 电工电子基础教学实验中心2008年秋（48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
2、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。,应用设计(一)性能灵敏度分析,我们知道制造同样的电路组件是不可能的，例如相同制造过程生产的电阻，阻值变化达到20%。所以创建一个电系统时，设计者必须考虑组件变化对系统性能的影响。所以我们设计的任务是：任务：对于图所示电路，保持节点电压v1和v2的标称值较重要的话，哪个电阻值的容差要求更高。,图3.8.1 说明灵敏度分析的电路,（）,（）,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。所以我们要确定图所
3、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,（）,（）,根据式（）和（），求v1和v2的标称值，得,（3.8.5）,如果图所示电路中组件的标称值是：R1=25，R2=5,R3=50,R4=75,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）,现在根据方程（）和（），可以求得R1变化时v1和v2的灵敏度，因此,（）,（）,
4、使用式（）和（）的结果，假定R1比它的标称值少10%，即R1=22.5，那么R1=-2.5，式（）预测v1将是,所以，如果R1比它的标称值少10%，分析预测v1将是v1=25-1.4583=23.5417V（）,类似地，对于方程（）有 v2=0.5（-2.5）=-1.25Vv2=90-1.25=88.75V（）误差分析通过将R1=22.5（R1比它的标称值少10%），代入式（）和（），来确认（）和（）的结果，结果是v1=23.4780V（）v2=88.6960V（）,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（）和（），R1在分母中出现，这意味
5、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（）和（）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
6、%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,电路设计者利用灵敏度分析的结果，确定哪个组件值的变化对电路输出的影响最大。从表 PSpice软件灵敏度分析看到，节点电压v1和v2相对于R2变化的灵敏度比相对于R1变化的灵敏度大得多，因此如果保持v1和v2的标称值较重要的话，那么,R2的容差要求比R1的容差要求要更高 因为这里分析的是线性电路，所以如果有一个以上的组件值发生变化，可以使用叠加法预测v1和v2的值。例如假设R1减少到24，R2减少到4。根据表，对于R1和R2的变化，可以结合v1和v2的单位灵敏度得到,类似地,如果R1和R2都减少1，将得到 v1=25+4.8227=29.
7、8227 v2=90-7=83V如果将R1=24和R2=4代入方程（）和（），得到 v1=29.793V v2=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
8、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，所以图所示的电路重新画出，如图所示.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。,包含非独立源和独立源的电阻网络
9、,图3.8.2 描述最大功率传输的电路,图针对最大功率传输，确定RL值的电路,具体设计推导 上的功率损耗:,（）,令导数等于零，P为最大值，则,（）,（）,解方程（）得,RL=R0,（）,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,（）,例计算最大功率传输条件,1电路如图所示，求能够将最大功率传输到RL的阻值。2计算RL能够释放到的最大功率。3当RL调节到满足最大功率传输时，360V电源释放功率的百分之多少给？,解：1电路如图所示，求能够将最大功率传输到RL的阻值。1 a，b端左边电路的戴维南电压是,戴维南电阻是,RL必须等于25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调节到满足最大功率传输时，360V电源释放功率的百分之多少给 RL？当RL等于25时，电压Vab是,当Vab等于150V时，与电源电压升方向一致的电压源电流是,因此，电源释放2520W功率到电路，即,电源功率释放到负载的百分比是,
