4-6电路设计_电路应用和计算机分析电路实例

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/21,*,*,46电路设计，电路应用和计算机分析电路实例,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。,2021/9/21,1,图428,例420图428(a)电路与图44(a)相同。已知,r,=2，试用叠加定理求电流,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)电路的受控源电压,ri,作为已知量，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,2021/9/21,2,图428,对图428(b),(c)和(d)所示电路，用叠加定理计算电流,i,求解方程得到电流,i,已知电流,i,容易求得电压,u,2021/9/21,3,二、计算机辅助电路分析,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两个结点之间的戴维宁和诺顿等效电路参数。,2021/9/21,4,解：运行DCAP程序，正确读入图(b)所示电路数据，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)电路中各支路电压和电流。,图429,2021/9/21,5,L4-21 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,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 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,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*,2021/9/21,6,-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 +.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：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 +-18.0,*直流电路分析程序(DCAP 2.11)成电 七系-胡翔骏*,2021/9/21,7,计算结果显示:两个独立电源共同作用所产生的电压或电流等于每个独立电源单独作用产生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。,2021/9/21,8,解 运行DCAP程序,正确读入图(b)所示的电路数据后,选择计算单口网络等效电路的菜单，可以得到以下计算结果。,例422 计算图430(a)电路中任意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430,2021/9/21,9,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 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*,2021/9/21,10,从所得到的单口网络开路电压和输出电阻,以及短路电流和输出电导,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的关系式为,从单口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 37.50,2021/9/21,11,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功率.例如在结点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 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,2021/9/21,12,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,。,2021/9/21,13,在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。,2021/9/21,14,例4-23 图4-31(a)表示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,R,1,=1987.4,，,R,2,=1352.8,R,3,=1707.6,R,4,=1155.0,和,R,5,=789.7,三、电阻衰减网络设计,图431,2021/9/21,15,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。,2021/9/21,16,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 1897.4,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 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 4.1666E-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*,2021/9/21,17,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-40dB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,R,3,和,R,4,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 4.1666E-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-08,2021/9/21,18,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,R,o,相同，,R,o,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,R,o,=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。,2021/9/21,19,按照每档衰减量为10dB和,R,o,=315的要求，用下列公式(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结点的戴维宁等效电路，得到以下计算结果。,2021/9/21,20,L4-23 circuit data,元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件