插入式電磁流量計(jì)如何正確安裝

1、 具有多個(gè)端鈕與外電路連接的元件，稱為多端元件。具有多個(gè)端鈕與外電路連接的元件，稱為多端元件。本章先介紹一種常用的電阻雙口元件本章先介紹一種常用的電阻雙口元件-理想變壓器，然后理想變壓器，然后介紹一種很有用的多端電子器件介紹一種很有用的多端電子器件-運(yùn)算放大器以及含運(yùn)算運(yùn)算放大器以及含運(yùn)算放大器的電阻電路分析。放大器的電阻電路分析。 第五章第五章 理想變壓器和運(yùn)算放大器理想變壓器和運(yùn)算放大器 雷達(dá)物位計(jì) http:/51 理想變壓器理想變壓器 電子和電力設(shè)備中廣泛使用各種變壓器，為了得到各電子和電力設(shè)備中廣泛使用各種變壓器，為了得到各種變壓器的電路模型，需要定義一種稱為理想變壓器的電種變壓器的

2、電路模型，需要定義一種稱為理想變壓器的電路元件。路元件。變壓器初級(jí)電壓為變壓器初級(jí)電壓為4V，次級(jí)電壓為，次級(jí)電壓為0.125V，變比為，變比為16。 理想變壓器是根據(jù)鐵心變壓器的電氣特性抽象出來的理想變壓器是根據(jù)鐵心變壓器的電氣特性抽象出來的一種理想電路元件。在鐵心變壓器初級(jí)加上交流電壓信號(hào)一種理想電路元件。在鐵心變壓器初級(jí)加上交流電壓信號(hào)時(shí)，次級(jí)可以得到不同電壓的交流信號(hào)。時(shí)，次級(jí)可以得到不同電壓的交流信號(hào)。)25()15(1221 niinuu 理想變壓器的電壓電流關(guān)系為：理想變壓器的電壓電流關(guān)系為： 式中參數(shù)式中參數(shù)n稱為變比。圖中標(biāo)注的一對(duì)稱為變比。圖中標(biāo)注的一對(duì) 點(diǎn)是表示初級(jí)點(diǎn)是表

3、示初級(jí)電壓電壓u1和次級(jí)電壓和次級(jí)電壓u2極性關(guān)系的符號(hào)。當(dāng)極性關(guān)系的符號(hào)。當(dāng)u1和和u2的的 + 端均端均選在標(biāo)有選在標(biāo)有 點(diǎn)的端鈕上時(shí)，表示點(diǎn)的端鈕上時(shí)，表示u1和和u2極性相同。極性相同。 理想變壓器的符號(hào)如圖所示，理想變壓器的符號(hào)如圖所示，其中其中1111端稱為初級(jí)，端稱為初級(jí)，2222端稱為次級(jí)。端稱為次級(jí)。 理想變壓器的符號(hào)如圖所示。理想變壓器的符號(hào)如圖所示。 當(dāng)變壓器的極性改變時(shí)當(dāng)變壓器的極性改變時(shí) 理想變壓器的電壓電流關(guān)系為：理想變壓器的電壓電流關(guān)系為：)45( )35(1221 niinuu 表征理想變壓器端口特性的表征理想變壓器端口特性的VCR方程是兩個(gè)線性代數(shù)方程是兩個(gè)線

4、性代數(shù)方程，因而理想變壓器是一種線性雙口電阻元件。與實(shí)際方程，因而理想變壓器是一種線性雙口電阻元件。與實(shí)際變壓器不同。它既可工作于交流又可工作于直流，對(duì)電壓、變壓器不同。它既可工作于交流又可工作于直流，對(duì)電壓、電流的頻率和波形沒有任何限制。電流的頻率和波形沒有任何限制。 當(dāng)當(dāng)u1和和u2參考方向的參考方向的“ +”端均選在標(biāo)有端均選在標(biāo)有“ ”點(diǎn)的端鈕上時(shí)，點(diǎn)的端鈕上時(shí)，如圖如圖(a)所示，表示所示，表示u1和和u2極性相同，其關(guān)系式為極性相同，其關(guān)系式為u1=nu2。當(dāng)。當(dāng)u1和和u2參考方向的參考方向的“ +”端不同時(shí)出現(xiàn)在標(biāo)有端不同時(shí)出現(xiàn)在標(biāo)有“ ”點(diǎn)的端鈕上時(shí)，如點(diǎn)的端鈕上時(shí)，如圖圖(

