大学电路分析基础（第三版）-付玉明-课件PPT
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第6章 二端口网络 6.1二端口网络的方程与参数6.2 二端口网络的连接与等效 、 第6章 二端口网络 6.1二端口网络的方程与参数6.2 二端口网络的连接与等效 、 二端口网络的概念。 二端口网络的方程（ 、 、 、 ）和 参数以及熟练地进行参数的计算。 对复杂二端口网络进行分解，计算其网络 参数。 理解二端口网络等效的概念，掌握二端口 网络等效的计算方法。 了解回转器及其作用。、【本章重点】【本章难点】 二端口网络的方程（ 、 、 、 ）和参数以及熟练 地进行参数的计算。 对复杂二端口网络进行分解，计算其 网络参数。 6.1二端口网络的方程与参数 6.1.1 二端口网络的Z方程和Z参数 Z方程是一组以二端口网络的电流İ1和İ2表征电压 和 的方程 。二端口网络以电流İ1和İ2作为独立变量，电压 和 作为待求量，根据置换定理，二端口网络端口的外部电路总是可以用电流源替代，如图6-1(a)所示，替代后网络是线性的，可按照叠加定理，将图6-1(a) 所示的网络，分解成仅含单个电流源的网络，如图6-1(b)、(c)所示。端口电压 和 是电流İ1、İ2单独作用时所产生的电压之和，即 图6-1 二端口网络的Z参数 上式还可以写成如下的矩阵形式： 如果二端口网络中的电流İ2和İ1相等，所产生的开路电压 和 也相等时，Z12 = Z21，该网络具有互易性，则网络成为互易网络。如果该网络还具有Z11 = Z22 的点，则网络称为对称的二端口网络。 Z11是输出端开路时，输入端的入端阻抗； Z21是输出端开路时，输出端 对输入端的转移阻抗； Z12是输入端开路时，输入端对输出端的转移阻抗；Z22是输入端开路时，输出端的入端阻抗。 Z参数的确定可通过输入端口、输出端口开路测量或计算确定： 例6-1 求图 6-2所示二端口网络的开路阻抗矩阵Z。 图 6-2 例1图解 首先求二端口网络的开路阻抗参数（Z参数）。令 二端口网络的输出端口开路，则İ2 = 0，由图 6-2可得: 所以 令二端口网络的输入端口开路，则 İ1 = 0，由图 6-2可知: 故二端口网络的开路阻抗矩阵Z为所以 图6-3 二端口网络的Y参数 6.1.2 二端口网络的Y方程和Y参数 Y方程是一组以二端口网络的电压 和 表征电流İ1和İ2的方程 。二端口网络以电压 和 作为独立变量，电流İ1和İ2为待求量，仍采用上节的分析方法，根据置换定理，将二端口网络端口的外部电路用电压源替代，如图6-3(a)所示。 按照叠加定理，将图6-3(a)所示的网络，分解成仅含单个电压源的网络，如图6-3(b)、(c)所示，端口电流 İ1和 İ2 是电压 和 单独作用时所产生的电流之和，即 上式称为二端口网络的Y参数方程，其矩阵形式为 Y参数的确定可通过输入端口、输出端口短路测量或计算确定。Y11是输出端短路时，输入端的入端导纳；Y21是输出端短路时，输出端对输入端的转移导纳；Y12是输入端短路时，输入端对输出端的转移导纳；Y22是输入端短路时，输出端的入端导纳。 Y参数也可由其它参数转换而定。例如当Z参数已知时，由Z参数方程可知对以上方程求逆，即可得Y参数方程 当Y21=Y12时，二端口网络具有互易性；如果该网络还具有Y11 = Y22的特点，则二端口网络是对称的。6.1.3 二端口网络的T方程和T参数 T方程是一组以二端口网络的输出端口电压 和电流 表征入口电压 和电流İ1的方程 ，二端口网络以 和İ2作为独立变量， 、İ1为待求量。由Y参数方程可知 :则 则 上式称为二端口网络的T参数方程 。A、B、C、D称为二端口网络的T参数，其中A、D无量纲；B具有阻抗性质，量纲为欧姆；C具有导纳的性质，量纲为西门子。令 由于 、İ2是二端口网络出口一侧的物理量， 、İ1是二端口网络入口一侧的物理量，所以又称为传输参数方程，也叫一般传输方程。T参数方程的矩阵形式为: T参数可以通过两个端口的开路和短路两种状态分析计算或测量获得： A 是输出端开路时，输入电压与输出电压的值； C是输出端开路时，输入端对输出端的转移导纳； B是输出端短路时，输入 端对输出端的转移阻抗； D是输出端短路时，输入电流与输出电流的比值。 对于互易二端口网络，A D B C = 1；如果二端口网络是对称的，则还有A = D。