变压器的作用及原理
电压比较器原理分析
目录
第一章绪论2
第二章电压比较器原理图2
第三章电压比较器工作原理及应用3
3.1什么是电压比较器4
3.2电压比较器的工作原理5
3.3比较器与运放的差别6
第四章比较器典型应用电路分析7
4.1散热风扇自动控制电路7
4.2窗口比较器10
参考文献11
第一章绪论
电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。本文主要讲述各种电压比较器及其对应的应用电路，讲述各种电压比较器的特点及其电压传输特性，同时阐述电压比较器的组成特点和分析方法。
电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？下面我给大家介绍一下，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。
图1
图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压ui加在反相的输入端。
第二章电压比较器原理图
电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。因此，可用电压比较器作为模拟电路和数字电路的接口电路。集成电压比较器虽然比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小，但其响应速度快，传输延迟时间短，而且一般不需要加限幅电路就可以直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力强，还可以直接驱动继电器和指示灯。
按一个器件上所含有电压比较器的个数，可分为单、双和四电压比较器；按功能，可分为通用性高速型低功耗型低电压型和高精度型电压比较器；按输出方式，可分为
普通集电极（或漏极）开路输出或互补输出三种情况。集电极（或漏极）开路输出电压必须在输出端接一个电阻至电源，若一个为高电平，则另一个必为低电平。
此外，还有的集成电压比较器带有选通断，用来控制电路是处于工作状态，还是处于禁止状态。所谓工作状态，是指点乱编电压传输特性工作；所谓禁止状态，是指电路不按电压传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。
下面是对具体电压比较器的功能电路分析：(a)电路图1传输特性当ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即uO＝UZ
当ui＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即uo＝－UD
因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图3－1(b)为(a)图比较器的传输特性。
常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口（双限）电压比较器。LM339常用来构成各种电压比较器
集成电压比较器简介：
作用：可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。
应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。
特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯。
第三章电压比较器工作原理及应用
电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。
3.1什么是电压比较器简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”
端及反相输入端“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VAVB；在t1～t2时，VBVA；在t2～t3时，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图1所示：VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。
图1
如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。
图2是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VBVA时，Vout输出饱和负电压。
图2
如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3所示，它一般用作过零检测。
3.2电压比较器的工作原理比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。
图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
图4
从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。
同相放大器电路如图5所示。如果图5中RF=∞，R1=0时，它就变成与图3(b)一样的比较器电路了。图5中的Vin相当于图3(b)中的VA。
图5
3.3比较器与运放的差别运放可以做比较器电路，但性能较好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高(使比较器响应速度更快)。另外，比较器的输出级常用集电极开路结构，如图6所示，它外部需要接一个上拉电阻或者直接驱动不同电源电压的负载，应用上更加灵活。但也有一些比较器为互补输出，无需上拉电阻。
图6
这里顺便要指出的是，比较器电路本身也有技术指标要求，如精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等，大部分参数与运放的参数相同。在要求不高时可采用通用运放来作比较器电路。如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路。
由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数(电特性参数)与运放的参数项基本一样(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。
第四章比较器典型应用电路分析
这里举两个简单的比较器电路为例来说明其应用。
4.1散热风扇自动控制电路为了更好地控制风扇，以使风扇能够良好的工作，需达到以下两个要求
一：总冷却需求
首先必须了解三个关键因素以得到总冷却需求：
必须转换的热量(即温差DT)
抵消转换热量的瓦特数(W)
移除热量所需的风量(CFM)
总冷却需求对于有效地运作系统甚为重要。有效率的系统运作必须提供理想的运作条件，使所有系统内的组件均能发挥最大的功能与最长的使用年限。
下列几个方式，可用来选择一般用的风扇马达：
1.算出设备内部产生的热量。
2.决定设备内部所能允许的温度上升范围。
3.从方程式计算所需的风量。
4.估计设备用的系统阻抗。
5.根据目录的特性曲线或规格书来选择所需的风扇。
如果已知系统设备内部散热量与允许的总温度上升量，可得到冷却设备所需的风量。
以下为基本的热转换方程式：
H=Cp×W×△T
其中
H=热转换量
Cp=空气比热
△T=设备内上升的温度
W=流动空气重量
我们已知W=CFM×D
其中D=空气密度
经由代换后，我们得到:
再由转换因子(conversionfactors)与代入海平面空气的比热与密度，可得到以下的散热方程式：
CFM=3160×千瓦／△℉
然后得到下列方程式：
其中
Q：冷却所需的风量
P：设备内部散热量(即设备消耗的电功率)
Tf：允许内部温升(华氏)
Tc：允许内部温升(摄氏)
DT=DT1与DT2之温差
温升与所需风量之换算表
KWhDTDT℃℉
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5090
18
35
53
70
88
105
123
141
158
176
4581
20
39
59
78
98
117
137
156
176
195
4072
22
44
66
88
110
132
154
176
195
220
3563
25
50
75
100
125
151
176
201
226
251
3054
29
59
88
117
146
176
205
234
264
293
2545
35
75
105
141
176
211
246
281
316
351
2036
44
88
132
176
220
264
308
351
396
439
1527
59
117
176
234
293
351
410
469
527
586
1018
88
176
264
351
439
527
615
704
791
879
59
176
351
527
704
879
1055
1230
1406
1582
1758
例一：设备内部消耗电功率为500瓦，温差为华氏20度，下列为其计算结果：
或
例二：设备内部消耗电功率为500瓦，温差为摄氏10度：
或
