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1、第6章 理想变压器和理想运算放大器第1页，本讲稿共27页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电路元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，输出端可以得到不同电压值的交流件。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。信号。第2页，本讲稿共27页一一.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电感组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。合而成。i2i1+_u2+_u1N2N1n:1+_u1+_u2i1i2电路分析时一般把变压器视为一种双口
2、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。第3页，本讲稿共27页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，如果所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端。产生的磁场相互加强时，则这两个对应端子称为同名端。同名端常用一对同名端常用一对“”标注。标注。同名端表明了线圈的相互
3、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“+”端均端均选在标有选在标有“”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。第4页，本讲稿共27页二二.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+_u1N2N1根据电磁感应定律：根据电磁感应定律：当当1=2(理想条件之一理想条件之一)时时第5页，本讲稿共27页2.理想变压器既不消耗能量，也
4、不储存能量，即理想变压器既不消耗能量，也不储存能量，即n:1+_u1+_u2i1i2 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)、电感量为无穷大、电感量为无穷大、无功率损耗。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。变压器为：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。在电路中广泛应用于信号、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第6页，本讲稿共27页三三.理想变压器的理想变压器的VCR特性特性n:1+_u1+_u2i1i2n:1+_u1+_u2i1i
5、21.i1、i2 流入同名端流入同名端2.i1、i2 流入异名端流入异名端第7页，本讲稿共27页i2RLn:1+_u1+_u2i1n2RL等效等效RR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第8页，本讲稿共27页i2RLn:1+_u1+_u2i1同样同样R结论：结论：电阻变换性质与电阻变换性质与同名端无关同名端无关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的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。电路化为不含
6、理想变压器的电路。第9页，本讲稿共27页五五.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分采用双口网络的分析方法进行分析，析方法进行分析，列方程列方程KVL已知理想已知理想变压器变压器VCR方法一方法一第10页，本讲稿共27页+_126V223=12 i12:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2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第11页，本讲稿共27页方法三方法三2:1+_6V12i1i2+_u1+_u22:13+_6V12+_u0i1i2+_u1+_u2利用戴维南等效电路变换
7、利用戴维南等效电路变换(1)求开路电压求开路电压uoc(2)求等效电阻求等效电阻Ro（3）画出戴维南等效电路，计算画出戴维南等效电路，计算结果结果+_33V3第12页，本讲稿共27页六六.理想变压器的功率匹配理想变压器的功率匹配+_80010V8 n:18+_10V800例例1当当 n2RL=R0时匹配，负载获最大时匹配，负载获最大功率功率第13页，本讲稿共27页2:13RL+_9V6i1+_i16例例23+_9V6i1+_i16uoci=0+_36i1+_i16ui+_(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第14页，本讲稿共27页2:1
8、+_12V4RL+_16VRL2、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第15页，本讲稿共27页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+_u21212例例3采用增加电流变量方法采用增加电流变量方法第16页，本讲稿共27页2i1+_1:21Vi1RL12例例4问图示电路中问图示电路中RL=？RL获得最大功率，且获得最大功率，且PLmax=？采用外加电源法采用外加电源法2i1+_1:21Vi112+_u2+_u1i2+_uu=u2+1(i1+i2)23i1+u1+
9、1(i1+i2)=1u2=2u1i1=2i2uOC=2V,RO=25 第17页，本讲稿共27页2:14RL1A4i1+_i125:1600+_90V+_u03003A24641:2问RL=？RL获得最大功率，且PLmax=？作业6.1作业6.2求u0第18页，本讲稿共27页l 运算放大器运算放大器(operational amplifier)是是一一种种有有着着十十分分广广泛泛用用途途的的电电子子器器件件。最最早早开开始始应应用用于于1940年年，1960年年后后，随随着着集集成成电电路路技技术术的的发发展展，运运算算放放大大器器逐逐步步集集成成化化，大大大大降降低低了了成成本本，获获得得了了
10、越越来来越越广广泛泛的的应用。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、积分等运算，对电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、测量及波形产生方面也获路进行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。得广泛应用。第19页，本讲稿共27页+_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第20页，本讲稿共27页在在两两输输入入端端间间加加电电压压 ud=u+-u-，可可得得输输出出uo和和输输入入ud之之间间的的转转移移特特性性
11、曲曲线线如如下：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 是是一一个个数数值值很很小小的的电电压压，例例如如Usat=13V,A=105，则，则 =0.13mV。Usat-Usat-Uo/VUd/mVO实际特性近似特性+_u0uu第21页，本讲稿共27页3.电路模型电路模型输入电阻输出电阻当当:u+=0,则则uo=Au当当:u=0,则则uo=Au 在线性放大区，将运放电路作在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：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
12、个输，两个输入端之间相当于短路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，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合的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线性电路时可以分别对每个运放进行。R0 0第22页，本讲稿共27页l 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”：i=0，i1=if+_u0uiRfR1R2i1ifi=0u+=u-=0第23页，本讲稿共27页l 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”：i=0，i1=ifu+=u-=ui+_u0uiRfR1i1ifi=0第24页，本讲稿共27页l 模拟加法器模拟加法器+_u0u1RfR1R2i1ifR3i2u2(1)根据根据“虚短虚短”：（2）根据）根据“虚断虚断”：i=0，i1+i2=ifu+=u-=0i=0第25页，本讲稿共27页+_u0uil 跟随器跟随器第26页，本讲稿共27页3A4+_+_i2i1+_u2+_u1N2N12i1+_1:21Vi1RL12第27页，本讲稿共27页