5、b)所示，表示所示，表示u1和和u2極性相反，其關(guān)系式為極性相反，其關(guān)系式為u1= nu2。)25()15(1221 niinuu)45( )35(1221 niinuu)25()15(1221 niinuu)45( )35(1221 niinuu 當(dāng)當(dāng)i1和和i2參考方向的箭頭同時(shí)指向標(biāo)有參考方向的箭頭同時(shí)指向標(biāo)有“ ”點(diǎn)的端鈕時(shí)，點(diǎn)的端鈕時(shí)，如圖如圖(a)所示，其關(guān)系式所示，其關(guān)系式i1= -ni2，式中的負(fù)號(hào)表示，式中的負(fù)號(hào)表示i1或或i2的實(shí)的實(shí)際方向與參考方向相反。當(dāng)際方向與參考方向相反。當(dāng)i1和和i2參考方向的箭頭不同時(shí)指參考方向的箭頭不同時(shí)指向標(biāo)有向標(biāo)有“ ”點(diǎn)的端鈕時(shí)，如圖點(diǎn)的

6、端鈕時(shí)，如圖(b)所示，其關(guān)系式所示，其關(guān)系式i1=ni2。 表征理想變壓器端口特性的表征理想變壓器端口特性的VCRVCR方程是兩個(gè)線性代數(shù)方程，方程是兩個(gè)線性代數(shù)方程，因而理想變壓器是一種線性雙口電阻元件。正如二端線性電因而理想變壓器是一種線性雙口電阻元件。正如二端線性電阻元件不同于實(shí)際電阻器，理想變壓器這種電路元件也不同阻元件不同于實(shí)際電阻器，理想變壓器這種電路元件也不同于各種實(shí)際變壓器。例如用線圈繞制的鐵心變壓器對(duì)電壓、于各種實(shí)際變壓器。例如用線圈繞制的鐵心變壓器對(duì)電壓、電流的工作頻率有一定限制，而理想變壓器則是一種理想化電流的工作頻率有一定限制，而理想變壓器則是一種理想化模型。它既可工

7、作于交流又可工作于直流，對(duì)電壓、電流的模型。它既可工作于交流又可工作于直流，對(duì)電壓、電流的頻率和波形沒有任何限制。將一個(gè)含變壓器的實(shí)際電路抽象頻率和波形沒有任何限制。將一個(gè)含變壓器的實(shí)際電路抽象為電路模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路器件的情況說明該模型適用為電路模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路器件的情況說明該模型適用的范圍。的范圍。在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。 此式說明從初級(jí)進(jìn)入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱耸秸f明從初級(jí)進(jìn)入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱渭?jí)的負(fù)載中，它本身既不消耗，也不儲(chǔ)存能量。次級(jí)的負(fù)載中，它本身既不消耗，也不儲(chǔ)存能量。012122211 niuinuiuiup 理想變壓器有兩個(gè)基

8、本性質(zhì)：理想變壓器有兩個(gè)基本性質(zhì)： 1理想變壓器既不消耗能量，也不儲(chǔ)存能量，在任一理想變壓器既不消耗能量，也不儲(chǔ)存能量，在任一時(shí)刻進(jìn)入理想變壓器的功率等于零，即時(shí)刻進(jìn)入理想變壓器的功率等于零，即)25( )15( 1221 niinuu 2當(dāng)理想變壓器次級(jí)端接一個(gè)電阻當(dāng)理想變壓器次級(jí)端接一個(gè)電阻R時(shí)，初級(jí)的輸入時(shí)，初級(jí)的輸入電阻為電阻為n2R。 圖圖52 用外加電源法求得圖示單口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻為用外加電源法求得圖示單口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻為 )55( 22222211i RniunninuiuR)55( 22222211i RniunninuiuR 上式表明理想變壓器不僅可以變換電壓和電流，也可上式

9、表明理想變壓器不僅可以變換電壓和電流，也可以變換電阻?？梢宰C明，式（以變換電阻?？梢宰C明，式（55）的結(jié)論與理想變壓器）的結(jié)論與理想變壓器初、次級(jí)極性標(biāo)記的位置無關(guān)，因此今后在這種情況下可初、次級(jí)極性標(biāo)記的位置無關(guān)，因此今后在這種情況下可以不標(biāo)出初、次級(jí)的極性。以不標(biāo)出初、次級(jí)的極性。 例例51 求圖求圖5-3所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。 圖圖53解：先求理想變壓器的次級(jí)負(fù)載電阻解：先求理想變壓器的次級(jí)負(fù)載電阻 k5k36363LR由由RL=5k得到圖得到圖(b)所示電路，由此求得所示電路，由此求得 k25k52k52abR圖圖53最后得到圖最后得到圖(c)所示電路。所

10、示電路。 例例52 電路如圖電路如圖5-4所示。欲使負(fù)載電阻所示。欲使負(fù)載電阻RL=8 得最大功得最大功 率，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大率，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大 功率。功率。 圖圖54解：理想變壓器端接負(fù)載電阻解：理想變壓器端接負(fù)載電阻RL時(shí)的等效電阻為時(shí)的等效電阻為 L2iRnR 根據(jù)最大功率傳輸定理，根據(jù)最大功率傳輸定理，Ri獲得最大功率的條件是獲得最大功率的條件是 oL2iRRnR 求得求得 108800Lo RRn 得到圖得到圖(b)所示電路電阻所示電路電阻RL和和Ri獲得的最大功率為獲得的最大功率為 mW25. 1W8004242o2ocmax Rup在

