第6章理想变压器和理想运算放大器(1)

1、l重点：重点：1、理想变压器理想变压器VCR；2、理想变压器电阻变换特性。理想变压器电阻变换特性。第第6章章 理想变压器理想变压器和运算放大器和运算放大器6.1 理想变压器理想变压器 理想变压器是根据普通变压器的电气特性抽象出来的一种理想变压器是根据普通变压器的电气特性抽象出来的一种理想电路元件。在变压器输入端加上交流信号时，输出端可以理想电路元件。在变压器输入端加上交流信号时，输出端可以得到不同电压值的交流信号。得到不同电压值的交流信号。一一. . 变压器变压器 变压器是一种由多个绕制在磁性材料骨架上的耦合变压器是一种由多个绕制在磁性材料骨架上的耦合电感组合而成。电感组合而成。i2i1+_u

2、2+_u1N2N1n:1+_u1+_u2i1i2电路分析时一般把变压器视为一种双口网络元件，电路分析时一般把变压器视为一种双口网络元件，u1对应端口对应端口( (输入口输入口) )称为变压器初级，称为变压器初级，u2对应端口对应端口( (输出口输出口) )称为变压器次级。称为变压器次级。i2i1+_u2+_u1N2N1两个定义：两个定义：变压器的匝数比变压器的匝数比n n =N1/ N2变压器的同名端变压器的同名端“ ” 当两个电流分别从两个线圈的对应端子流入，如果当两个电流分别从两个线圈的对应端子流入，如果所产生的磁场相互加强时，则这两个对应端子称为同名所产生的磁场相互加强时，则这两个对应端

3、子称为同名端。同名端常用一对端。同名端常用一对“ ”标注。标注。 同名端表明了线圈的相互绕法关系。当同名端表明了线圈的相互绕法关系。当u1 和和u2 的的“+ ” 端均选在标有端均选在标有“ ”的端钮上时，表示的端钮上时，表示u1 和和u2 极性相同。极性相同。二二. . 理想变压器理想变压器理想变压器是由实际变压器抽象出来的理想器件模型理想变压器是由实际变压器抽象出来的理想器件模型其主要性能特点为：其主要性能特点为： 1. 理想变压器初次级电压比等于匝数比理想变压器初次级电压比等于匝数比, 与电流无关。与电流无关。i2i1+_u2+_u1N2N1dtdNu111 根据电磁感应定律：根据电磁感

4、应定律：dtdNu222 当当1 =2 ( (理想条件之一理想条件之一) )时时nNNuu 212121nuu 2. 理想变压器既不消耗能量，也不储存能量，即理想变压器既不消耗能量，也不储存能量，即02211 iuiupn:1+_u1+_u2i1i2012111 iuniu12nii 理想变压器的理想变压器的3个理想条件个理想条件为：全耦合为：全耦合(无漏磁无漏磁)、电感、电感量为无穷大、无功率损耗。量为无穷大、无功率损耗。 理想变压器的理想变压器的3个主要功能个主要功能为：变压、变流、变阻抗。为：变压、变流、变阻抗。变压器在电路中广泛应用于信号、功率传递及阻抗变换。变压器在电路中广泛应用于信

5、号、功率传递及阻抗变换。理想变压器主要特点理想变压器主要特点三无加三变三无加三变三三. . 理想变压器的理想变压器的VCR特性特性n:1+_u1+_u2i1i2n:1+_u1+_u2i1i21. i1、i2 流入同名端流入同名端1221niinuu2. i1、i2 流入异名端流入异名端1221niinuu 2121222112112100uinnuihhhhiui2RLn:1+_u1+_u2i1n2RL等效等效RR1221niinuuLRiu22LRniunninuiuR22222211三三. . 理想变压器的理想变压器的电阻变换特性电阻变换特性i2RLn:1+_u1+_u2i1同样同样R结论

6、：结论：电阻变换性质电阻变换性质与同名端无关与同名端无关1221niinuuLRniunninuiuR22222211LRiu22利用理想变压器的电阻利用理想变压器的电阻( (阻抗阻抗) )变换性，可以：变换性，可以：实现负载与含源线性网络的匹配；实现负载与含源线性网络的匹配；建立初级或次级等效电路，以便将含理想变压器建立初级或次级等效电路，以便将含理想变压器的电路化为不含理想变压器的电路。的电路化为不含理想变压器的电路。五五. 含理想变压器的电路分析含理想变压器的电路分析2:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2例例采用双口网络的采用双口网络的分析方法进行分分析方法进行分析，列方程

