第6章理想變壓器和理想運算放大器(1)

1、l重點：重點：1、理想變壓器理想變壓器VCR；2、理想變壓器電阻變換特性。理想變壓器電阻變換特性。第第6章章 理想變壓器理想變壓器和運算放大器和運算放大器6.1 理想變壓器理想變壓器 理想變壓器是根據(jù)普通變壓器的電氣特性抽象出來的一種理想變壓器是根據(jù)普通變壓器的電氣特性抽象出來的一種理想電路元件。在變壓器輸入端加上交流信號時，輸出端可以理想電路元件。在變壓器輸入端加上交流信號時，輸出端可以得到不同電壓值的交流信號。得到不同電壓值的交流信號。一一. . 變壓器變壓器 變壓器是一種由多個繞制在磁性材料骨架上的耦合變壓器是一種由多個繞制在磁性材料骨架上的耦合電感組合而成。電感組合而成。i2i1+_u

2、2+_u1N2N1n:1+_u1+_u2i1i2電路分析時一般把變壓器視為一種雙口網(wǎng)絡元件，電路分析時一般把變壓器視為一種雙口網(wǎng)絡元件，u1對應端口對應端口( (輸入口輸入口) )稱為變壓器初級，稱為變壓器初級，u2對應端口對應端口( (輸出口輸出口) )稱為變壓器次級。稱為變壓器次級。i2i1+_u2+_u1N2N1兩個定義：兩個定義：變壓器的匝數(shù)比變壓器的匝數(shù)比n n =N1/ N2變壓器的同名端變壓器的同名端“ ” 當兩個電流分別從兩個線圈的對應端子流入，如果當兩個電流分別從兩個線圈的對應端子流入，如果所產(chǎn)生的磁場相互加強時，則這兩個對應端子稱為同名所產(chǎn)生的磁場相互加強時，則這兩個對應端

3、子稱為同名端。同名端常用一對端。同名端常用一對“ ”標注。標注。 同名端表明了線圈的相互繞法關系。當同名端表明了線圈的相互繞法關系。當u1 和和u2 的的“+ ” 端均選在標有端均選在標有“ ”的端鈕上時，表示的端鈕上時，表示u1 和和u2 極性相同。極性相同。二二. . 理想變壓器理想變壓器理想變壓器是由實際變壓器抽象出來的理想器件模型理想變壓器是由實際變壓器抽象出來的理想器件模型其主要性能特點為：其主要性能特點為： 1. 理想變壓器初次級電壓比等于匝數(shù)比理想變壓器初次級電壓比等于匝數(shù)比, 與電流無關。與電流無關。i2i1+_u2+_u1N2N1dtdNu111 根據(jù)電磁感應定律：根據(jù)電磁感

4、應定律：dtdNu222 當當1 =2 ( (理想條件之一理想條件之一) )時時nNNuu 212121nuu 2. 理想變壓器既不消耗能量，也不儲存能量，即理想變壓器既不消耗能量，也不儲存能量，即02211 iuiupn:1+_u1+_u2i1i2012111 iuniu12nii 理想變壓器的理想變壓器的3個理想條件個理想條件為：全耦合為：全耦合(無漏磁無漏磁)、電感、電感量為無窮大、無功率損耗。量為無窮大、無功率損耗。 理想變壓器的理想變壓器的3個主要功能個主要功能為：變壓、變流、變阻抗。為：變壓、變流、變阻抗。變壓器在電路中廣泛應用于信號、功率傳遞及阻抗變換。變壓器在電路中廣泛應用于信

5、號、功率傳遞及阻抗變換。理想變壓器主要特點理想變壓器主要特點三無加三變?nèi)裏o加三變?nèi)? . 理想變壓器的理想變壓器的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 流入異名端流入異名端1221niinuu 2121222112112100uinnuihhhhiui2RLn:1+_u1+_u2i1n2RL等效等效RR1221niinuuLRiu22LRniunninuiuR22222211三三. . 理想變壓器的理想變壓器的電阻變換特性電阻變換特性i2RLn:1+_u1+_u2i1同樣同樣R結(jié)論

6、：結(jié)論：電阻變換性質(zhì)電阻變換性質(zhì)與同名端無關與同名端無關1221niinuuLRniunninuiuR22222211LRiu22利用理想變壓器的電阻利用理想變壓器的電阻( (阻抗阻抗) )變換性，可以：變換性，可以：實現(xiàn)負載與含源線性網(wǎng)絡的匹配；實現(xiàn)負載與含源線性網(wǎng)絡的匹配；建立初級或次級等效電路，以便將含理想變壓器建立初級或次級等效電路，以便將含理想變壓器的電路化為不含理想變壓器的電路。的電路化為不含理想變壓器的電路。五五. 含理想變壓器的電路分析含理想變壓器的電路分析2:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2例例采用雙口網(wǎng)絡的采用雙口網(wǎng)絡的分析方法進行分分析方法進行分析，列方程

