电工技术基课件3.ppt

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： 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3.8.1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。 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 类似地，对于方程（3.8.8）有 △ v2=0.5（-2.5）=-1.25V v2=90-1.25=88.75V （3.8.10） 误差分析 通过将R1=22.5 Ω （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 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3.8.1 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3.8.1，对于R1和R2的变化，可以结合v1和v2的单位灵敏度得到 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。