§13－6 電路實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例

1、§13－6 電路實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例,首先用正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP來(lái)分析含耦合電感的電路。再介紹確定耦合線圈同名端的各種實(shí)驗(yàn)方法。,一、計(jì)算機(jī)輔助電路分析,例13－9電路如圖13－23(a)所示。已知試求電流 i1(t), i2(t) 和負(fù)載可獲得的最大功率。,圖13－23,解:運(yùn)行正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP，讀入圖13－23(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇代碼7，可以得到以下計(jì)算結(jié)果,L13-9 circuit data

2、 元件 支路 開始 終止 控制 元 件 元 件 元 件 元 件 類型 編號(hào) 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 支路 數(shù) 值1 數(shù) 值2 數(shù) 值3 數(shù) 值4 V 1 1 0 10.000 .00000 R 2 1

3、 2 2.0000 M 3 2 0 4.00000E-03 1.00000E-03 4 3 0 1.00000E-03 2.00000E-03 R 5 3 4 .40000 R 6 4 5 .60000 C 7 5 0

4、 5.00000E-04 獨(dú)立結(jié)點(diǎn)數(shù) = 5 支路數(shù) = 7角頻率 w= 1000.0 rad/s ----- 支 路 電 流 瞬 時(shí) 值 i(t) ----- i 1(t)= 2.83 Cos( 1.000E+03t+126.87) i 2(t)= 2.83 Cos( 1.000E+03t -53.13) i 3(t)= 2.83 Cos( 1.000E+0

5、3t -53.13) i 4(t)= 2.83 Cos( 1.000E+03t-143.13) i 5(t)= 2.83 Cos( 1.000E+03t +36.87) i 6(t)= 2.83 Cos( 1.000E+03t +36.87),,計(jì)算機(jī)得到的電流為,L13-9 circuit data

6、 元件 支路 開始 終止 控制 元 件 元 件 元 件 元 件 類型 編號(hào) 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 支路 數(shù) 值1 數(shù) 值2 數(shù) 值3 數(shù) 值4 V 1 1 0 10.000 .00000 R 2 1 2 2.0000 M 3 2 0 4

7、.00000E-03 1.00000E-03 4 3 0 1.00000E-03 2.00000E-03 R 5 3 4 .40000 獨(dú)立結(jié)點(diǎn)數(shù) = 4 支路數(shù) = 5角頻率 w= 1000.0 rad/s ----- 任 兩 結(jié) 點(diǎn) 間 單 口 的 等 效 電 路 ----- 4 ->

8、0 實(shí)部 虛部 模 幅角 Uoc=( 2.000 +j 1.000 ) = 2.236 exp(j 26.57) Z0 =( .5000 +j 1.800 ) = 1.868 exp(j 74.48) Isc=( .8023 +j

9、-.8883 ) = 1.197 exp(j -47.91) Y0 =( .1433 +j -.5158 ) = .5353 exp(j -74.48) Pmax= 2.500 (電源用有效值時(shí))Pmax= 1.250 (電源用振幅值時(shí))***** 正 弦 穩(wěn) 態(tài) 分 析 程 序 (ACAP 2.11 ) *****,斷開負(fù)載，用ACAP程序計(jì)

10、算單口網(wǎng)絡(luò)向可變負(fù)載傳輸?shù)淖畲笃骄β实慕Y(jié)果如下所示。,計(jì)算結(jié)果表明，斷開負(fù)載后的含源單口網(wǎng)絡(luò)相量模型的開路電壓為 ，輸出阻抗為 ，當(dāng)負(fù)載阻抗為 時(shí)，獲得最大平均功率為2.5W。,用計(jì)算機(jī)程序分析電路時(shí)，不需要

11、對(duì)電路進(jìn)行化簡(jiǎn)，只需將電路連接關(guān)系和元件類型和參數(shù)告訴計(jì)算機(jī)，馬上就可以得到各種計(jì)算結(jié)果，與例13－7和13－8筆算結(jié)果相同。,解: 運(yùn)行正弦穩(wěn)態(tài)分析程序AC2，輸入圖13－24(b)所示電路數(shù)據(jù)，可以得到幅頻特性和相頻特性曲線如下所示。,例13－10電路如圖13－24(a)所示。試畫出輸出電壓uo的頻率特性曲線。,,圖13－24,計(jì)算表明該電路具有帶通濾波特性。,----- 求網(wǎng)絡(luò)的頻率特性并畫曲線 -----

12、 ----- H(jw) = v4 /V1 ----- W(rad/s) | v4 /V1 | (db) Min= -60.90 db Max= -13.62 db 1.000E+01 -4.685E+01 | * 1.778E+01 -4.185E+01 |

13、 * 3.162E+01 -3.687E+01 | * 5.623E+01 -3.190E+01 | * 1.0

14、00E+02 -2.702E+01 | * 1.778E+02 -2.238E+01 | * 3.162E+02 -1.835E+01 |

15、 * 5.623E+02 -1.549E+01 | * 1.000E+03 -1.403E+01 | * 1.778E+03 -1.362E+01 |

16、 * 3.162E+03 -1.404E+01 | * 5.623E+03 -1.552E+01 | * 1.000E+04 -1.839E+01 |

17、 * 1.778E+04 -2.243E+01 | * 3.162E+04 -2.708E+01 | * 5.6

18、23E+04 -3.196E+01 | * 1.000E+05 -3.692E+01 | * 1.778E+05 -4.191E+01 | *

19、 3.162E+05 -4.690E+01 | * 5.623E+05 -5.190E+01 | * 1.000E+06 -5.690E+01 | * ***** 正 弦 穩(wěn) 態(tài)

