变压器工作特性以及应用

1、关于变压器的工作特性及应用第一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月5.1 理想变压器一、理想变压器的定义 理想变压器是从实际的变压器抽象出来的理想化模型，它是一种全耦合变压器，认为其耦合系数k等于1。在上一节的空心变压器模型中，令原边和副边电阻R1 = R2 = 0，电感L1、L2趋于无穷大，根据耦合系数k的定义，可知其互感M也无穷大。 规定： n为一个正实数，称为理想变压器的变比，N1和N2分别为原边和副边的匝数。 第二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月二、理想变压器的电路符号 名称：初级线圈（或正线圈，或一次侧线圈） 名称：次级线圈（或副线圈，或二次侧线圈）第三张，PPT共三

2、十二页，创作于2022年6月三、理想变压器的工作特性 变压特性 变流特性推得： 即输入理想变压器的瞬时功率等于零，所以它既不耗能也不储能，它将能量由原边全部传输到副边输出，在传输过程中，仅仅将电压、电流按变比作数值变换。第四张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 变阻抗特性 理想变压器原绕组端输入阻抗等于负载阻抗乘以n2倍，或者说负载阻抗折合到原绕组端应乘以n2倍，这就起到了阻抗变换的作用。得到：第五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月四、变压器的应用 变压器的阻抗变换特性是很有用的。在晶体管收音机中把输出变压器介入扬声器和功率放大器之间，利用输出变压器变换阻抗，达到阻抗匹配的目的，

3、从而使负载获得最大功率。 下图所示是晶体管收音机功率放大电路的等效二端网络。 第六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 上图中，作为负载的扬声器电阻RL，一般不等于这个二端网络的等效内阻Ro，为了使扬声器获得最大功率，可以利用输出变压器进行阻抗变换，当Ro = Rab = n2RL时，达到阻抗匹配，扬声器获得最大功率。此时变压器的变比为【例9-1】 下图（a）所示理想变压器，匝数比为1：10，已知uS = 10sin（10t）V，R1 = 1，R2 = 100。求u2。 第七张，PPT共三十二页，创作于2022年6月解：按图（a）可以列出电路方程： R1 i1 + u1 = uS R2

4、i2 + u2 = 0第八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月根据理想变压器的VCR，有代入数据可解得 u2 = -5uS = -50 sin（10t）V 另一种解法是先用初级等效电路求u1，再按电压方程求u2。初级绕组a、b端的等效电阻为第九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月等效电路如图（b）所示，求得 u2 = -10u1 = -5uS = -50 sin（10t）V 第十张，PPT共三十二页，创作于2022年6月【例9-2】 某电源内阻RS = 1.8 k，负载电阻RL = 8。为使负载能从电源获得最大功率，在电源与负载之间接入一个理想变压器，如下图所示。试求理想变压器的变

5、比。 第十一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月解： 此题是利用理想变压器的阻抗变化特性使负载获得最大功率，求得理想变压器的变比为【例9-3】 下图（a）所示电路中，正弦电源有效值为100 V，Z1 = 4 j4，Z2 = 1 j1，试计算阻抗ZL为多少时，其消耗的功率最大，并求最大功率。 第十二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月解： 可以先计算a、b左侧的戴维南等效电路，如上图（b）所示。设电源电压 当ZL开路时，其开路电压为：第十三张，PPT共三十二页，创作于2022年6月其等效阻抗为根据最大功率的匹配条件，则 ZL = Z*ab = 2 + j2 此时最大功率为第十四张，P

6、PT共三十二页，创作于2022年6月5.2 运算放大器一、理想运放 定义： 在分析集成运放的各种应用电路时，常常将其中的集成运放看成是一个理想的运算放大器。所谓理想运放就是将集成运放的各项技术指标理想化，即认为集成运放的各项指标为：开环差模电压增益Aod = ；差模输入电阻Ri d = ； 输出电阻Ro = 0；共模抑制比KCMR = ； 上限截止频率fH = ； 输入失调电压、失调电流以及它们的零漂均为零。第十五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月说明： 实际的集成运放当然达不到上述理想化的技术指标。但由于集成运放工艺水平的不断提高，集成运放产品的的各项性能指标愈来愈好。因此，一般情况