7、析，列方程223iuKVL已知理想已知理想變壓器變壓器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變壓器的阻抗變換特性利用理想變壓器的阻抗變換特性方法三方法三2:1+_6V12i1i2+_u1+_u22:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2利用戴維南等效電路變換利用戴維南等效電路變換V 3621ocu0 , 012ii 321220 R( (1) ) 求開路電壓求開路電壓uoc(

8、(2) ) 求等效電阻求等效電阻Ro（3） 畫出戴維南等效電路，畫出戴維南等效電路，計算結(jié)果計算結(jié)果+_33V3V5 . 133330u六六. 理想變壓器的功率匹配理想變壓器的功率匹配+_80010V8 n:18+_10V800W001. 0888001028 PW03. 0841402max RuPocL例例180082n當當 n2RL=R0時匹配，負載時匹配，負載獲最大功率獲最大功率10n2:13RL+_9V6i1+_i16例例21111266iiiuoc V12 ocu3+_9V6i1+_i16uoci=0+_A13691 i36i1+_i16ui+_1111266iiiu iii313

9、631 iu4 40R( (1) ) 求開路電壓求開路電壓uoc( (2) ) 求等效電阻求等效電阻Ro1、 戴維南等效電路戴維南等效電路2:1+_12V4RL+_16VRL 10RRLW91464202max RuPocL2、 根據(jù)最大功率傳輸定理根據(jù)最大功率傳輸定理3、 最大功率為最大功率為2:1+_7V2RLi1i2+_u1+_u21212求所示電路中各節(jié)點電壓和求所示電路中各節(jié)點電壓和RL吸收功率吸收功率2:12RLi1i2+_u1+_u21212A2712127212121iuu22112121iuu122122iiuuV22uA5 . 01iV41uW412222LRuP例例3采用

10、增加電流變量方法采用增加電流變量方法2i1+_1:21V i1RL1 2 例例4問圖示電路中問圖示電路中RL=？RL獲得最大功率，獲得最大功率，且且PLmax=？采用外加電源法采用外加電源法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問問RL=？RL獲得最大獲得最大功率，功率，

11、且且PLmax=？作業(yè)作業(yè)6.1作業(yè)作業(yè)6.2求求u0l 運算放大器運算放大器(operational amplifier)是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應用于用于1940年，年，1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應用。廣泛的應用。6.2 運算放大器運算放大器1. 簡介簡介l 應用應用主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、

12、測運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、測量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應用。量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應用。+_u0uu+Vc-Vcl 電路電路符號符號反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端電源端電源端電源端電源端輸出端輸出端在兩輸入端在兩輸入端間加電壓間加電壓 ud =u+- -u- -，可得輸出可得輸出uo和輸入和輸入ud之間的轉(zhuǎn)移特之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：性曲線如下：分三個區(qū)域：分三個區(qū)域： 線性工作區(qū)：線性工作區(qū)：|ud| 則則 uo= Usatud- - 則則 uo= - -Usat2. 運算放大器的特性運算放大器的特性 是一個數(shù)值很小的電壓，例如是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=

13、13V, A =105，則，則 =0.13mV。Usat- -Usat - - Uo/VUd/mVO實際特性實際特性近似特性近似特性+_u0uu3. 電路模型電路模型輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻當當: u+= 0, 則則uo=Au當當: u= 0, 則則uo=Au 在線性放大區(qū)，將運放電路在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：作如下的理想化處理： A uo為有限值，則為有限值，則ud=0 , ,即即u+=u，兩個，兩個輸入端之間相當于短路輸入端之間相當于短路( (虛短路虛短路) )； Ri 4. 理想運算放大器理想運算放大器i+=0 , i=0。 即從輸入端看進去，即從輸入端看進去，

14、元件相當于開路元件相當于開路( (虛斷路虛斷路) )。+_A(u+- -u- -)RoRiu+u- -uo放大倍數(shù)與負載無關。分析多個運放級聯(lián)組放大倍數(shù)與負載無關。分析多個運放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運放進行合的線性電路時可以分別對每個運放進行。 R0 0l 反相放大器反相放大器( (1) ) 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”：（2）根據(jù)）根據(jù)“虛斷虛斷”：i1fouRRui= 0，i1= if+_u0uiRfR1R2i1ifi=01i1Rui u+ = u- - =0f0fRuifRuRu01il 同相放大器同相放大器( (1) ) 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”：（2）根據(jù)）根據(jù)“虛斷虛斷”：i1fo1uRRui= 0，i1= if1i1Rui u+ = u- - =uif0fRuuiifiiRuuRu01