變壓器的工作特性及應(yīng)用

關(guān)于變壓器的工作特性及應(yīng)用第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1理想變壓器一、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)k等于1。在上一節(jié)的空心變壓器模型中，令原邊和副邊電阻R1=R2=0，電感L1、L2趨于無窮大，根據(jù)耦合系數(shù)k的定義，可知其互感M也無窮大。規(guī)定：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)。第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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）第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、理想變壓器的工作特性

變壓特性

變流特性推得：

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。第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

變阻抗特性

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：第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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)載獲得最大功率。

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)絡(luò)。

第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

上圖中，作為負(fù)載的揚(yáng)聲器電阻RL，一般不等于這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Ro，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)Ro=Rab=n2RL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【例9-1】

下圖（a）所示理想變壓器，匝數(shù)比為1：10，已知uS=10sin（10t）V，R1=1Ω，R2=100Ω。求u2。

第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月解：按圖（a）可以列出電路方程：

R1i1+u1=uSR2i2+u2=0第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)理想變壓器的VCR，有代入數(shù)據(jù)可解得

u2=-5uS=-50sin（10t）V

另一種解法是先用初級(jí)等效電路求u1，再按電壓方程求u2。初級(jí)繞組a、b端的等效電阻為第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月等效電路如圖（b）所示，求得u2=-10u1=-5uS=-50sin（10t）V

第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月【例9-2】

某電源內(nèi)阻RS=1.8kΩ，負(fù)載電阻RL=8Ω。為使負(fù)載能從電源獲得最大功率，在電源與負(fù)載之間接入一個(gè)理想變壓器，如下圖所示。試求理想變壓器的變比。

第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月解：

此題是利用理想變壓器的阻抗變化特性使負(fù)載獲得最大功率，求得理想變壓器的變比為【例9-3】

下圖（a）所示電路中，正弦電源有效值為100V，Z1=4–j4Ω，Z2=1–j1Ω，試計(jì)算阻抗ZL為多少時(shí)，其消耗的功率最大，并求最大功率。

第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月解：

可以先計(jì)算a、b左側(cè)的戴維南等效電路，如上圖（b）所示。設(shè)電源電壓

當(dāng)ZL開路時(shí)，其開路電壓為：第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月其等效阻抗為根據(jù)最大功率的匹配條件，則ZL=Z*ab=2+j2Ω

此時(shí)最大功率為第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2運(yùn)算放大器一、理想運(yùn)放

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)理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)為：開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；差模輸入電阻Rid=∞；輸出電阻Ro=0；共模抑制比KCMR=∞；上限截止頻率fH=∞；輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：

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)放看成理想運(yùn)放所造成的誤差，在工程上是允許的。

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-）。第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

電壓傳輸特性

虛線代表實(shí)際運(yùn)放的傳輸特性，實(shí)線代表理想運(yùn)放?？梢钥闯?，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，第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、理想運(yùn)放的兩種工作狀態(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)：（1）理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零，即或表述為表明：

同相輸入端與反相輸入端的電位相等，如同將該兩點(diǎn)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“虛短”。第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零，即表明：

運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流都等于零，如同該兩點(diǎn)被斷開一樣，將此特點(diǎn)簡(jiǎn)稱為“虛斷”。強(qiáng)調(diào)：“虛短”和“虛斷”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)用電路的出發(fā)點(diǎn)，因此必須牢固掌握。第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)：

（1）理想運(yùn)放的輸出電壓uo只有兩種取值：或等于運(yùn)放的正向最大輸出電壓+UOM，或等于其負(fù)向最大輸出電壓-UOM。

（2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零

當(dāng)u+

＞u-時(shí)，uo=+UOM

當(dāng)u+

＜u-時(shí)，uo=-UOM

第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、含運(yùn)放的電阻電路分析

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

。第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月由于：可得：

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：

則反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)為：第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

反相加法運(yùn)算電路：

輸入電壓uI1、uI2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。第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)虛短和虛斷的概念可得又因iF=i1+i2+i3故有當(dāng)R1=R2=R3=R時(shí)，上式變?yōu)椋旱?4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：

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)比較靈活方便。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。第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)題第1題：求下圖所示二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

第2題：理想變壓器電路如下圖所示。已知US=30V，RS=200Ω，變壓器的變比n=5，負(fù)載電阻RL=4Ω。（1）原、副邊繞組的電壓U1、U2及電流I1、I2，負(fù)載的功率PL。（2）要使負(fù)載獲得最大功率，此變壓器的變比應(yīng)為多少？此時(shí)負(fù)載的功率等于多少？第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

第3題：電路如下圖所示，已知uO=-55uI，其余參數(shù)如圖中所標(biāo)注，試求出R5的值。第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

第4題：在下圖所示放大電路中，已知R1=100kΩ，R2=10kΩ，R3=9.1kΩ，R4=R6=25kΩ，R5=R7=200kΩ100kΩ。（1）試分析集成運(yùn)放A1、A2和A3分別組成何種應(yīng)用電路？（2）列出uO1、uO2和uO3的表達(dá)式；（3）設(shè)uI1=0.5V，uI2=0.1V，求輸出電壓uO3=？第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月本講小結(jié)1、理想變壓器是從實(shí)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(rèn)為其耦合系數(shù)k等于1。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。2、理想運(yùn)放有兩種工作狀