变压器的工作特性与应用.ppt

* * 2、变压器的工作特性及应用； 重点： 第9讲 变压器及运算放大器 3、运算放大器的电路符号及工作原理； 1、变压器的结构特征； 4、运算放大器的应用电路。 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。 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） 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。 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： 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，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。 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 = 1Ω，R2 = 100Ω。求u2。 解： 按图（a）可以列出电路方程： R1 i1 + u1 = uS R2 i2 + u2 = 0 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 等效电路如图（b）所示，求得 u2 = -10u1 = -5uS = -50 sin（10t）V 【例9-2】 某电源内阻RS = 1.8 kΩ，负载电阻RL = 8Ω。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比。 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 – j4Ω，Z2 = 1 – j1Ω，试计算阻抗ZL为多少时，其消耗的功率最大，并求最大功率。 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： 其等效阻抗为 根据最大功率的匹配条件，则 ZL = Z*ab = 2 + j2Ω 此时最大功率为 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。 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 -）。 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， 二、理想运放的两种工作状态 线性工作状态： 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：