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微型压电变压器的研究

作　者: 余厉阳
导　师: 王德苗
学　校: 浙江大学
专　业: 物理电子
关键词: 压电变压器 集总式等效电路 三参量法 薄膜压电变压器
分类号: TM411
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


压电变压器相对于传统的电磁变压器具有体积小、重量轻、升压比高、不易燃、无电磁污染等特点，较好的解决了电磁压电变压器体积大、电磁污染严重等缺陷，是电子信息系统中不可或缺的重要部件。 本文从基本的物理公式出发，建立了分析压电变压器的电学模型，并以此模型为基础，设计了薄膜压电变压器，制备并测试了其性能，为压电变压器的小型化做出了有益的探索。 本论文主要工作如下： 1)从传统的方法出发，建立了单层压电变压器的集总式等效电路图，给出了等效电感、电容与电阻的表达式。发现在相同的振动模式下，单层压电变压器的等效电感是相同质量压电振子的两倍； 2)以能量密度公式为基础，建立了压电变压器的三维集总式等效电路图。研究表明，任何压电变压器都可以用集总式等效电路模型来表达； 3)以压电变压器的集总式等效电路为基础，分析了压电变压器实际工作时的频率和电学性能，提出了可以简单清楚的表达压电变压器电学性能的三参量表达式，并验证了其正确性； 4)设计了薄膜压电变压器，研究了压电薄膜的成膜工艺，确定了薄膜压电变压器的制备工艺流程，并在此基础上成功制备了薄膜压电变压器，测试了其性能。 在所有的工作中，取得了如下几个较为突出的成果： 1)从能量密度公式出发，建立了能够反映压电变压器实际工作情况的三维集总式等效电路图，这在国内尚属首次； 2)建立了仅用机械品质因数(Q_m)、机电耦合因数(k)与输出端电学品质因数(Q_e)三个参量表示压电变压器电学性能的三参量法，并进行了验证，这在国内外都未曾见报道； 3)制备了薄膜压电变压器并测试了其性能，这在国内尚未见报道。

全文目录


第一章、文献综述  7-23
  §1-1、引言  7-8
  §1-2、压电物理理论  8-16
    §1-2-1、压电效应  8-11
    §1-2-2、压电材料  11-14
    §1-2-3、压电变压器的工作机理  14-16
  §1-3、压电变压器的研究现状  16-22
    §1-3-1、高压发生器  16-20
    §1-3-2、压电变流器  20-22
  §1-4、小结  22-23
第二章、压电变压器的理论分析  23-60
  §2-1、压电振子等效电路图的建立  23-30
    §2-1-1、横场效应等效电路的建立  23-27
    §2-1-2、纵场效应等效电路图的建立  27-30
  §2-2、压电变压器等效电路图的建立  30-37
    §2-2-1、单层压电变压器等效电路图的建立  30-33
    §2-2-2、叠层压电变压器分析  33-37
  §2-3、三维集总式等效电路设计  37-47
    §2-3-1、端口网络表示法  37-40
    §2-3-2、三维集总式等效电路的建立  40-45
    §2-3-3、三维集总式等效电路正确性的验证  45-47
  §2-4、等效电路频率特性的研究  47-53
    §2-4-1、三对特征频率  48-50
    §2-4-2、频率间的关系  50-51
    §2-4-3、负载对频率的影响  51-53
  §2-5、基于等效电路的三参量表示法  53-58
    §2-5-1、效率的三参量表示法  54-55
    §2-5-2、升压比的三参量表示法  55-57
    §2-5-3、输出功率的三参量表示法  57-58
  §2-6、小结  58-60
第三章、三参量法正确性的验证  60-79
  §3-1、实验方法  60-61
    §3-1-1、压电变压器基本参量测试方法  60-61
    §3-1-2、压电变压器电学性能测试方法  61
  §3-2、等效电感表达式正确性的验证  61-63
  §3-3、负载对特征频率影响的验证  63-64
  §3-4、三参量法正确性的验证  64-78
    §3-4-1、负载与尺寸对横横式变压器性能影响  64-69
    §3-4-2、负载与尺寸对纵纵式变压器性能影响  69-74
    §3-4-3、负载与尺寸对Rosen型变压器性能影响  74-78
  §3-5、小结  78-79
第四章、薄膜压电变压器的研究  79-100
  §4-1、薄膜压电变压器的模型设计  79-82
  §4-2、薄膜压电变压器的制备  82-96
    §4-2-1、实验方法  82-84
    §4-2-2、溅射气氛对薄膜的影响  84-89
    §4-2-3、衬底对薄膜的影响  89-92
    §4-2-4、后续热处理对薄膜的影响  92-94
    §4-2-5、薄膜压电变压器的制备  94-96
  §4-3、薄膜压电变压器性能测试  96-98
    §4-3-1、实验方法  96-98
    §4-3-2、性能测试  98
  §4-4、小结  98-100
第五章、总结  100-102
参考文献：  102-106
附录  106-108
致谢  108

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 电力变压器 > 油浸式电力变压器
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