變壓器的工作特性及應用

1、現(xiàn)在學習的是第一頁，共32頁5.1 理想變壓器理想變壓器一、理想變壓器的定義一、理想變壓器的定義 理想變壓器是從實際的變壓器抽象出來的理想化模型理想變壓器是從實際的變壓器抽象出來的理想化模型，它是一種全耦合變壓器，認為其耦合系數(shù)，它是一種全耦合變壓器，認為其耦合系數(shù)k k等于等于1 1。在上。在上一節(jié)的空心變壓器模型中，令原邊和副邊電阻一節(jié)的空心變壓器模型中，令原邊和副邊電阻R R1 1 = R = R2 2 = 0= 0，電感，電感L L1 1、L L2 2趨于無窮大，根據(jù)耦合系數(shù)趨于無窮大，根據(jù)耦合系數(shù)k k的定義，可的定義，可知其互感知其互感M M也無窮大。也無窮大。 規(guī)定：規(guī)定：nNN

2、LL2121 n為一個正實數(shù)，稱為理想變壓器的變比，N1和N2分別為原邊和副邊的匝數(shù)。 現(xiàn)在學習的是第二頁，共32頁二、理想變壓器的電路符號二、理想變壓器的電路符號 名稱：初級線圈（或正線圈，或一次側線圈） 名稱：次級線圈（或副線圈，或二次側線圈）現(xiàn)在學習的是第三頁，共32頁三、理想變壓器的工作特性三、理想變壓器的工作特性n 變壓特性變壓特性nNNuu212121nuu 或n 變流特性變流特性nNNii11221211ini 或推得：02211iuiu 即輸入理想變壓器的瞬時功率等于零，所以它既不耗能也不儲能，它將能量由原邊全部傳輸?shù)礁边呡敵觯趥鬏斶^程中，僅僅將電壓、電流按變比作數(shù)值變換?，F(xiàn)

3、在學習的是第四頁，共32頁n 變阻抗特性變阻抗特性L22222211ab1ZnIUnInUnIUZ 理想變壓器原繞組端輸入阻抗等于負載阻抗乘以n2倍，或者說負載阻抗折合到原繞組端應乘以n2倍，這就起到了阻抗變換的作用。得到：得到：現(xiàn)在學習的是第五頁，共32頁四、變壓器的應用四、變壓器的應用 變壓器的阻抗變換特性是很有用的。在晶體管收音變壓器的阻抗變換特性是很有用的。在晶體管收音機中把輸出變壓器介入揚聲器和功率放大器之間，利用機中把輸出變壓器介入揚聲器和功率放大器之間，利用輸出變壓器變換阻抗，達到阻抗匹配的目的，從而使負輸出變壓器變換阻抗，達到阻抗匹配的目的，從而使負載獲得最大功率。載獲得最大功

4、率。 下圖所示是晶體管收音機功率放大電路的等效二端網(wǎng)下圖所示是晶體管收音機功率放大電路的等效二端網(wǎng)絡。絡。 現(xiàn)在學習的是第六頁，共32頁 上圖中，作為負載的揚聲器電阻上圖中，作為負載的揚聲器電阻R RL L，一般不等于這，一般不等于這個二端網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻個二端網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻RoRo，為了使揚聲器獲得最大功率，為了使揚聲器獲得最大功率，可以利用輸出變壓器進行阻抗變換，當可以利用輸出變壓器進行阻抗變換，當Ro = Rab = nRo = Rab = n2 2R RL L時，達到阻抗匹配，揚聲器獲得最大功率。此時變時，達到阻抗匹配，揚聲器獲得最大功率。此時變壓器的變比為壓器的變比為LoLabRRRR

5、n【例9-1】 下圖（下圖（a a）所示理想變壓器，匝數(shù)比為）所示理想變壓器，匝數(shù)比為1 1：1010，已知，已知u uS S = 10sin= 10sin（10t10t）V V，R R1 1 = 1 = 1，R R2 2 = 100 = 100。求。求u u2 2。 現(xiàn)在學習的是第七頁，共32頁解：按圖（按圖（a a）可以列出電路方程：）可以列出電路方程： R R1 1 i i1 1 + u + u1 1 = u = uS S R R2 2 i i2 2 + u + u2 2 = 0 = 0現(xiàn)在學習的是第八頁，共32頁根據(jù)理想變壓器的根據(jù)理想變壓器的VCRVCR，有，有21101uu2110

6、ii 代入數(shù)據(jù)可解得代入數(shù)據(jù)可解得 u u2 2 = -5u = -5uS S = -50 sin = -50 sin（10t10t）V V 另一種另一種解法是先用初級等效電路求解法是先用初級等效電路求u1u1，再按電壓方，再按電壓方程求程求u u2 2。初級繞組。初級繞組a a、b b端的等效電阻為端的等效電阻為現(xiàn)在學習的是第九頁，共32頁1100010) 10(2222abRRnR等效電路如圖（等效電路如圖（b b）所示，求得）所示，求得SSSab1ab121111uuuRRRu u u2 2 = -10u = -10u1 1 = -5u = -5uS S = -50 sin = -50

7、sin（10t10t）V V 現(xiàn)在學習的是第十頁，共32頁【例9-2】 某電源內(nèi)阻某電源內(nèi)阻R RS S = 1.8 k = 1.8 k，負載電阻，負載電阻RL = 8RL = 8。為。為使負載能從電源獲得最大功率，在電源與負載之間接入一使負載能從電源獲得最大功率，在電源與負載之間接入一個理想變壓器，如下圖所示。試求理想變壓器的變比。個理想變壓器，如下圖所示。試求理想變壓器的變比。 現(xiàn)在學習的是第十一頁，共32頁解： 此題是利用理想變壓器的阻抗變化特性使負載獲得最此題是利用理想變壓器的阻抗變化特性使負載獲得最大功率，求得理想變壓器的變比為大功率，求得理想變壓器的變比為1581800LSLabR

8、RRRn【例9-3】 下圖（下圖（a a）所示電路中，正弦電源有效值為）所示電路中，正弦電源有效值為100 V100 V，Z Z1 1 = 4 = 4 j4 j4，Z Z2 2 = 1 = 1 j1 j1，試計算阻抗，試計算阻抗Z ZL L為多少時為多少時，其消耗的功率最大，并求最大功率。，其消耗的功率最大，并求最大功率。 現(xiàn)在學習的是第十二頁，共32頁解： 可以先計算可以先計算a a、b b左側的戴維南等效電路，如上左側的戴維南等效電路，如上圖（圖（b b）所示。）所示。設電源電壓設電源電壓 ，V0100oSU當當Z ZL L開路時，其開路電壓為：開路時，其開路電壓為：現(xiàn)在學習的是第十三頁，

9、共32頁V05021oSocUU其等效阻抗為其等效阻抗為2j21122abZnZZ根據(jù)最大功率的匹配條件，則根據(jù)最大功率的匹配條件，則 Z ZL L = Z = Z* *abab = 2 + j2 = 2 + j2 此時最大功率為此時最大功率為W25312450422ocmaxRUP現(xiàn)在學習的是第十四頁，共32頁5.2 運算放大器運算放大器一、理想運放一、理想運放n 定義：定義： 在分析集成運放的各種應用電路時，常常將其中的集在分析集成運放的各種應用電路時，常常將其中的集成運放看成是一個理想的運算放大器。所謂理想運放就是成運放看成是一個理想的運算放大器。所謂理想運放就是將集成運放的各項技術指標

10、理想化，即認為集成運放的各將集成運放的各項技術指標理想化，即認為集成運放的各項指標為：項指標為：開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Aod = Aod = ；差模輸入電阻差模輸入電阻Ri d = Ri d = ； 輸出電阻輸出電阻Ro = 0Ro = 0；共模抑制比共模抑制比KCMR = KCMR = ； 上限截止頻率上限截止頻率fH = fH = ； 輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。現(xiàn)在學習的是第十五頁，共32頁說明： 實際的集成運放當然達不到上述理想化的技術指實際的集成運放當然達不到上述理想化的技術指標。但由于集成運放工藝水平的不斷提高，

11、集成運放標。但由于集成運放工藝水平的不斷提高，集成運放產(chǎn)品的的各項性能指標愈來愈好。因此，一般情況下產(chǎn)品的的各項性能指標愈來愈好。因此，一般情況下，在分析估算集成運放的應用電路時，將實際運放看，在分析估算集成運放的應用電路時，將實際運放看成理想運放所造成的誤差，在工程上是允許的。成理想運放所造成的誤差，在工程上是允許的。 n 電路符號電路符號 u+代表同相輸入端電壓，u-代表反相輸入端電壓，輸出電壓uO與u+具有同相關系，與u -具有反相關系。運放的差模輸入電壓uI d =（u+ - u -）。 現(xiàn)在學習的是第十六頁，共32頁n 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 虛線代表實際運放的傳輸特性，實線代表理

12、想運放。可以看出，線性工作區(qū)非常窄，當輸入端電壓的幅度稍有增加，則運放的工作范圍將超出線性放大區(qū)而到達非線性區(qū)。運放工作在不同狀態(tài)，其表現(xiàn)出的特性也不同， 現(xiàn)在學習的是第十七頁，共32頁二、理想運放的兩種工作狀態(tài)二、理想運放的兩種工作狀態(tài)n 線性工作狀態(tài)：線性工作狀態(tài)：理想運放工作在線性區(qū)時有兩個重要特點：理想運放工作在線性區(qū)時有兩個重要特點：（1 1）理想運放的差模輸入電壓等于零，即）理想運放的差模輸入電壓等于零，即0/odOAuuu或表述為或表述為 uu表明： 同相輸入端與反相輸入端的電位相等，如同將該兩點同相輸入端與反相輸入端的電位相等，如同將該兩點短路一樣，但實際上該兩點并未真正被短路

13、，因此常將此短路一樣，但實際上該兩點并未真正被短路，因此常將此特點簡稱為特點簡稱為“虛短虛短”?，F(xiàn)在學習的是第十八頁，共32頁（2 2）理想運放的輸入電流等于零，即）理想運放的輸入電流等于零，即0ii表明： 運放的同相輸入端和反相輸入端的電流都等于零，如同運放的同相輸入端和反相輸入端的電流都等于零，如同該兩點被斷開一樣，將此特點簡稱為該兩點被斷開一樣，將此特點簡稱為“虛斷虛斷”。強調(diào)： “ “虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是理想運放工作在線性區(qū)時的兩是理想運放工作在線性區(qū)時的兩個重要特點。這兩個特點常常作為今后分析運放應用電路個重要特點。這兩個特點常常作為今后分析運放應用電路的出發(fā)點，因此必須牢固

14、掌握。的出發(fā)點，因此必須牢固掌握?，F(xiàn)在學習的是第十九頁，共32頁n 非線性工作狀態(tài)：非線性工作狀態(tài)：理想運放工作在非線性區(qū)時，也有兩個重要特點：理想運放工作在非線性區(qū)時，也有兩個重要特點： （1 1）理想運放的輸出電壓）理想運放的輸出電壓uouo只有兩種取值：或等于只有兩種取值：或等于運放的正向最大輸出電壓運放的正向最大輸出電壓+UOM+UOM，或等于其負向最大輸出，或等于其負向最大輸出電壓電壓-UOM-UOM。 （2 2）理想運放的輸入電流等于零）理想運放的輸入電流等于零 當當u u+ + u- u- 時，時，uo = +UOM uo = +UOM 當當u u+ + u- u- 時，時，uo