11、幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。例例53 求圖求圖5-5(a)所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。 解：理想變壓器的方程為：解：理想變壓器的方程為： 21123 3iiuu 圖圖55 用外加電源法求等效電阻。為了計(jì)算方便，在端口外用外加電源法求等效電阻。為了計(jì)算方便，在端口外加加1V電壓源如圖電壓源如圖(b)所示，用所示，用2b方程可求得：方程可求得： A5A1A6 A63 A2A1A333 A1A2132312143224123 iiiiiiiiuiuui 最后得到等效電阻最后得到等效電阻 2 . 0A5V1abiuR例例5-4 用結(jié)點(diǎn)分析法再求圖用結(jié)點(diǎn)分析法再求圖5

12、-5(a)所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。 解：采用外加電流源計(jì)算端口電壓的方法求等效電阻。解：采用外加電流源計(jì)算端口電壓的方法求等效電阻。圖圖55 補(bǔ)充理想變壓器的補(bǔ)充理想變壓器的VCR方程：方程： 211233iiuu 2 . 0S1iiuR 求解方程可以得到求解方程可以得到 解一：增加理想變壓器電流解一：增加理想變壓器電流i1和和i2變量來列寫結(jié)點(diǎn)方程：變量來列寫結(jié)點(diǎn)方程： 03121212121 221S121 iuuiiuu圖圖55解法二：根據(jù)理想變壓器的解法二：根據(jù)理想變壓器的VCR方程：方程： 21123 3iiuu 用兩個(gè)相應(yīng)的受控源代替理想變壓器的兩條支路，得

13、用兩個(gè)相應(yīng)的受控源代替理想變壓器的兩條支路，得到圖到圖(b)電路。電路。圖圖56221S22131212132121 iuuiiuu 代入代入 123uu 可解得可解得 2 . 0S1iiuR 列出結(jié)點(diǎn)方程：列出結(jié)點(diǎn)方程：圖圖56 讀者學(xué)習(xí)本小節(jié)時(shí)，可以觀看教材光盤中讀者學(xué)習(xí)本小節(jié)時(shí)，可以觀看教材光盤中“ 鐵鐵心變壓器波形心變壓器波形”，“鐵心變壓器變比的測(cè)量鐵心變壓器變比的測(cè)量”，“鐵鐵心變壓器變換電阻心變壓器變換電阻”, , “鐵心變壓器阻抗匹配鐵心變壓器阻抗匹配”， “鐵心變壓器的頻率特性鐵心變壓器的頻率特性”和和 “ ACDC變換器變換器”等實(shí)驗(yàn)錄像。等實(shí)驗(yàn)錄像。 在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用

14、鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間1 1鐵心變壓器的電壓波形鐵心變壓器的電壓波形5:012 2鐵心變壓器的電壓電流關(guān)系鐵心變壓器的電壓電流關(guān)系2:403 3鐵心變壓器變比的測(cè)量鐵心變壓器變比的測(cè)量2:354 4鐵心變壓器的電阻變換鐵心變壓器的電阻變換1:355 5鐵心變壓器的阻抗匹配鐵心變壓器的阻抗匹配2:146 6鐵心變壓器的頻率特性鐵心變壓器的頻率特性4:057 7ACACDCDC變換器變換器2:488 8運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)1:569 9運(yùn)放加法電路運(yùn)放加法電路2:531010運(yùn)放減法電路運(yùn)放減法電路2:081111運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用2:

15、581212負(fù)阻變換器實(shí)驗(yàn)負(fù)阻變換器實(shí)驗(yàn)2:341313負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器1:091414回轉(zhuǎn)器變電阻為電導(dǎo)回轉(zhuǎn)器變電阻為電導(dǎo)2:06根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。郁金香52 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型 一、運(yùn)算放大器一、運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱運(yùn)放，是一種多端集成電路，通常由運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱運(yùn)放，是一種多端集成電路，通常由數(shù)十個(gè)晶體管和一些電阻構(gòu)成?，F(xiàn)已有上千種不同型號(hào)的數(shù)十個(gè)晶體管和一些電阻構(gòu)成。現(xiàn)已有上千種不同型號(hào)的集成運(yùn)放，是一種價(jià)格低廉、用途廣泛的電子器件。早期，集成運(yùn)放，是一種價(jià)格低廉、用途廣泛的電子

16、器件。早期，運(yùn)放用來完成模擬信號(hào)的求和、微分和積分等運(yùn)算，故稱運(yùn)放用來完成模擬信號(hào)的求和、微分和積分等運(yùn)算，故稱為運(yùn)算放大器。現(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運(yùn)算的范圍。為運(yùn)算放大器。現(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運(yùn)算的范圍。它在通信、控制和測(cè)量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。它在通信、控制和測(cè)量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 運(yùn)放器件的電氣圖形符號(hào)如圖運(yùn)放器件的電氣圖形符號(hào)如圖(a)所示。運(yùn)放在正常工所示。運(yùn)放在正常工作時(shí)，需將一個(gè)直流正電源和一個(gè)直流負(fù)電源與運(yùn)放的電作時(shí)，需將一個(gè)直流正電源和一個(gè)直流負(fù)電源與運(yùn)放的電源端源端E+和和E-相連相連圖圖(b)。兩個(gè)電源的公共端構(gòu)成運(yùn)放的外。兩個(gè)電源的公共端構(gòu)成運(yùn)放的外部接地