二：全部系统阻抗／系统特性曲线
空气流动时，气流在其流动路径会遇上系统内部零件的阻扰，其阻抗会限制空气自由流通。压力的变化即测量到的静压，以英吋水柱表示。
为了确认每一槽排(slot)之冷却瓦特数，系统设计或制造厂商不但必须有风扇的有效风扇特性曲线以决定其最大风量，而且必须知道系统的风阻曲线。系统内部的零件会造成风压的损失。此损失因风量而变化，即所谓的系统阻抗。
系统特性曲线之定义如下：
DP=KQn
其中K=系统特定系数
Q=风量(立方呎)
n=扰流因素，1n2
平层气流时，n=1
乱流气流时，n=2
一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高，一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作。这里介绍一种极简单的温度控制电路，如图7所示。负温度系数(NTC)热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上的温度要比器件的温度略低一些)，当5V电压加在RT及R1电阻上时，在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时，则热敏电阻RT的阻值下降，使VA上升。RT的温度特性如图8所示。它的电阻与温度变化曲线虽然线性度并不好，但是它是单值函数(即温度一定时，其阻值也是一定的单值)。如果我们设定在80℃时应接通散热风扇，这80℃即设定的阈值温度TTH，在特性曲线上可找到在80℃时对应的RT的阻值。R1的阻值是不变的(它安装在电路板上，在环境温度变化不大时可认为R1值不变)，则可以计算出在80℃时的VA值。
图7图8
R2与RP组成分压器，当5V电源电压是稳定电压时(电压稳定性较好)，调节RP可以改变VB的电压(电位器中心头的电压值)。VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。
设计时希望散热片上的温度一旦超过80℃时接通散热风扇实现散热，则VTH的值应等于80℃时的K值。一旦VAVTH，则比较器输出低电平，继电器K吸合，散热风扇(直流电机)得电工作，使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。这里要说清楚的是在VA开始大于VTH时，风扇工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时问才能把
温度降到80度以下。
图9
从图7可看出，要改变阈值温度TTH十分方便，只要相应地改变VTH值即可。VTH值增大，TTH增大；反之亦然，调整十分方便。只要RT确定，RT的温度特性确定，则R1、R2、RP可方便求出(设流过RT、R1及R2、RP的电流各为0.1～0.5)。
4.2窗口比较器窗口比较器常用两个比较器组成(双比较器)，它有两个阈值电压VTHH(高阈值电压)及VTHL(低阈值电压)，与VTHH及VTHL比较的电压VA输入两个比较器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout输出高电平；若VAVTHL，VAVTHH，则Vout输出低电平，如图10所示。图10是一个冰箱报警器电路。冰箱正常工作温度设为0～5℃，(0℃到5℃是一个“窗口”)，在此温度范围时比较器输出高电平(表示温度正常)；若冰箱温度低于0V或高于5℃，则比较器输出低电平，此低电平信号电压输入微控制器(μC)作报警信号。
图10
其中，将热敏电阻转换成具有温度特性的电阻功能，即将非电量转换成电量之间的转换关系可用如下公式：
Ua=r1/r2+Ra,Ra为热敏电阻的阻值；
温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知RT在0℃时阻值为333.1kΩ；5℃时阻值为258.3kΩ，则按1.5V工作电压及流过R1、RT的电流约1.5uA，可求出R1的值。R1的值确定后，可计算出0℃时的VA值为0.5V(按图10中R1=665kΩ时)，5℃时的VA值为0.42V，则VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若设R2=665kΩ，则按图11，可求出流过R2、R3、R4电阻的电流I=(1.5V-0.5V)/665kΩ=0.0015，按R4×I/=0.42V，可求出R4=280kΩ再按0.5V=(R3+R4)0.0015，
则可求出R3=53.3kΩ。
图11
本例中两个比较器采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017，无需外接上拉电阻。
参考文献
【1】郭宗光刘宇，《模拟电子技术》，北京航空航天大学出版社，2011.5
【2】青海师范大学学报（自然科学版），2006第二期
【3】模拟电子技术基础，高等教育出版社，2006年5月
【4】马文蔚周雨青编，物理学教程，高等教出版社
【5】《电气电子教学学报》2011年4月
《变压器为什么能改变电压》观有感
20**年12月4日，在xx中学听了中国高中六校联盟六所高中学校的六节课 ，下面就xx中学孙xx老师的《变压器为什么能改变电压》简单谈谈：
孙xx老师对《变压器为什么能改变电压》教材研究透彻、课前准备充分，整节课教学流畅，师生互动氛围和谐，是一节很好的公开课。下面就本节课从教学设计、教师实施过程、教学技能等三方面简单谈谈我个人的看法。
一、教学设计方面
本节课设计完整、结构紧凑、逻辑严谨，教学目标明确，重点突出，并能够有效突破难点。在目标的达成上，孙xx老师以实验为基础，通过设计实验、观察、测量、归纳得到原副线圈两端的电压与匝数的关系，实现了对学生实验设计能力、发散思维能力、概括能力和分析推理能力的培养，使学生认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的一种重要方法，突出了本节课的教学重点。在本节课难点（变压器的工作原理）的突破上，孙老师通过学生实验，让学生展示各组实验得到的结论，通过对电磁感应定律、自感、互感等回顾，按照学生发展层层递进，学生接受顺理成章，有效突破。
二、教学实施过程
在新课的引入中，孙老师通过让学生观看实物激起了学生的学习兴趣，然后通过复习法拉第电磁感应定律，推到原副线圈的电压与匝数的关系，应用了自感的原理，用实验验证变压器变压的规律。整节课结构严谨，层次分明，“提出问题——猜测与假设——设计实验——分析论证——得到结论”探究环环相扣，让学生学到的不仅仅是物理知识，更重要的是领会了科学探究的方法，真正培养了学生的探究精神和创新意识。本节课在师生互动方面也做得很好，比如在做小实验时，引导学生一起进行实验探究等，充分体现了学生的主体作用。
三、教学技能运用
孙xx老师在本堂课上运用了多种教学资源，包括图片、实物展示、各种实验器材、传感器、PPT等娴熟运用，实现全班52位同学同时上网学习，提交作业，教师利用手中的平板可以关注的所有学生的学习，并且及时了解学生对知识的掌握情况，有效促进了教学有序的展开、提高了课堂教学的有效性，充分展示了孙老师很强的课堂教学技能。
综述上面几点，我觉得孙xx老师这节课是一节比较精彩的好课，很值得我们同行学习。
变压器老难题
我搬到蛟翔巷以来，一个大难题特别突出，那就是我家门口这个变压器老是出问题。这个变压器是一个老东西了，它大概已经在这里站了10来年了，表面因为风吹雨打布满了厚厚的铁锈。
这不，上周这个变压器又出了一次问题。这天，我们一家人正在看电视，只听见“啪、啪、啪”几声，我们都没有注意。过了一会儿，我去厕所，一开灯边发现不对劲：灯比平时暗了许多。
我赶紧告诉爸爸。爸爸听了，又去看开了一下我房间的日光灯，日光灯不亮，却一直闪个不停。爸爸说：“电压不够了。”她去告诉妈妈，妈妈说:“我刚才好像看见窗外有闪光。”爸爸说:“一定是变压器又坏了。”我们便关了电视，我也只好去学习了。后来有些人家没有电了，便叫来了电业局的人来修，差点我第二天就没有电脑玩了。
第二天，邻居们聚在一起，一个个心惊胆战。有的说:“吓死我了，我还以为被雷劈了呢。”有的说:“还好，没有爆炸，不然就麻烦了……”
去年暑假，变压器附近的电线烧起来了，自然也就停电了，邻居们自己拿来了灭火器来灭火。电业局的人又来修。邻居们又聚在一起。有的说:“太危险了，还好没有烧到人。”有的说:“还好火不大，我们自己还可以灭……”
可好景不长，过几天它又坏了。这次因为用电负荷太大，整个变压器都烧起来了，实在灭不了火，只好请来了消防队来灭火。电业局的人把整个变压器都换掉了。居民们都十分愤怒，“这个变压器是怎么会事啊，三天两头出问题，是不是劣质产品啊!”“对啊，要是引起了大火灾可怎么办啊？！”
我真希望电业局的人赶快来帮我们彻底搞定这个难题，好让我们安心地住在这里。
电源变压器比较及制作问题
一、变压器的制作中,线圈的机器绕制和手工绕制各有什么优缺点
机器绕制变压器的优点是效率高且外观成形漂亮,但绕制高个子小洞眼的环型变压器却比较麻烦,而且在绝缘处理工艺的可靠性方面反不如手工绕制到位。手工绕制可以将变压器的漏磁做得非常小,其在绕制过程中能针对线圈匝数的布局随时予以调整,所以真正的Hi–END变压器一定是纯手工绕制,纯手工绕制的唯一缺点是效率低、速度慢。
二、环型、EI型、R型、C型几种电源变压器哪一种最好
它们各有其优缺点而不存在谁最好之说,所以严格来讲哪一种变压器都可以做得最好。从结构上来讲,环型能够做到漏磁最小,但声音听感方面EI型则可以把中频密度感做得更好一些。单就磁饱和而言,EI型要比环型强,但在效率上则环型又优于EI型。尽管如此,其问题的关键还是在于你能不能扬长避短而将它们各自的优点充分发挥出来,而这才是做好变压器的最根本。
目前的进口放大器中,环型变压器的应用仍然是主流,这基本说明了一个问题。发烧友对变压器的*价要客观公正,你不能拿一个没做好的东西作参考而说它不好。有人说环型变压器容易磁饱和,那你为什么不去想办法把它做到不容易磁饱和?而原本通过技术手段是可以做到这一点的。不下足功夫或者一味地为了省成本,那它当然就容易磁饱和了。同理,只要你认真制作,EI型变压器的效率也是能做到很高的。
变压器的品质好坏对声音的影响很大,因为变压器的传输能量与铁芯、线圈密切关联,其传递速率对声音的影响起决定性作用。像EI型变压器,人们通常觉得它的中频比较厚,高频则比较纤细,为什么呢?因为它的传输速度相对比较慢。而环型呢?低频比较猛,中高频则又稍弱一点,为什么?因为它传输速度比较快,但是如果通过有效的结构改变,你就可以把环型和EI型都做得非常完美,所以关键还是要看你怎么做。
不过至少可以肯定一点的是,R型变压器不是太容易做好。用它来做小电流的前级功放和CD唱机电源还可以,如果用来做后级功放的电源,则有比较严重的缺陷。因为R型变压器本身的结构形式不太容易改变,而环型和EI型则相对容易通过改变结构来达到靓声目的。采用R型变压器制作的功率放大器电源,通常声音很板结而匮乏灵气,低频往往没有弹跳力而显得较硬。
三、变压器铁芯的硅钢片含硅量越大就越好吗
未见得,矽钢片含硅量的大小对变压器的质量影响不是很大,而有取向和无取向则和铁芯的型号有关系。其次,即使是同样型号的铁芯如果你工艺处理不好,那品质差别也是很大的,其差别有时甚至高达百分之四五十。
好的铁芯而同样的材料其热处理和线卷绕制工艺十分关键,良好的热处理只需很小的10激磁电流就能达到15000高斯,而不好的热处理则可能要50的激磁电流才能达到相应的15000高斯,这二者之间的悬殊差别是很大的。从专业的角度来判断铁芯的好与不好,
主要是通过激磁电流、铁损耗、饱和参数几项指标来进行综合性*价。
四、环型变压器的带式硅钢片若采用了拼接工艺,是不是就意味着品质肯定不好
还不能一概而论,但是拼接的断位头不易太多,因为多一个断位就多了一个漏磁点,所以接头点最好不要超过2–3个。制作工艺上凡断头拼接均要予先经过酸洗处理,但制造高档音响器材的环型变压器,严格来讲还是采用无拼接的矽钢片为最好,其工艺质量会更有保障。
五、变压器中的硅钢片材料有什么讲究
由于硅钢在交变磁场中的损耗很小,所以变压器主要都是采用硅钢片来作磁性材料。硅钢片可分为热轧和冷轧两类,冷轧硅钢带由于具有较高的导磁系数和较低的损耗,因此用来制作变压器具有体积小、重量轻、效率高的优势。热轧硅钢带的性能则略逊色于冷轧硅钢带。
普通的EI型变压器是将硅钢板冲制成0.35–0.5厚的E型和I型片子,经过热处理后再插入绕组线包内,这类铁芯以使用热轧硅钢片居多(含硅量很高的优质硅钢片型号为D41、D42、D43、D301)。环型和C型变压器的铁芯则是采用冷轧硅钢带经卷绕而成形,其中C型变压器系经热处理浸漆后再切开制成。
变压器的漏电感是由未穿过初、次级线圈的磁通产生的,这些磁通穿过空气而自成闭合磁路。增强变压器初、次级间的耦合密度可以减小漏感。良好的变压器其漏感应不超过初级线圈电感的1/100,高保真Hi–Fi用的胆机输出变压器则不应超过1/500。
变压器报告
·对行业内相关的专家、厂商、渠道商、业务（销售）人员及客户进行访谈，获取最新的一手市场资料；
·中国报告库对100v隔离变压器行业长期监测采集的数据资料；
·行业协会、国家统计局、海关总署、国家发改委、工商总局等政府部门和官方机构的数据与资料；
·100v隔离变压器行业公开信息；
·100v隔离变压器业内企业及上、下游企业的季报、年报和其它公开信息；
·各类中英文期刊数据库、图书馆、科研院所、高等院校的文献资料；
·行业资深专家公开发表的观点；
·对行业的重要数据指标进行连续性对比，反映行业发展趋势；
·通过专家咨询、小组讨论、桌面研究等方法对核心数据和观点进行反复论证。
中国100v隔离变压器行业投资价值分析报告是专门针对投资机构，按需定制的调查研究报告，报告以官方统计数据和实地调研为基础，通过对100v隔离变压器行业的概况、供给、需求、上游、用户、营销、竞争、盈利能力和重点企业等核心内容的详细研究，揭示100v隔离变压器行业的投资风险和进入/退出壁垒，判断100v隔离变压器行业的投资机会，并给出最终的投资建议。