7、析，列方程223iuKVL已知理想已知理想变压器变压器VCR122122iiuuA411iV5 . 1631220iiuu61211ui方法一方法一+_126V223=12 i12:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2A41121261iV5 . 1631220iiuu方法二方法二利用理想变压器的阻抗变换特性利用理想变压器的阻抗变换特性方法三方法三2:1+_6V12i1i2+_u1+_u22:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2利用戴维南等效电路变换利用戴维南等效电路变换V 3621ocu0 , 012ii 321220 R( (1) ) 求开路电压求开路电压uoc(

8、(2) ) 求等效电阻求等效电阻Ro（3） 画出戴维南等效电路，画出戴维南等效电路，计算结果计算结果+_33V3V5 . 133330u六六. 理想变压器的功率匹配理想变压器的功率匹配+_80010V8 n:18+_10V800W001. 0888001028 PW03. 0841402max RuPocL例例180082n当当 n2RL=R0时匹配，负载时匹配，负载获最大功率获最大功率10n2:13RL+_9V6i1+_i16例例21111266iiiuoc V12 ocu3+_9V6i1+_i16uoci=0+_A13691 i36i1+_i16ui+_1111266iiiu iii313

9、631 iu4 40R( (1) ) 求开路电压求开路电压uoc( (2) ) 求等效电阻求等效电阻Ro1、 戴维南等效电路戴维南等效电路2:1+_12V4RL+_16VRL 10RRLW91464202max RuPocL2、 根据最大功率传输定理根据最大功率传输定理3、 最大功率为最大功率为2:1+_7V2RLi1i2+_u1+_u21212求所示电路中各节点电压和求所示电路中各节点电压和RL吸收功率吸收功率2:12RLi1i2+_u1+_u21212A2712127212121iuu22112121iuu122122iiuuV22uA5 . 01iV41uW412222LRuP例例3采用

10、增加电流变量方法采用增加电流变量方法2i1+_1:21V i1RL1 2 例例4问图示电路中问图示电路中RL=？RL获得最大功率，获得最大功率，且且PLmax=？采用外加电源法采用外加电源法2i1+_1:21V i11 2 +_u2+_u1i2+_uu = u2 + 1(i1 + i2 )23i1 + u1 + 1(i1 + i2 ) = 1u2 = 2u1i1 = 2i22OOC2252iRuiu uOC= 2V , RO= 25 2max00.04W4ocuPR2:14RL1A4i1+_i125:1600+_90V+_u03003A24641:2问问RL=？RL获得最大获得最大功率，功率，

11、且且PLmax=？作业作业6.1作业作业6.2求求u0l 运算放大器运算放大器(operational amplifier)是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于用于1940年，年，1960年后，随着集成电路技术的发展，运年后，随着集成电路技术的发展，运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越广泛的应用。广泛的应用。6.2 运算放大器运算放大器1. 简介简介l 应用应用主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、

12、测运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。量及波形产生方面也获得广泛应用。+_u0uu+Vc-Vcl 电路电路符号符号反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端电源端电源端电源端电源端输出端输出端在两输入端在两输入端间加电压间加电压 ud =u+- -u- -，可得输出可得输出uo和输入和输入ud之间的转移特之间的转移特性曲线如下：性曲线如下：分三个区域：分三个区域： 线性工作区：线性工作区：|ud| 则则 uo= Usatud- - 则则 uo= - -Usat2. 运算放大器的特性运算放大器的特性 是一个数值很小的电压，例如是一个数值很小的电压，例如Usat=

13、13V, A =105，则，则 =0.13mV。Usat- -Usat - - Uo/VUd/mVO实际特性实际特性近似特性近似特性+_u0uu3. 电路模型电路模型输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻当当: u+= 0, 则则uo=Au当当: u= 0, 则则uo=Au 在线性放大区，将运放电路在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：作如下的理想化处理： A uo为有限值，则为有限值，则ud=0 , ,即即u+=u，两个，两个输入端之间相当于短路输入端之间相当于短路( (虚短路虚短路) )； Ri 4. 理想运算放大器理想运算放大器i+=0 , i=0。 即从输入端看进去，即从输入端看进去，

14、元件相当于开路元件相当于开路( (虚断路虚断路) )。+_A(u+- -u- -)RoRiu+u- -uo放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行合的线性电路时可以分别对每个运放进行。 R0 0l 反相放大器反相放大器( (1) ) 根据根据“虚短虚短”：（2）根据）根据“虚断虚断”：i1fouRRui= 0，i1= if+_u0uiRfR1R2i1ifi=01i1Rui u+ = u- - =0f0fRuifRuRu01il 同相放大器同相放大器( (1) ) 根据根据“虚短虚短”：（2）根据）根据“虚断虚断”：i1fo1uRRui= 0，i1= if1i1Rui u+ = u- - =uif0fRuuiifiiRuuRu01