17、端。部接地端。圖圖57 運(yùn)放與外部電路連接的端鈕只有四個(gè)：兩個(gè)輸入端、運(yùn)放與外部電路連接的端鈕只有四個(gè)：兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，這樣，運(yùn)放可看為是一個(gè)四端一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，這樣，運(yùn)放可看為是一個(gè)四端元件。圖中元件。圖中i-和和i+分別表示進(jìn)入反相輸入端和同相輸入端的分別表示進(jìn)入反相輸入端和同相輸入端的電流。電流。io表示進(jìn)入輸出端的電流。表示進(jìn)入輸出端的電流。u-、u+和和uo分別表示反相分別表示反相輸入端、同相輸入端和輸出端相對(duì)接地端的電壓。輸入端、同相輸入端和輸出端相對(duì)接地端的電壓。ud=u+-u-稱為差模輸入電壓。稱為差模輸入電壓。 運(yùn)放工作在直流和低頻信號(hào)的條件下，其

18、輸出電壓與運(yùn)放工作在直流和低頻信號(hào)的條件下，其輸出電壓與差模輸入電壓的典型轉(zhuǎn)移特性曲線差模輸入電壓的典型轉(zhuǎn)移特性曲線uo=f(ud)如圖所示。該曲如圖所示。該曲線有三個(gè)明顯的特點(diǎn)：線有三個(gè)明顯的特點(diǎn)：圖圖58 1uo和和ud有不同的比例尺度：有不同的比例尺度：uo用用V; ud用用mV。 2.在輸入信號(hào)很小在輸入信號(hào)很小(|ud| )的區(qū)域，曲線的區(qū)域，曲線f(ud)飽和于飽和于uo= Usat。Usat稱為飽和電壓，其量值比電源電壓低稱為飽和電壓，其量值比電源電壓低2V左右，左右，例如例如E+=15V, E-=-15V，則，則+Usat=13V,-Usat =-13V左右。工作左右。工作于飽

19、和區(qū)的運(yùn)放，其輸出特性與電壓源相似。于飽和區(qū)的運(yùn)放，其輸出特性與電壓源相似。 綜上所述，運(yùn)放在直流和低頻應(yīng)用時(shí)，其端電壓電流綜上所述，運(yùn)放在直流和低頻應(yīng)用時(shí)，其端電壓電流方程為：方程為：)75( )(doBB ufuIiIi 式中式中IB-和和IB+是反相輸入端和同相輸入端的輸入偏置電是反相輸入端和同相輸入端的輸入偏置電流，其量值非常小，通常小于流，其量值非常小，通常小于10-7A，可以近似認(rèn)為等于零。，可以近似認(rèn)為等于零。uo=f(ud)是輸出電壓是輸出電壓uo對(duì)差模輸入電壓對(duì)差模輸入電壓ud的轉(zhuǎn)移特性。下面的轉(zhuǎn)移特性。下面介紹運(yùn)算放大器的兩種電路模型。介紹運(yùn)算放大器的兩種電路模型。二、有限

20、增益的運(yùn)算放大器模型二、有限增益的運(yùn)算放大器模型 有限增益運(yùn)放模型的符號(hào)和轉(zhuǎn)移特性曲線如圖有限增益運(yùn)放模型的符號(hào)和轉(zhuǎn)移特性曲線如圖5-9所示。所示。 圖圖59 由于實(shí)際運(yùn)放的輸入電流非常小，可以認(rèn)為由于實(shí)際運(yùn)放的輸入電流非常小，可以認(rèn)為i-=i+=0，這意味著運(yùn)放的輸入電阻為無限大，相當(dāng)于開路。圖這意味著運(yùn)放的輸入電阻為無限大，相當(dāng)于開路。圖59(b)所示轉(zhuǎn)移特性曲線是圖所示轉(zhuǎn)移特性曲線是圖58實(shí)際運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性曲線的實(shí)際運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性曲線的分段線性近似。有限增益運(yùn)放模型可以由以下方程描述：分段線性近似。有限增益運(yùn)放模型可以由以下方程描述： )b85( 0)a85( 0 ii)c85( | dsa

