理想變壓器與運算放大器

1、 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 1第五章第五章 理想變壓器與運算放大器理想變壓器與運算放大器 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 2 具有多個端鈕與外電路連接的網(wǎng)絡(luò)（或元件），稱為具有多個端鈕與外電路連接的網(wǎng)絡(luò)（或元件），稱為多多端網(wǎng)絡(luò)端網(wǎng)絡(luò)（或多端元件）。（或多端元件）。 若在任一時刻，從某一端鈕流入的電流等于從另一端鈕流若在任一時刻，從某一端鈕流入的電流等于從另一端鈕流出的電流，這樣一對端鈕，稱為一個出的電流，這樣一對端鈕，稱為一個端口端口。 二端網(wǎng)絡(luò)的兩個端鈕就滿足上述端口條件，故稱二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)的兩個端鈕就滿足上述端口條件，故稱二端網(wǎng)絡(luò)為為單口網(wǎng)絡(luò)單口網(wǎng)絡(luò)。 假若四端網(wǎng)絡(luò)的兩對端鈕均滿足端口條件，

2、稱這類四端網(wǎng)假若四端網(wǎng)絡(luò)的兩對端鈕均滿足端口條件，稱這類四端網(wǎng)絡(luò)為絡(luò)為雙口網(wǎng)絡(luò)，簡稱雙口。雙口網(wǎng)絡(luò)，簡稱雙口。5-1 5-1 理想變壓器理想變壓器 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 35 51 1 理想變壓器理想變壓器 理想變壓器是理想變壓器是根據(jù)鐵心變壓器的電氣特性抽象根據(jù)鐵心變壓器的電氣特性抽象出來的出來的一種理想電路元件。一種理想電路元件。在鐵心變壓器初級加上在鐵心變壓器初級加上交流信號時，次級可以得到不同電壓的交流信號。交流信號時，次級可以得到不同電壓的交流信號。211 2 兩線圈兩線圈( (繞組繞組) )變壓器變壓器 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖鐵鐵芯芯 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 41221unui

3、ni 理想變壓器的電壓電流關(guān)系理想變壓器的電壓電流關(guān)系 式中參數(shù)式中參數(shù)n n 稱為稱為變比變比（匝比）。圖中標(biāo)注的一（匝比）。圖中標(biāo)注的一對對“ ”點是表示初級電壓點是表示初級電壓u u1 1和次級電壓和次級電壓u u2 2極性關(guān)系極性關(guān)系的符號。當(dāng)?shù)姆枴．?dāng)u u1 1和和u u2 2的的“+”+”端均選在標(biāo)有端均選在標(biāo)有“ ”點的點的端鈕上時，表示端鈕上時，表示u u1 1和和u u2 2極性相同極性相同。理想變壓器的符號理想變壓器的符號一、概念一、概念 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 5 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： 1221niinuu 表征理想變壓器端口特性的

4、表征理想變壓器端口特性的VCRVCR方程是兩個線方程是兩個線性代數(shù)方程，因而理想變壓器是一種線性雙口電性代數(shù)方程，因而理想變壓器是一種線性雙口電阻元件。阻元件。它既可工作于交流又可工作于直流，對它既可工作于交流又可工作于直流，對電壓、電流的頻率和波形沒有任何限制。電壓、電流的頻率和波形沒有任何限制。然而，然而，實際變壓器只能工作于交流。實際變壓器只能工作于交流。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 6理想變壓器的符號理想變壓器的符號變壓器的極性改變時變壓器的極性改變時電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系1221 unuini 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 7 理想變壓器的電壓電流關(guān)系式中理想變壓器的電壓電流關(guān)系式中“正

5、負(fù)號正負(fù)號”的的判定規(guī)則：判定規(guī)則：1 1、電壓變比式中是正是負(fù)的依據(jù)是：初級和次級、電壓變比式中是正是負(fù)的依據(jù)是：初級和次級電壓的正極性是否標(biāo)在一對電壓的正極性是否標(biāo)在一對“ ”，是則為正是則為正，否，否則為負(fù)。則為負(fù)。2 2、電流變比式中是正是負(fù)的依據(jù)是：初級和次級、電流變比式中是正是負(fù)的依據(jù)是：初級和次級電流的流入端是否標(biāo)在一對電流的流入端是否標(biāo)在一對“ ”，是則為負(fù)是則為負(fù)，否，否則為正。則為正。1221unuini 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 8 此式說明從初級進入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱耸秸f明從初級進入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱渭壍呢?fù)載中，它本身既不消耗，也不儲存能量。次級

