综合设计
设计1:设计二极管整流电路。 条件：输入正弦电压，有效值 要求：输出直流电压 20V+/-2V 电路图：
220v，频率50Hz;
波形图如下:
结果：通过电路，将 220V的交流电转化成了大约 20V的直流电。
结论分析: 先用变压器将220V的交流电转化为20V的交流电，再用二极管将20V交流 电的负值滤掉，电容充
当电源放电而且电压保持不变，
因为一直有来自二极
管的电流充电，而且周期为0.02秒，即电容两端电压能维持不变的放电到输 出端。将电容的C调的小一点可以使充放电的速度加快，
压变化幅度很小。 设计2:设计风扇无损调速器。
就可以使得输出电
条件：风扇转速与风扇电机的端电压成正比；
线圈的电感系
为500mH风扇工作电源为市电，即有效值
要求：无损调速器，将风扇转速由最高至停止分为
档停止，3档最高。
风扇电机的电感线圈的内阻为 200欧姆，
220V,频率50Hz的交流电。
4档，即0，1，2，3档，其中0
电路图：（开关从下至上依次为 0，1，2，3档）
开关置0档，风扇停止，其两端电压波形如下图:
开关置1档，风扇转速最慢，其两端电压波形如下图:
ri±hl 丘创空1 72-T1 时间 0.000 & 通道丿 O.OOQ V 通道■日 辰 总 JM道A 俣存 - GND 时基 逊 |20 rn/Dnr 劇度 |100WDIV Y位這［0 X位置
0 Mitt |s v/Div Y位達|a 週晅B 沿 水平 F到厂」 |a | v |Y/f Aild| BJA| A/B| AC | Q | [DC 博 内.|无.|园动 开关置2档，风扇转速适中，其两端电压波形如下图:
开关置3档，风扇转速最快，其两端电压波形如下图:
11道a 剰度 |100 V/Div i'位置 | | A/B | AC I 0 | foT 点 if道吕 刻度卜V/Div 卜位置 [o AC| o 血-]r 刻度 |20 m&U-. K位置p [ Y/T n蟻 沿 水平h r ] v I内-I无.信动_[云B外
结果：由图可知，当开关分别置 0, 1, 2，3时，风扇两端的电压依次增
大，其中当风扇置 0档时，电压为零，满足风扇转速与风扇电机的端电 压成正比的条件。 结论分析：
设计3 :设计1阶RC滤波器。
条件：一数字电路的工作时钟为
5MHz工作电压5V。但是该数
字电路的+5v电源上存在一个 100MHz的高频干扰。
要求：设计一个简单的 RC电路，将高频干扰滤除。
电路图：
V3
XSC2
结果：由图知，滤过的波形的频率与 去，符合题意要求。
5MHz基本一致，将高频 100MHz滤
结论分析：通过简单的 RC电路，用低通函数 H (jw)=HWc/(jw+Wc)，计 算出了电路中所需的
电阻大小及电容大小。最终达到滤除电 源电压中的高频成分，使低频成分通过的目的。
设计4 :降低电力传输损耗电路的设计
条件：一感性的电力传输线(包含电路损耗)
传输电压可变。电路等效结构如图 电路图：
4。2-1所示。
，负载为感性阻抗，
O --- +——L +
琴r
1
jX!
+
1 1
U
乙
L JU2
解：
有如下两种方案： 第一种：提高负载的电压。
对一个变压器:
Ni
U。，I。为原线圈电压，电流，Ui，li为副线圈电压,
电流。
N
当我们降低亠的比值时，即相应的提高 Ut ，降
Ni
低l1，以提高了 U 2。
2
P损耗=1 1减少。
1
r
第二种：当负载端口并联电容 ，若电容电流为lc （其超前电压
If \\17 F AYA
9 原理电路图如下：
则线路电流为 」= lc IL其向量关系如图:
由图可以看出：线路电流 I明显减少。由向量知道 功
率因数增加了,
，并联电容 C后cos . cos乙2，
2
2 P
所以P损耗
二I「1 2 2~「会减小 。 U 2 cos 日 仿真电路如下：
第一种方法：（提高负载的电压） 未
升压时的功率， XWM1
左边为传输损耗，右边为所需功率:
rt£JE L1 电憲 * 亠 + — 1 H /wv^_XW1M2
L2
：1
a
升压后电路图如下:
XNM1
4 Q »卒
升压后的功率，左边为传输损耗，明显减小，右边为所需功率却变化
不太大。
由结果看出，提高负载的电压，使的保证所需功率不变条件下，大大的 减少了传输损耗，符合题意要求。
第二种方法：（加大功率因数法，即负载端口并联电容） 并联电容前：
VI
□hn
50 bl± ODea
测得：电力传输效率 并联电容后:
XWM1
n 为 5.560/11.120=50%
Rl
4WV-
100 Ohan
LI
1 K /vw\\
Tat t Bst ei-XHl 21 739 W 功率因数 电圧
: X G1 IDiiF
,R2
100 Ohm
测得电力传输效率 n为19.7/21.739=91.0%
由结果看出，并联电容提高电力传输效率，减小电力传输损耗，符合题 意要求。 结论分析：输电过程中，输电线损耗功率很大，为减少损耗，输电线应
采用导电性能良好的金属制成，并减小输电线电流，设负载 的功率因数为cos二 设负载电压U；的初相为零，即
U；=U2. 0°(V)
由于负载吸收功率 P =U 2I cos V ，故线路电流
I
P U 2 cos V
2
所以线路损耗功率为： P损耗二I ■ 厂匕才ri ；
U 2 cos 日
所以，要减少损耗就应该提高 u2或功率因数cos v。由上面的分析及电路 仿真结果可知，两种降低电力传输损耗的功能，且未改变整个电路的阻抗 性质，达到题目要求。
设计 7:设计题：已知 妒103rad/s,Zs二
Rs+jXs=50+j100Q ,R=100
Q ,Us=100v现手头只有电容器，问在 R电源之间连接一个什 么
样的电路，才能使R获得最大功率Pm。画出仿真电路图， 并求出元件的参数取值和 Pm的值。
R2
100 Ohm
解：因为 Zs=50+j100 ,R=100
容易得到：Z 总=50+100+ (100- X) j,I=U/Z,
所以只有当X=100时，1才最大，此时根据P=I*I*R知P 此时最大
WC=1/100=> C=10uF Pm=44.44
电路图：
功率表示数:
