變壓器的工作特性及應(yīng)用

1、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共32頁(yè)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(shí)際的變壓器抽象出來(lái)的理想化模型理想變壓器是從實(shí)際的變壓器抽象出來(lái)的理想化模型，它是一種全耦合變壓器，認(rèn)為其耦合系數(shù)，它是一種全耦合變壓器，認(rèn)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(wú)窮大，根據(jù)耦合系數(shù)趨于無(wú)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(wú)窮大。也無(wú)窮大。 規(guī)定：規(guī)定：nNN

2、LL2121 n為一個(gè)正實(shí)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(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共32頁(yè)二、理想變壓器的電路符號(hào)二、理想變壓器的電路符號(hào) 名稱：初級(jí)線圈（或正線圈，或一次側(cè)線圈） 名稱：次級(jí)線圈（或副線圈，或二次側(cè)線圈）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共32頁(yè)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(shí)功率等于零，所以它既不耗能也不儲(chǔ)能，它將能量由原邊全部傳輸?shù)礁边呡敵?，在傳輸過程中，僅僅將電壓、電流按變比作數(shù)值變換?，F(xiàn)

3、在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共32頁(yè)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(fù)載阻抗乘以n2倍，或者說(shuō)負(fù)載阻抗折合到原繞組端應(yīng)乘以n2倍，這就起到了阻抗變換的作用。得到：得到：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共32頁(yè)四、變壓器的應(yīng)用四、變壓器的應(yīng)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(jī)中把輸出變壓器介入揚(yáng)聲器和功率放大器之間，利用機(jī)中把輸出變壓器介入揚(yáng)聲器和功率放大器之間，利用輸出變壓器變換阻抗，達(dá)到阻抗匹配的目的，從而使負(fù)輸出變壓器變換阻抗，達(dá)到阻抗匹配的目的，從而使負(fù)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(jī)功率放大電路的等效二端網(wǎng)下圖所示是晶體管收音機(jī)功率放大電路的等效二端網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共32頁(yè) 上圖中，作為負(fù)載的揚(yáng)聲器電阻上圖中，作為負(fù)載的揚(yáng)聲器電阻R RL L，一般不等于這，一般不等于這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻RoRo，為了使揚(yáng)聲器獲得最大功率，為了使揚(yáng)聲器獲得最大功率，可以利用輸出變壓器進(jìn)行阻抗變換，當(dāng)可以利用輸出變壓器進(jìn)行阻抗變換，當(dāng)Ro = Rab = nRo = Rab = n2 2R RL L時(shí)，達(dá)到阻抗匹配，揚(yáng)聲器獲得最大功率。此時(shí)變時(shí)，達(dá)到阻抗匹配，揚(yáng)聲器獲得最大功率。此時(shí)變壓器的變比為壓器的變比為L(zhǎng)oLabRRRR

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(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共32頁(yè)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(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共32頁(yè)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(jí)等效電路求解法是先用初級(jí)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(jí)繞組。初級(jí)繞組a a、b b端的等效電阻為端的等效電阻為現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共32頁(yè)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(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共32頁(yè)【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(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL = 8RL = 8。為。為使負(fù)載能從電源獲得最大功率，在電源與負(fù)載之間接入一使負(fù)載能從電源獲得最大功率，在電源與負(fù)載之間接入一個(gè)理想變壓器，如下圖所示。試求理想變壓器的變比。個(gè)理想變壓器，如下圖所示。試求理想變壓器的變比。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共32頁(yè)解： 此題是利用理想變壓器的阻抗變化特性使負(fù)載獲得最此題是利用理想變壓器的阻抗變化特性使負(fù)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(jì)算阻抗，試計(jì)算阻抗Z ZL L為多少時(shí)為多少時(shí)，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(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共32頁(yè)解： 可以先計(jì)算可以先計(jì)算a a、b b左側(cè)的戴維南等效電路，如上左側(cè)的戴維南等效電路，如上圖（圖（b b）所示。）所示。設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓 ，V0100oSU當(dāng)當(dāng)Z ZL L開路時(shí)，其開路電壓為：開路時(shí)，其開路電壓為：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，

9、共32頁(yè)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(shí)最大功率為此時(shí)最大功率為W25312450422ocmaxRUP現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共32頁(yè)5.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器一、理想運(yùn)放一、理想運(yùn)放n 定義：定義： 在分析集成運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，常常將其中的集在分析集成運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，常常將其中的集成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。所謂理想運(yùn)放就是成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

10、理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)為：項(xiàng)指標(biāo)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(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共32頁(yè)說(shuō)明： 實(shí)際的集成運(yùn)放當(dāng)然達(dá)不到上述理想化的技術(shù)指實(shí)際的集成運(yùn)放當(dāng)然達(dá)不到上述理想化的技術(shù)指標(biāo)。但由于集成運(yùn)放工藝水平的不斷提高，

11、集成運(yùn)放標(biāo)。但由于集成運(yùn)放工藝水平的不斷提高，集成運(yùn)放產(chǎn)品的的各項(xiàng)性能指標(biāo)愈來(lái)愈好。因此，一般情況下產(chǎn)品的的各項(xiàng)性能指標(biāo)愈來(lái)愈好。因此，一般情況下，在分析估算集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，將實(shí)際運(yùn)放看，在分析估算集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，將實(shí)際運(yùn)放看成理想運(yùn)放所造成的誤差，在工程上是允許的。成理想運(yùn)放所造成的誤差，在工程上是允許的。 n 電路符號(hào)電路符號(hào) 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(guān)系，與u -具有反相關(guān)系。運(yùn)放的差模輸入電壓uI d =（u+ - u -）。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共32頁(yè)n 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 虛線代表實(shí)際運(yùn)放的傳輸特性，實(shí)線代表理