15、 = -UOMuo = -UOM 現(xiàn)在學習的是第二十頁，共32頁三、含運放的電阻電路分析三、含運放的電阻電路分析n 反相放大器：反相放大器： 輸入電壓ui通過電阻R1接入運放的反相輸入端。RF為反饋電阻，引入了電壓并聯(lián)負反饋。同相輸入端電阻R2接地，為保證運放輸入級差動放大電路的對稱性，要求R2 = R1 / RF 。現(xiàn)在學習的是第二十一頁，共32頁0uuFIii 由于：由于：可得：可得：Fo1IRuuRuu 由此可求得反相比例電路輸出電壓與輸入電壓的關系由此可求得反相比例電路輸出電壓與輸入電壓的關系為：為： I1FOuRRu則反相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)為：則反相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)

16、為：1FIOfRRuuAu現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共32頁n 反相加法運算電路：反相加法運算電路： 輸入電壓uI 1、uI 2和uI 3分別通過電阻R1、R2和R3同時接到集成運放的反相輸入端。為了保證運放兩個輸入端對地的電阻一致，圖中R/的阻值應為R/ = R1 / R2 / R3 / RF。 現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共32頁根據(jù)根據(jù)虛短虛短和和虛斷虛斷的概念可得的概念可得11I1Rui 22I2Rui 33I3Rui 又因又因 i iF F = i = i1 1 + i + i2 2 + i + i3 3故有故有)(3I3F2I2F1I1FFFOuRRuRRuRRRiu當當R1= R2 =

17、 R3 = RR1= R2 = R3 = R時，上式變?yōu)椋簳r，上式變?yōu)椋?(3I2I1IFOuuuRRu現(xiàn)在學習的是第二十四頁，共32頁說明： 反相輸入加法運算電路的優(yōu)點是，當改變某一輸入反相輸入加法運算電路的優(yōu)點是，當改變某一輸入回路的電阻時，僅僅改變輸出電壓與該路輸入電壓之間回路的電阻時，僅僅改變輸出電壓與該路輸入電壓之間的比例關系，對其它各路沒有影響，因此調(diào)節(jié)比較靈活的比例關系，對其它各路沒有影響，因此調(diào)節(jié)比較靈活方便。方便。 在實際工作中，反相輸入方式的加法電路應用比在實際工作中，反相輸入方式的加法電路應用比較廣泛。較廣泛?，F(xiàn)在學習的是第二十五頁，共32頁課堂練習題第第1 1題：題：求

18、下圖所示二端網(wǎng)絡的等效電阻求下圖所示二端網(wǎng)絡的等效電阻RabRab。現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共32頁 第第2 2題：題：理想變壓器電路如下圖所示。已知理想變壓器電路如下圖所示。已知U US S = 30 = 30 V V，R RS S = 200 = 200，變壓器的變比，變壓器的變比n = 5n = 5，負載電阻，負載電阻R RL L = = 44。（。（1 1）原、副邊繞組的電壓）原、副邊繞組的電壓U U1 1、U U2 2及電流及電流I I1 1、I I2 2，負載的功率負載的功率P PL L。（。（2 2）要使負載獲得最大功率，此變壓器）要使負載獲得最大功率，此變壓器的變比應為多少？此

19、時負載的功率等于多少？的變比應為多少？此時負載的功率等于多少？現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共32頁 第第3 3題：題：電路如下圖所示，已知電路如下圖所示，已知u uO O = -55 u = -55 uI I，其余參，其余參數(shù)如圖中所標注，試求出數(shù)如圖中所標注，試求出R5R5的值。的值?，F(xiàn)在學習的是第二十八頁，共32頁 第第4 4題：題：在下圖所示放大電路中，已知在下圖所示放大電路中，已知R1 = 100 kR1 = 100 k，R2 = 10 R2 = 10 kk，R3 = 9.1 kR3 = 9.1 k，R4 = R6 = 25 kR4 = R6 = 25 k，R5 = R7 = 200 k100 R5 = R7 = 200 k100 kk。（。（1 1）試分析集成運放）試分析集成運放A1A1、A2A2和和A3A3分別組成何種應用電路？（分別組成何種應用電路？（2 2）列出）列出u uO1O1、u uO2O2和和u uO3O3的表達式；（的表達式；（3 3）設）設u uI1I1 = 0.5 V = 0.5 V，u uI2I2 = 0.1 V