20、 分 析 程 序 (ACAP 2.11 ) *****,二、用實(shí)驗(yàn)方法判斷耦合線圈的同名端,前面已經(jīng)介紹用干電池和電壓表確定磁耦合線圈同名端的一種實(shí)驗(yàn)方法，其原理是利用互感電壓值可能為正和也可能為負(fù)的特性，這種方法的缺點(diǎn)是線圈的電感很小時(shí)效果不好。我們還可以用以下實(shí)驗(yàn)方法來(lái)判斷磁耦合線圈同名端。(1) 利用耦合線圈互感電壓的正負(fù)來(lái)判斷同名端。一般來(lái)說(shuō)，耦合線圈的電壓為自感電壓和互感電壓兩項(xiàng)組成，在次級(jí)開路的情況下，次級(jí)電流恒等于零，

21、此時(shí)初級(jí)電壓只剩下自感電壓，次級(jí)電壓只剩下互感電壓，即,,互感電壓的正號(hào)或負(fù)號(hào)與耦合線圈同名端位置有關(guān)。反過(guò)來(lái)，可以用測(cè)量互感電壓的正負(fù)來(lái)判斷同名端。例如在圖13－4實(shí)驗(yàn)電路中，將干電池接在耦合線圈初級(jí)使次級(jí)感應(yīng)一個(gè)瞬時(shí)的正電壓或負(fù)電壓，用高內(nèi)阻電壓表測(cè)量電壓的正負(fù)，就可以判斷出同名端。為了能夠觀測(cè)出瞬時(shí)電壓的正負(fù)，要求耦合線圈的電感量足夠大。,,將正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓信號(hào)加在耦合線圈的初級(jí)，在次級(jí)會(huì)感應(yīng)出一個(gè)正弦電壓信號(hào)，由于同名

22、端位置的不同，次級(jí)電壓相位可能與初級(jí)電壓的相位相同，也可能相反。反過(guò)來(lái)，我們用雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)耦合線圈初級(jí)電壓和次級(jí)電壓的相位關(guān)系，就可以判斷出耦合線圈的同名端。實(shí)驗(yàn)電路如圖13－25所示。,,圖13－25,信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)正弦電壓信號(hào)，示波器同時(shí)觀測(cè)初級(jí)和次級(jí)正弦電壓波形。顯然，當(dāng)示波器觀測(cè)到兩個(gè)正弦波形相位相同時(shí)，a點(diǎn)和c點(diǎn)是同名端；當(dāng)兩個(gè)正弦波形相位相反時(shí)，a點(diǎn)和d點(diǎn)是同名端.,(2) 利用耦合線圈串聯(lián)電感的大小來(lái)判斷的同名端

23、。 耦合線圈順接串聯(lián)和反接串聯(lián)的等效電感公式為利用順接串聯(lián)比反接串聯(lián)的等效電感大4M的性質(zhì)可以判斷其同名端。,,(2) 利用耦合線圈串聯(lián)電感的大小來(lái)判斷的同名端。耦合線圈順接串聯(lián)和反接串聯(lián)的等效電感公式為，利用順接串聯(lián)比反接串聯(lián)的等效電感大4M的性質(zhì)可以判斷其同名端。,圖13－26,實(shí)驗(yàn)電路如圖13－26所示，我們將信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦電壓信號(hào)加到耦合線圈串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)上，用示波器可以觀測(cè)到端口的正弦電壓，記下電壓

24、波形的幅度。,改變耦合線圈串聯(lián)的連接方式，由于輸出電阻Ro的存在和等效電感值的變化，可以觀測(cè)到電壓波形幅度的變化。在耦合線圈順接串聯(lián)時(shí)，等效電感比較大，電壓波形的幅度就比較大；在耦合線圈反接串聯(lián)時(shí)，等效電感比較小，電壓波形的幅度就比較小。反過(guò)來(lái)，可以根據(jù)電壓波形幅度的大小來(lái)判斷同名端。例如圖13－25電路中示波器觀測(cè)電壓幅度比較大時(shí)，說(shuō)明a點(diǎn)和d點(diǎn)是同名端，觀測(cè)電壓幅度比較小時(shí)，說(shuō)明a點(diǎn)和c點(diǎn)是同名端。,,還可以利用測(cè)量線圈電感的儀器

25、來(lái)判斷耦合線圈的同名端。例如利用諧振電路特性制成的高頻Q表就可以測(cè)量線圈的電感和品質(zhì)因數(shù)。根據(jù)Q表測(cè)量耦合線圈順接串聯(lián)和反接串聯(lián)電感值的大小，就可以判斷出同名端。例如等效電感值大時(shí)是順接串聯(lián)，此時(shí)兩個(gè)線圈的異名端連接在一起；等效電感值小是反接串聯(lián)，此時(shí)兩個(gè)線圈的同名端連接在一起。實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程可以參考教材所附光盤中的“耦合線圈的同名端”和“耦合線圈參數(shù)測(cè)量”實(shí)驗(yàn)錄像。,,摘 要 1．線性耦合電感磁鏈與電流的關(guān)系可表示為：,在端口

26、電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)的VCR方程為：,其相量形式的VCR方程為：,耦合電感是一種動(dòng)態(tài)雙口元件，由 L1，L2，M三個(gè)參數(shù)描述。,2．耦合電感的電壓u1或u2均由自感電壓和互感電壓兩部分組成。其互感電壓正比于產(chǎn)生互感電壓的電流對(duì)時(shí)間的變化率，即,相量關(guān)系為,當(dāng)互感電壓u2M與電流i1的參考方向，相對(duì)同名端是關(guān)聯(lián)方向時(shí)取正號(hào)，反之則取負(fù)號(hào)。3．耦合電感的串聯(lián)或并聯(lián)均等效為一個(gè)電感，其電感值分別為：,4．耦合電感就其端口特性而言，可用