简 介： 本文介绍了在LTspice中构建理想变压器模型的仿真电路及其工作原理。通过两个可控恒流源（G1和G2）的电压控制比率，实现了输入输出电压的比值（N:1）和输入输出电流的比值（1:N），从而保证了输入输出功率相同。文章还分析了电路中电阻R2的作用，指出其阻值越大越有利于维持电压比值，并探讨了电路中无关电流的存在。通过仿真验证了电路的正常工作，并解释了各元件在电路中的功能。

关键词： 理想变压器，工作原理

• LTspice中的理想变压器模型

01 理想变压器

一、LTspice仿真

  这是今天下午看到的LTspice中的理想变压器的仿真电路。  电路中， 电源从左边输入到电路网络。 从右边输出到电阻负载。  输入电流通过G3对应的可控恒流源，  输出电流通过G4对应的可控恒流源。  由于两个恒流源的控制电压连接在一起， 是相同的。  左边的恒流源控制参数为1， 右边的恒流源控制参数为N，  所以左边与右边对应的电流之比为 1:N。  

  再考察中间这个节点， 下面电阻R2的阻值非常大， 可以认为下边断开，  同样， 上面是两个恒流源的控制端口， 也是断开的。  由此可以知道， 电流源G1和G2的输入输出电流是相同的。  再根据它们各自的电压控制比率分别是1和N，  由此，可以知道它们对应的两个控制端口的电压之比为 N:1， 这也反映了这个电路的输入输出电压的比值。 由此， 我们可以看到， 该电路的输入电功率与输出电功率是相同的。

二、两个电阻

  对于仿真电路中，  有兩個电阻很奇怪。 Rin 似乎对于电路功能没有什么作用。 R2 似乎也不应该存在。  下面将 R1 修改为 0。 看一下仿真结果，  可以看到仿真结果是正常的，  只是， 现在Rin的阻值 为0， 无法观察到流过Rin的电流大小了。  下面，  将R2 从电路中断开。  继续进行仿真，  仿真结果出现错误。   标明， 电路中间的节点不能够悬浮。 好吧， 下面将这两个电阻在电路中的功能。

三、功能分析

  分析输入信号对于电路各节点的影响。  当输入电压升高， 使得电流源G1输出等比例的电流。  这个电流会在R2上产生升高的电压，  这个电压使得G41输出电流， 并在负载电阻上产生电压。  这个電壓使得电流源G2产生反向的电流，  从而使得G1的电流流向G2， 這就使得恆流源G1的輸出電流找到了流出的通路。 由于R2的电阻很大， 對於G1輸出電流影響很小，  所以 G1输出的电流大小为 V1， G2流入的电流也是 V1，  进而要求G2的控制电压为 V1除以N。 这个电压会在负载电阻上产生电流，  这个电流大小等于输出电压除以负载电阻。  这个电流 是由电流源G4产生的， 由此，  我们可以得到G4的控制电压的大小，  等于V1除以1600。  根据输入电压峰值为 170V。  所以G4控制电压大小为 106mV左右。  观察仿真结果，  可以看到的确中间节点的电压峰值在 106mV左右。

  两个电流源 G3，G4的控制电压是相同的，  因此， 它们流过的电流，  就应该与它们各自电压控制系数成正比。  电路的输出电流，  与电路的输入电流之间的比值，  等于 1：N。 这与输入输出电压之间的比值是相反的。 由此构成了理想变压器的输入输出功率相同。

※ 无用的电流 ※

  经过前面的思考， 我们大体理解了这个电路的功能。  输入输出电压之间的比值，  取决于下面两个电流源的电压控制系数的比值。  输出电压的形成， 实际上收到了电流源 G41 进行反馈而维持的电流平衡， 进而使得输出电压与输入电压的比值。 在这个过程中， 电阻R2 可以取越大越好， 如果R2的取值小了， 这会影响输入输出之间的电压比值。  输入输出电流，  取决于上面两个电流源的电压控制系数。  电路中， 除了输入输出电压之外，  还有一个流过G1，G2的电流， 这个电流与电路本身的输入输出电流没有任何关系。  只是 於输入电压成正比， 这个比例系数与G1的电压控制系数有关系。

■ 相关文献链接:

• LTspice中的理想变压器模型-CSDN博客