01 理想变压器

一、变压器

  变压器在电子线路中具有重要的功能。 比如进行电压的升高和降低。  利用它的电压变化， 实现电路输出阻抗的匹配， 在电子线路中， 也会在不同交流放大电路中进行信号的耦合。  通常情况下， 我们所使用的变压器都具有一些缺陷， 比如具有寄生的电容、 漏磁、线路损耗等等， 这就使得变压器的输入输出之间的功率有损失。  对于理想变压器来讲， 它的输入输出之间的功率是相同的。 在 LTspice软件中， 有一个有趣的理想变压器的仿真电路， 下面让我们初步对该电路进行测试一下。

二、LTspice仿真

  这是LTspice给出的一个仿真示例。 构建了 一个理想变压器模型。  从中间来看， 该电路关于中心是对称的。 它包括有四个可控电流源。  通过一种特别奇怪的方式连接在一起。 左右两边的一对电流源， 似乎是构成了电压负反馈。 具体的功能现在还不太清楚。  右边两个电流源的传递比例参数 为 N 对应变压器的变压比。 图中设置 N=4。  左边电流源的比例参数为1.  

  电路中，  输入电压从左边输入，  电能从右边输出。 负载为 100欧姆。  输入回路中的这个 0.1 欧姆的电阻， 主要是用来观测输入回路中的电流。   它不能够设置为 0。   下面观察一下仿真结果。

  首先，  观察一下输入电压与输出电压之间的关系。  这个变压比是4， 现在还不清楚是输出比输入为4:1， 还是输出比输入为4:1 。  仿真结果来看，  蓝色的是输入信号，  绿色是输出信号。  可以看到， 输入比输出信号大了四倍， 而且他们之间是反相的。  后面再对该电路的原理进行分析。

三、电流波形

  下面，  对于电路中的电流进行观察。  测试一下输入和输出电流之间的关系。  仿真结果显示，  输入电流与输出电流之间也是反相的。  并且， 输入电流比输出电流小了四倍。 这说明， 该变压器的输入功率等于输出功率。 的确， 这反映了该变压器是一个理想变压器。

  在电路中间，  有一个公共的电阻， R2， 他的电阻非常大， 为 1G 欧姆。这说明流过该电阻的电流非常小。  上面两个电流源的输入端是高阻， 不会流出电流。    由此， 我们可以推断， 左边的电流源与右边的电流源之间的电流应该是大小相等， 方向相反，  这也就解释了， 为什么左右输入的电压电流是反相的原因了。  下面， 我们观察一下， 中间这个电阻上的电压波形。  看一下他的大小。  仿真结果显示， 这个电压与输入电压是同相的。  但是幅度非常小， 相比于输入电压来讲， 这个幅值大约只有 0.1V。  由此可见，  左边的电流源输出的电流应该等于右边电流源的电流。  这两个电流是反相的， 大小相等，  幅值大约为 160安排。

※ 总  结 ※

  本文初步观察了 LTspice中的理想变压器仿真电路。 对于他的输入输出电压进行测量。  那么问题来了， 这个仿真电路究竟工作原理是什么呢？ 后面有时间再进行分析吧。