21、todsatoddo uUuuUuuAuu 有限增益模型可以工作于三個(gè)不同的區(qū)域時(shí)，其電路有限增益模型可以工作于三個(gè)不同的區(qū)域時(shí)，其電路模型，分別如圖模型，分別如圖(a)、(b)、(c)所示。所示。 1 線性區(qū)線性區(qū) 當(dāng)當(dāng)|ud| 時(shí)，時(shí)，uo=+Usat，運(yùn)放的輸出端口等效于一個(gè)直流，運(yùn)放的輸出端口等效于一個(gè)直流電壓源，如圖電壓源，如圖(b)所示。所示。 3負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū) 當(dāng)當(dāng)udR1時(shí)，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電時(shí)，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個(gè)電壓放大器。式（路是一個(gè)電壓放大器。式（512）中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓）中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓極性相反，故稱為反相

22、放大器。與輸入電壓極性相反，故稱為反相放大器。 例如例如, R1=1k ,Rf=10k , uin(t)=8cos t mV時(shí)，輸出電時(shí)，輸出電壓為壓為 mVcos8010inin1fotuuRRu )125( in1fo uRRu三、同相放大器三、同相放大器 利用理想運(yùn)放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點(diǎn)利用理想運(yùn)放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點(diǎn)的的KCL方程方程 1ino21in1RuuiRui 解得解得 )135( 1in1fo uRRu圖圖516 由于輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大，而且極性由于輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大，而且極性相同，故稱為同相放大器。相同，故稱為同相放大器。

23、 例如例如R1=1k ,Rf=10k , uin(t)=8cos t mV時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓為為 mV cos88111inn1fotuuRRui )135( 1in1fo uRRu在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。四、加法運(yùn)算電路四、加法運(yùn)算電路 利用理想運(yùn)放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點(diǎn)利用理想運(yùn)放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點(diǎn)的的KCL方程方程 3o2S211SRuRuRu 圖圖517 當(dāng)當(dāng)R1=R2=R時(shí)，上式變?yōu)闀r(shí)，上式變?yōu)?)(2S1S3ouuRRu 該電路輸出電壓幅度正比于兩個(gè)輸入電壓之和，實(shí)現(xiàn)該電路輸出電壓幅度正比于兩個(gè)輸入電壓之和，實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算。當(dāng)了加法運(yùn)

24、算。當(dāng)R3 R1=R2時(shí)，還能起反相放大作用，是一時(shí)，還能起反相放大作用，是一種加法放大電路。種加法放大電路。 解得解得 )145( S223S113o uRRuRRu在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。五、負(fù)阻變換器五、負(fù)阻變換器 用外加電源法求出用外加電源法求出 a、b兩端的兩端的VCR關(guān)系關(guān)系, 從而求得輸從而求得輸入電阻入電阻Rab。利用理想運(yùn)放的虛短路特性，再用觀察法列出。利用理想運(yùn)放的虛短路特性，再用觀察法列出 )155( o2122 uRRRuu圖圖518 得到得到 uRRuuRRRu21221o 代入代入KVL方程方程 uRRuiRuiRu21fof 解得解得 )165(

25、 1f2ab RRRiuR 當(dāng)當(dāng)R1=R2時(shí)時(shí) fabRR tURRRusa212 例如例如R1=R2=1k , Rf=10k , Usat=10V，且運(yùn)放輸入端，且運(yùn)放輸入端ab兩點(diǎn)間電壓兩點(diǎn)間電壓u0.5V時(shí)，時(shí)，Rab=-10k 。 上式表明該電路可將正電阻上式表明該電路可將正電阻Rf變換為一個(gè)負(fù)電阻。為了變換為一個(gè)負(fù)電阻。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻，要求運(yùn)放必須工作于線性區(qū)，即實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻，要求運(yùn)放必須工作于線性區(qū)，即 ， 由式由式(515)可求得負(fù)電阻上的電壓應(yīng)滿足可求得負(fù)電阻上的電壓應(yīng)滿足 tUusao 例例55 圖圖519(a)電路中的運(yùn)放工作于線性區(qū)，試用疊加定電路中的運(yùn)放工作于線性區(qū)，試用

26、疊加定 理計(jì)算輸出電壓理計(jì)算輸出電壓uo。 S112ouRRu S212S2212121212o1uRRuRRRRRRuRRu )175( )(1S2S12ooo uuRRuuu 解：工作于線性區(qū)的運(yùn)放模型是線解：工作于線性區(qū)的運(yùn)放模型是線性電阻元件，可以應(yīng)用疊加定理。性電阻元件，可以應(yīng)用疊加定理。 圖圖(b)是一個(gè)反相放大器，求得是一個(gè)反相放大器，求得 圖圖(c)是一個(gè)同相放大器電路，求得是一個(gè)同相放大器電路，求得 該電路的輸出正比于兩個(gè)電壓之該電路的輸出正比于兩個(gè)電壓之差，是一個(gè)減法放大電路。差，是一個(gè)減法放大電路。 XT5-14 circuit data 元件 支路 開始 終止 控制 元