6、的負(fù)載中，它本身既不消耗，也不儲存能量。012122211niuinuiuiup1理想變壓器既不消耗能量，也不儲存能量，在任一時刻理想變壓器既不消耗能量，也不儲存能量，在任一時刻進入理想變壓器的功率等于零，進入理想變壓器的功率等于零，即即1221niinuu二、兩個基本性質(zhì)二、兩個基本性質(zhì) 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 9 2當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻R時，時，初級的輸入電阻為初級的輸入電阻為? 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 10 2當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻R時，初級的輸入時，初級的輸入電阻為電阻為n2R。 用外加電源法求得圖示單口網(wǎng)絡(luò)的輸

7、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: 22222211iRniunninuiuR22uRi 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 112i Rn R 上式表明理想變壓器不僅可以變換電壓和電流，也可上式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。以變換電阻?？梢宰C明，上式結(jié)論與理想變壓器初、次級可以證明，上式結(jié)論與理想變壓器初、次級極性標(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、次級的極性。初、次級的極性。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 12 例例1 求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)

8、 13 例例1 求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。 解：先求理想變壓器的次級負(fù)載電阻：解：先求理想變壓器的次級負(fù)載電阻： k5k36363LR 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 14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最后得到圖最后得到圖(c)所示電路。所示電路。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 15 例例2 電路如圖所示。欲使負(fù)載電阻電路如圖所示。欲使負(fù)載電阻RL=8 得最得最大功率，大功率，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大功率。最大功率。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 16例例2 電路

9、如圖所示。欲使負(fù)載電阻電路如圖所示。欲使負(fù)載電阻RL=8 得最大功得最大功 率，率，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大 功率。功率。 注意：理想變壓器不吸收功率，初級注意：理想變壓器不吸收功率，初級Ri上的功率等于上的功率等于負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL的功率。的功率。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 17例例2 電路如圖所示。欲使負(fù)載電阻電路如圖所示。欲使負(fù)載電阻RL=8 得最大功得最大功 率率，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大，求理想變壓器的變比和負(fù)載電阻獲得的最大 功率。功率。 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時的等效電阻為：時的

10、等效電阻為： L2iRnR 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 18 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： 108800LoRRn 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. 1W8004242o2ocmaxRup 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 19例例3 求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab。 0u 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 20例例3 求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻求圖示單口網(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

11、： 21123 3iiuu 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 21 用外加電源法求等效電阻。用外加電源法求等效電阻。為了計算方便，在端口外為了計算方便，在端口外加加1V電壓源電壓源如圖如圖(b)所示，可求得：所示，可求得： 21123 3iiuu 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 22 用外加電源法求等效電阻。用外加電源法求等效電阻。為了計算方便，在端口外為了計算方便，在端口外加加1V電壓源如圖電壓源如圖(b)所示，可求得：所示，可求得： 135Aiii 最后得到等效電阻：最后得到等效電阻： 2 . 0A5V1abiuR2133 1A1A22uui243A1A33ui 2342A iii 1236Aii 電路

12、分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 23小小 結(jié)結(jié)1 1、理想變壓器的電壓電流關(guān)系（、理想變壓器的電壓電流關(guān)系（VCRVCR）1221unuini 1221 unuini 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 24 此式說明從初級進入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱耸秸f明從初級進入理想變壓器的功率，全部傳輸?shù)酱渭壍呢?fù)載中，它本身既不消耗能量，也不儲存能量。次級的負(fù)載中，它本身既不消耗能量，也不儲存能量。012122211niuinuiuiup2 2、理想變壓器理想變壓器既不消耗能量，也不儲存能量，在既不消耗能量，也不儲存能量，在任一時刻進入理想變壓器的功率等于零，任一時刻進入理想變壓器的功率等于零，即即 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 253 3、當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻、當(dāng)理想變壓器次級端接一個電阻R R 時，從初時，從初級看的等效電阻為：級看的等效電阻為： 2iRn R 上式表明理想變壓器不僅可以變換電壓和電流，也可上式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。