7、下，在分析估算集成运放的应用电路时，将实际运放看成理想运放所造成的误差，在工程上是允许的。 电路符号 u+代表同相输入端电压，u-代表反相输入端电压，输出电压uO与u+具有同相关系，与u -具有反相关系。运放的差模输入电压uI d =（u+ - u -）。 第十六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 电压传输特性 虚线代表实际运放的传输特性，实线代表理想运放。可以看出，线性工作区非常窄，当输入端电压的幅度稍有增加，则运放的工作范围将超出线性放大区而到达非线性区。运放工作在不同状态，其表现出的特性也不同， 第十七张，PPT共三十二页，创作于2022年6月二、理想运放的两种工作状态 线性工作

8、状态：理想运放工作在线性区时有两个重要特点：（1）理想运放的差模输入电压等于零，即或表述为表明： 同相输入端与反相输入端的电位相等，如同将该两点短路一样，但实际上该两点并未真正被短路，因此常将此特点简称为“虚短”。第十八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月（2）理想运放的输入电流等于零，即表明： 运放的同相输入端和反相输入端的电流都等于零，如同该两点被断开一样，将此特点简称为“虚断”。强调： “虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分析运放应用电路的出发点，因此必须牢固掌握。第十九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 非线性工作状态：理想运放

9、工作在非线性区时，也有两个重要特点： （1）理想运放的输出电压uo只有两种取值：或等于运放的正向最大输出电压+UOM，或等于其负向最大输出电压-UOM。 （2）理想运放的输入电流等于零 当u+ u- 时，uo = +UOM 当u+ u- 时，uo = -UOM 第二十张，PPT共三十二页，创作于2022年6月三、含运放的电阻电路分析 反相放大器： 输入电压ui通过电阻R1接入运放的反相输入端。RF为反馈电阻，引入了电压并联负反馈。同相输入端电阻R2接地，为保证运放输入级差动放大电路的对称性，要求R2 = R1 / RF 。第二十一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月由于：可得： 由此可求

10、得反相比例电路输出电压与输入电压的关系为： 则反相比例运算电路的电压放大倍数为：第二十二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 反相加法运算电路： 输入电压uI 1、uI 2和uI 3分别通过电阻R1、R2和R3同时接到集成运放的反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻一致，图中R/的阻值应为R/ = R1 / R2 / R3 / RF。 第二十三张，PPT共三十二页，创作于2022年6月根据虚短和虚断的概念可得又因 iF = i1 + i2 + i3故有当R1= R2 = R3 = R时，上式变为：第二十四张，PPT共三十二页，创作于2022年6月说明： 反相输入加法运算电路的优点是

11、，当改变某一输入回路的电阻时，仅仅改变输出电压与该路输入电压之间的比例关系，对其它各路没有影响，因此调节比较灵活方便。 在实际工作中，反相输入方式的加法电路应用比较广泛。第二十五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月课堂练习题第1题：求下图所示二端网络的等效电阻Rab。第二十六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 第2题：理想变压器电路如下图所示。已知US = 30 V，RS = 200，变压器的变比n = 5，负载电阻RL = 4。（1）原、副边绕组的电压U1、U2及电流I1、I2，负载的功率PL。（2）要使负载获得最大功率，此变压器的变比应为多少？此时负载的功率等于多少？第二十七

12、张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 第3题：电路如下图所示，已知uO = -55 uI，其余参数如图中所标注，试求出R5的值。第二十八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 第4题：在下图所示放大电路中，已知R1 = 100 k，R2 = 10 k，R3 = 9.1 k，R4 = R6 = 25 k，R5 = R7 = 200 k100 k。（1）试分析集成运放A1、A2和A3分别组成何种应用电路？（2）列出uO1、uO2和uO3的表达式；（3）设uI1 = 0.5 V，uI2 = 0.1 V，求输出电压uO3 = ？第二十九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月本讲小结 1、理想变压器是从实际的变压器抽象出来的理想化模型，它是一种全耦合变压器，认为其耦合系数k等于1。变压器的阻抗变换特性是很有用的。在晶体管收音机中把输出变压器介入扬声器和功率放大器之间，利用输出变压器变换阻抗，达到阻抗匹配的目的，从而使负载获得最大功率。 2、理想运放有两种工作状态，即线性和非线性工作状态，在其传