12、想運(yùn)放。可以看出，線性工作區(qū)非常窄，當(dāng)輸入端電壓的幅度稍有增加，則運(yùn)放的工作范圍將超出線性放大區(qū)而到達(dá)非線性區(qū)。運(yùn)放工作在不同狀態(tài)，其表現(xiàn)出的特性也不同， 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共32頁(yè)二、理想運(yùn)放的兩種工作狀態(tài)二、理想運(yùn)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(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：（1 1）理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零，即）理想運(yùn)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(diǎn)同相輸入端與反相輸入端的電位相等，如同將該兩點(diǎn)短路一樣，但實(shí)際上該兩點(diǎn)并未真正被短路

13、，因此常將此短路一樣，但實(shí)際上該兩點(diǎn)并未真正被短路，因此常將此特點(diǎn)簡(jiǎn)稱為特點(diǎn)簡(jiǎn)稱為“虛短虛短”?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共32頁(yè)（2 2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零，即）理想運(yùn)放的輸入電流等于零，即0ii表明： 運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流都等于零，如同運(yùn)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(diǎn)被斷開一樣，將此特點(diǎn)簡(jiǎn)稱為該兩點(diǎn)被斷開一樣，將此特點(diǎn)簡(jiǎn)稱為“虛斷虛斷”。強(qiáng)調(diào)： “ “虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩是理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)重要特點(diǎn)。這兩個(gè)特點(diǎn)常常作為今后分析運(yùn)放應(yīng)用電路個(gè)重要特點(diǎn)。這兩個(gè)特點(diǎn)常常作為今后分析運(yùn)放應(yīng)用電路的出發(fā)點(diǎn)，因此必須牢固

14、掌握。的出發(fā)點(diǎn)，因此必須牢固掌握?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共32頁(yè)n 非線性工作狀態(tài)：非線性工作狀態(tài)：理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，也有兩個(gè)重要特點(diǎn)：理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，也有兩個(gè)重要特點(diǎn)： （1 1）理想運(yùn)放的輸出電壓）理想運(yùn)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(yùn)放的正向最大輸出電壓運(yùn)放的正向最大輸出電壓+UOM+UOM，或等于其負(fù)向最大輸出，或等于其負(fù)向最大輸出電壓電壓-UOM-UOM。 （2 2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零）理想運(yùn)放的輸入電流等于零 當(dāng)當(dāng)u u+ + u- u- 時(shí)，時(shí)，uo = +UOM uo = +UOM 當(dāng)當(dāng)u u+ + u- u- 時(shí)，時(shí)，uo

15、 = -UOMuo = -UOM 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁(yè)，共32頁(yè)三、含運(yùn)放的電阻電路分析三、含運(yùn)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(yùn)放的反相輸入端。RF為反饋電阻，引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋。同相輸入端電阻R2接地，為保證運(yùn)放輸入級(jí)差動(dòng)放大電路的對(duì)稱性，要求R2 = R1 / RF 。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共32頁(yè)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(guān)系由此可求得反相比例電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：為： I1FOuRRu則反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)為：則反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)

16、為：1FIOfRRuuAu現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁(yè)，共32頁(yè)n 反相加法運(yùn)算電路：反相加法運(yùn)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(shí)接到集成運(yùn)放的反相輸入端。為了保證運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻一致，圖中R/的阻值應(yīng)為R/ = R1 / R2 / R3 / RF。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共32頁(yè)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(dāng)當(dāng)R1= R2 =

17、 R3 = RR1= R2 = R3 = R時(shí)，上式變?yōu)椋簳r(shí)，上式變?yōu)椋?(3I2I1IFOuuuRRu現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共32頁(yè)說(shuō)明： 反相輸入加法運(yùn)算電路的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)改變某一輸入反相輸入加法運(yùn)算電路的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)改變某一輸入回路的電阻時(shí)，僅僅改變輸出電壓與該路輸入電壓之間回路的電阻時(shí)，僅僅改變輸出電壓與該路輸入電壓之間的比例關(guān)系，對(duì)其它各路沒有影響，因此調(diào)節(jié)比較靈活的比例關(guān)系，對(duì)其它各路沒有影響，因此調(diào)節(jié)比較靈活方便。方便。 在實(shí)際工作中，反相輸入方式的加法電路應(yīng)用比在實(shí)際工作中，反相輸入方式的加法電路應(yīng)用比較廣泛。較廣泛?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁(yè)，共32頁(yè)課堂練習(xí)題第第1 1題：題：求

18、下圖所示二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻求下圖所示二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻RabRab?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁(yè)，共32頁(yè) 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(fù)載電阻，負(fù)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(fù)載的功率負(fù)載的功率P PL L。（。（2 2）要使負(fù)載獲得最大功率，此變壓器）要使負(fù)載獲得最大功率，此變壓器的變比應(yīng)為多少？此

19、時(shí)負(fù)載的功率等于多少？的變比應(yīng)為多少？此時(shí)負(fù)載的功率等于多少？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁(yè)，共32頁(yè) 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(biāo)注，試求出數(shù)如圖中所標(biāo)注，試求出R5R5的值。的值?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁(yè)，共32頁(yè) 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(yùn)放）試分析集成運(yùn)放A1A1、A2A2和和A3A3分別組成何種應(yīng)用電路？（分別組成何種應(yīng)用電路？（2 2）列出）列出u uO1O1、u uO2O2和和u uO3O3的表達(dá)式；（的表達(dá)式；（3 3）設(shè)）設(shè)u uI1I1 = 0.5 V = 0.5 V，u uI2I2 = 0.1 V