27、 件 元 件 類型 編號(hào) 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 支路 符 號(hào) 符 號(hào) V 1 1 0 Us1 OA 2 1 2 3 3 0 R 4 2 0 Rf R 5 2 3 R1 R 6 3 4 R1 R 7 4 6 Rf V 8 5 0 Us2 OA 9 4 5 10 6 0 獨(dú)立結(jié)點(diǎn)數(shù)目 = 6 支路數(shù)目 = 10 - 結(jié) 點(diǎn) 電 壓 , 支 路 電 壓 和 支 路 電 流 - RfUs2+R1Us2-R1Us1-RfUs1 V6 = - R1 - 獨(dú)立電源 V 1 = Us1 單獨(dú)作用 - -R1-Rf V6 /Us= - R1 - 獨(dú)立電源 V 8 = Us2 單獨(dú)作用 - Rf+R1 V6 /Us= -

28、R1 * 符 號(hào) 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 程 序 ( SNAP 2.11 ) 成電 七系-胡翔駿 *習(xí)題5-14)(1(1S2S1fooouuRRuuu 514 電路中的運(yùn)放工作于線性區(qū)，試用疊加定理求輸出電壓的表達(dá)式。 在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間 1 1鐵心變壓器的電壓波形鐵心變壓器的電壓波形5:012 2鐵心變壓器的電壓電流關(guān)系鐵心變壓器的電壓電流關(guān)系2:403 3鐵心變壓器變比的測(cè)量鐵心變壓器變比的測(cè)量2:354 4鐵心變壓器的電阻變換鐵心變壓器的電阻變換1:355 5鐵心變壓器的阻抗匹配鐵心變壓器的阻抗匹配2:146 6鐵心變壓器的頻率特

29、性鐵心變壓器的頻率特性4:057 7ACACDCDC變換器變換器2:488 8運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)1:569 9運(yùn)放加法電路運(yùn)放加法電路2:531010運(yùn)放減法電路運(yùn)放減法電路2:081111運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用2:581212負(fù)阻變換器實(shí)驗(yàn)負(fù)阻變換器實(shí)驗(yàn)2:341313負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器1:091414回轉(zhuǎn)器變電阻為電導(dǎo)回轉(zhuǎn)器變電阻為電導(dǎo)2:06根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。郁金香54電路應(yīng)用和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例電路應(yīng)用和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例 首先介紹運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用。再介紹用運(yùn)算放大器實(shí)首先介紹運(yùn)放跟隨器

30、的應(yīng)用。再介紹用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)負(fù)阻變換器和回轉(zhuǎn)器。最后介紹一個(gè)實(shí)際的現(xiàn)負(fù)阻變換器和回轉(zhuǎn)器。最后介紹一個(gè)實(shí)際的ACDC變變換器。換器。 一、運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用一、運(yùn)放跟隨器的應(yīng)用 由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器，其輸入電阻為無窮大，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器，其輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零，將它插入在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，可以避免它們輸出電阻為零，將它插入在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，可以避免它們的互相影響，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用。下面舉例加以的互相影響，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用。下面舉例加以說明。說明。解：網(wǎng)絡(luò)解：網(wǎng)絡(luò) N1和和N2的轉(zhuǎn)移電壓比為的轉(zhuǎn)移電壓比為 例例5-6 電路如圖電路如圖515所示，試計(jì)算開關(guān)接

31、在所示，試計(jì)算開關(guān)接在a和和a 位置，位置， 及接在及接在b和和b 位置時(shí)的轉(zhuǎn)移電壓比位置時(shí)的轉(zhuǎn)移電壓比uo/uin。 21111 212222o2in11 uuHuuH圖圖520 開關(guān)開關(guān)S1、S2接在接在a、a 時(shí)，在時(shí)，在 N1和和 N2間插入電壓跟隨間插入電壓跟隨器，不會(huì)影響器，不會(huì)影響u1和和H1的值，又由于跟隨器的輸出電阻為零，的值，又由于跟隨器的輸出電阻為零，N2的接入不會(huì)影響的接入不會(huì)影響u2的值，即的值，即u1= u2。該電路總的轉(zhuǎn)移電壓。該電路總的轉(zhuǎn)移電壓比為比為 412121212oin1ino HHuuuuuuH 開關(guān)開關(guān) S1、S2接在接在b、b 時(shí)，時(shí)， N1和和

32、N2直接相連，由于直接相連，由于N2輸入電阻對(duì)輸入電阻對(duì)N1的影響，的影響，H1將會(huì)變化，總轉(zhuǎn)移電壓比為將會(huì)變化，總轉(zhuǎn)移電壓比為 由此例可見，使用緩沖器可以隔離兩個(gè)電路的相互影由此例可見，使用緩沖器可以隔離兩個(gè)電路的相互影響，從而簡(jiǎn)化了電路的分析與設(shè)計(jì)。響，從而簡(jiǎn)化了電路的分析與設(shè)計(jì)。 612131111112)11(22112)11(2ino uuH在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。二、負(fù)阻變換器的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用二、負(fù)阻變換器的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用 實(shí)際電阻器的電阻值是正值，包含晶體管和集成電路的電實(shí)際電阻器的電阻值是正值，包含晶體管和集成電路的電路模型中會(huì)出現(xiàn)受控源，可能得到負(fù)電阻。下面根據(jù)圖路

33、模型中會(huì)出現(xiàn)受控源，可能得到負(fù)電阻。下面根據(jù)圖518所示負(fù)阻變換器的電路模型，用實(shí)驗(yàn)來證明由運(yùn)算放大器和所示負(fù)阻變換器的電路模型，用實(shí)驗(yàn)來證明由運(yùn)算放大器和一些電阻器組成的電路可以實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻。一些電阻器組成的電路可以實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻。 圖圖518 例例5-7 試用運(yùn)放試用運(yùn)放(例如例如LM741)、電阻器和電位器構(gòu)成一、電阻器和電位器構(gòu)成一 個(gè)線性電阻器，其阻值從個(gè)線性電阻器，其阻值從-10k 到到+10k 連續(xù)可調(diào)。連續(xù)可調(diào)。 圖圖521 解：由圖解：由圖518所示電路模型，畫出圖所示電路模型，畫出圖5-21所示電原理圖。所示電原理圖。 在實(shí)驗(yàn)室按圖接線，并接通電源，則在在實(shí)驗(yàn)室按圖接線，并接通電

34、源，則在ad兩點(diǎn)間形成兩點(diǎn)間形成 一個(gè)一個(gè)Rad=-Rf= -10k 的線性電阻器。的線性電阻器。 為得到一個(gè)從為得到一個(gè)從-10k 到到+10k 可連續(xù)變化的電阻，將可連續(xù)變化的電阻，將一個(gè)一個(gè)20k 電位器用作可變電阻器與上述負(fù)電阻串聯(lián)，其總電位器用作可變電阻器與上述負(fù)電阻串聯(lián)，其總電阻為電阻為 adabbdRRR 當(dāng)電位器滑動(dòng)端從當(dāng)電位器滑動(dòng)端從b點(diǎn)向點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)移動(dòng)時(shí)， Rbd則從則從-10k 到到+10k 連續(xù)變化。連續(xù)變化。 為了證實(shí)圖為了證實(shí)圖521電路確能實(shí)現(xiàn)一個(gè)負(fù)電阻器，可以用普電路確能實(shí)現(xiàn)一個(gè)負(fù)電阻器，可以用普通萬用電表的電阻擋間接測(cè)量負(fù)電阻通萬用電表的電阻擋間接測(cè)量

35、負(fù)電阻Rad。萬用電表雖不能直。萬用電表雖不能直接測(cè)量負(fù)電阻，但可將萬用電表接在接測(cè)量負(fù)電阻，但可將萬用電表接在bd兩點(diǎn)間，調(diào)整電位器兩點(diǎn)間，調(diào)整電位器滑動(dòng)端，令其讀數(shù)為滑動(dòng)端，令其讀數(shù)為0 ，即，即Rbd=0，由上式得到，由上式得到 abadRR 只需用萬用電表測(cè)量電位器只需用萬用電表測(cè)量電位器ab兩點(diǎn)間的正電阻兩點(diǎn)間的正電阻Rab，就能，就能求得負(fù)電阻求得負(fù)電阻Rad。用上述方法。用上述方法,可以確認(rèn)圖可以確認(rèn)圖521電路電路 bd兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間能實(shí)現(xiàn)一個(gè)從能實(shí)現(xiàn)一個(gè)從-10k連續(xù)變化到連續(xù)變化到+10k的可變電阻器。我們的可變電阻器。我們還可以用半導(dǎo)體管特性圖示儀來觀測(cè)圖還可以用半導(dǎo)體管特

36、性圖示儀來觀測(cè)圖521電路電路bd兩點(diǎn)的兩點(diǎn)的VCR特性曲線，從而說明圖特性曲線，從而說明圖521電路可以實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻。電路可以實(shí)現(xiàn)負(fù)電阻。 在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。三、回轉(zhuǎn)器的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用三、回轉(zhuǎn)器的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用 回轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)器(Gyrator)的是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論中使用的一種雙口的是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論中使用的一種雙口電阻元件，其元件符號(hào)如圖電阻元件，其元件符號(hào)如圖522所示：所示： 圖圖522 回轉(zhuǎn)器的電壓電流關(guān)系如式回轉(zhuǎn)器的電壓電流關(guān)系如式(518)所示，式中的參數(shù)所示，式中的參數(shù)G稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)。稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)。 18)5( 1221 GuiGui 在回轉(zhuǎn)器的次級(jí)端接一個(gè)電阻時(shí)，如圖在回轉(zhuǎn)

37、器的次級(jí)端接一個(gè)電阻時(shí)，如圖523(a)所示，所示，其初級(jí)的等效電阻為一個(gè)電導(dǎo)。其初級(jí)的等效電阻為一個(gè)電導(dǎo)。圖圖523L22211111RGGiGuiuR 顯然，當(dāng)回轉(zhuǎn)電導(dǎo)顯然，當(dāng)回轉(zhuǎn)電導(dǎo)G=1S時(shí)，時(shí)，Rab= GL=1/ RL，例如，例如RL =10時(shí)，時(shí)， Rab=0.1。在第七章，將證明在回轉(zhuǎn)器次級(jí)端接一個(gè)電容時(shí)，。在第七章，將證明在回轉(zhuǎn)器次級(jí)端接一個(gè)電容時(shí)，其初級(jí)等效為一個(gè)電感。其初級(jí)等效為一個(gè)電感。 例例58 證明圖證明圖524電路可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)回轉(zhuǎn)器，其回轉(zhuǎn)電電路可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)回轉(zhuǎn)器，其回轉(zhuǎn)電導(dǎo)為導(dǎo)為G= -1/ R。假設(shè)運(yùn)算放大器工作于線性區(qū)域。假設(shè)運(yùn)算放大器工作于線性區(qū)域。 圖圖

38、524 在端口外加兩個(gè)電流源，計(jì)算端口電壓電流關(guān)系式。注在端口外加兩個(gè)電流源，計(jì)算端口電壓電流關(guān)系式。注意到運(yùn)算放大器輸入端的虛短路特性導(dǎo)致意到運(yùn)算放大器輸入端的虛短路特性導(dǎo)致v2= v1= u1，列出結(jié)，列出結(jié)點(diǎn)點(diǎn)1和和2的結(jié)點(diǎn)方程的結(jié)點(diǎn)方程 11222111uRGuiuRGui 1221RiuRiu 012112311231vRuRiuRvRuR求解方程得到求解方程得到v3=2 u1以及以及i1和和u2關(guān)系的方程關(guān)系的方程 解解 回轉(zhuǎn)電導(dǎo)為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)為G= -1/ R的回轉(zhuǎn)器，其電壓電流關(guān)系為的回轉(zhuǎn)器，其電壓電流關(guān)系為(1) 121uRi 注意到注意到v4= v6 =u2和和v3=2 u1，

39、列出結(jié)點(diǎn)，列出結(jié)點(diǎn)6和和4的結(jié)點(diǎn)方程的結(jié)點(diǎn)方程 012121125122512vRuRuRivRuRuR求解方程得到求解方程得到 (2) 112uRi 方程方程(1)和和(2)正好構(gòu)成了回轉(zhuǎn)正好構(gòu)成了回轉(zhuǎn)電導(dǎo)為電導(dǎo)為G=-1/ R的回轉(zhuǎn)器電壓的回轉(zhuǎn)器電壓電流關(guān)系。電流關(guān)系。 11222111GuuRiGuuRi circuit data 元件 支路 開始 終止 控制 元 件 元 件 類型 編號(hào) 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 支路 符 號(hào) 符 號(hào) V 1 0 1 -U1 V 2 0 6 -U2 R 3 1 3 R R 4 2 0 R R 5 2 3 R R 6 1 6 R OA 7 2 1 8 3 0 R 9 3

40、 4 R R 10 4 5 R R 11 5 6 R OA 12 4 6 13 5 0 獨(dú)立結(jié)點(diǎn)數(shù)目 = 6 支路數(shù)目 = 13 - 結(jié) 點(diǎn) 電 壓 , 支 路 電 壓 和 支 路 電 流 - -U2 I1 = - R U1 I2 = - R * 符 號(hào) 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 程 序 ( SNAP 2.11 ) 成電 七系-胡翔駿 *用符號(hào)網(wǎng)絡(luò)分析程序用符號(hào)網(wǎng)絡(luò)分析程序SNAP來計(jì)算，得到相同結(jié)果。來計(jì)算，得到相同結(jié)果。在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。四四 ACDC變換器變換器 便攜式電子設(shè)備可以用電池工作，也可以用交流電工作。在便攜式電子設(shè)備可以用電池工作，也可以用交流電工作。在交流電工

41、作時(shí)，它是通過一個(gè)交流電工作時(shí)，它是通過一個(gè)ACDC變換器變換器(ACDC Adapter)將交流電變換為直流電提供給電子設(shè)備工作的。下面將交流電變換為直流電提供給電子設(shè)備工作的。下面介紹一種供一般半導(dǎo)體收音機(jī)使用的介紹一種供一般半導(dǎo)體收音機(jī)使用的AC變換器，其電原理圖如變換器，其電原理圖如圖圖525所示。所示。ACDC變換器電路由變壓，整流和濾波三部分變換器電路由變壓，整流和濾波三部分電路組成，第一部分是用降壓變壓器將電路組成，第一部分是用降壓變壓器將110V或或220V50Hz或或60Hz的交流電變換為幾伏十幾伏的低壓交流電。的交流電變換為幾伏十幾伏的低壓交流電。第二部分是通過四個(gè)半導(dǎo)體二極管將雙向正弦交流電變換為單第二部分是通過四個(gè)半導(dǎo)體二極管將雙向正弦交流電變換為單向整流波形向整流波形(請(qǐng)參考第二章例請(qǐng)參考第二章例218)，這種全波整流波形包