例6-2 试求图6-4所示二端口网络的T参数，并验证关系式：AD BC = 1。图6-4 例2 图 解：当二端口网络输出端口开路时，İ2 = 0 ，有所以令二端口网络输出端口短路， =0，有 所以故 H方程是一组以二端口网络的端口电流İ1和电压 表征电压 和电流İ2的方程，即以İ1和另一端口的电压 为独立变量， 和另一端口电流İ2作为待求量，方程的结构为: 上式称为二端口网络的H参数方程。系数 H11、H12、H21、H22称为二端口网络的H参数，其中H12、H21无量纲；H11具有阻抗性质，量纲为欧姆；H22具有导纳的性质，量纲为西门子。6.1.4 二端口网络的H方程和H参数 由于H参数的量纲不完全相同，物理量具有混合之意，故也称为混合参数方程。 H参数其矩阵形式为:其中 H参数可以通过二端口网络的出口短路和入口开路来分析计算或测量来确定。 H11是输出端短路时，输入端的入端阻抗。在晶体管电路中称为晶体管的输入电阻；H12是 输入端开路时，输入与输出端的电压之比。在晶体管电路中称为晶体管的内部电压反馈系数或反向电压传输比； H21是输出端短路时，输出端与输入端电流之比。在晶体管电路中称为晶体管的电流放大倍数或电流增益。 H22输入端开路时，输出端的入端导纳。在晶体管电路中称为晶体管的输出电导。 6.2 二端口网络的连接与等效 二端口网络的连接指的是各子二端口网络之间的连接及连接方式。二端口网络的连接方式很多，基本的连接方式有三种：串联连接、并联连接及级联。 两个或两个以上二端口网络的对应端口分别作串联连接称为二端口网络的串联，如图6-5所示。6.2.1 二端口网络的串联图 6-5 二端口网络串联 根据基尔霍夫电压定理，图6-5串联的二端口网络的端口电压为 其矩阵形式为 串联时参数的计算，采用Z参数方便。二端口网络NA、NB的Z参数方程的矩阵形式为 串联时，通过各二端口网络对应端口的是同一个电流，即 所以其中Z=ZA+ZB 即两个二端口网络串联的等效Z参数矩阵等于各二端口网络的矩阵ZA和ZB之和。同理，当n个二端口网络串联时，则复合后的二端口网络Z参数矩阵为 Z = Z1 + Z2 + Z3 + + Zn 例6-3 对于图6-6(a)所示二端口网络，用并联的方法， 选择一种合适参数 ，求出该网络的这种参数矩阵。图6-6 例3 图 解：将图6-6(a)所示二端口网络分解成图6-6(b)所示的 型二端口网络和单个元件二端口网络的并联,，选用 Z参数计算较方便。 对于型二端口网络，当二端口网络的输出端口短路时，则 İ2=0 ,由图6-6(b)可得 所以因为 , 型二端口网络是对称的，所以故型二端口网络 参数矩阵为 对于单个元件的二端口网络，很容易得到以下的结果故单个元件二端口网络 参数矩阵为 则图6-6 (b)所示二端口网络的参数矩阵为:6.2.2 二端口网络的并联 两个或两个以上二端口网络的对应端口分别作并联连接称为二端口网络的并联，如图6-7所示。二端口网络并联时参数的计算，采用Y参数方便。 图6-7 二端口网络并联 据基尔霍夫电流定理，并联二端口网络的电流为 ：其矩阵形式为 ：二端口网络NA、NB的Y参数方程的矩阵形式为 并联后，各二端口网络对应端口的电压相同，即：所以 其中 即两个二端口网络并联的等效Y参数矩阵等于各二端口网络的矩阵YA和YB之和。 同理，当n个 二端口网络并联时，则复合后的二端口网络Y参数矩阵为： 6.2.3 二端口网络的级联 设有两个或两个以上二端口网络，上一级二端口网络的输出端口与下一级二端口网络的输入端口作对应的连接，称为二端口网络的级联，如图6-8所示。级联时，二端口网络参数的计算，采用T参数方便。图6-8 二端口网络的级联 二端口网络NA、NB的T参数方程的矩阵形式分别为： 由图6-8可知，二端口网络级联后又因为二端口网络级联后所以有其 中 ：T = T A TB 即两个二端口网络级联的等效T参数矩阵等于各二端口网络的矩阵TA和TB之积。 同理，当n个二端口网络级联时，则复合后的二端网络T参数矩阵为 即 任何一个线性二端网络都可以等效，若是无源的，无论多复杂，都可以用一个等效阻抗来替代，用其等效阻抗来表征它的外部特征；而有源的 ，则可用戴维南定理或诺顿定理进行电路的等效，用电流源或电压及等效电阻的组合来替代。任何给定的无源线性二端口网络，也可以用一个简单的二端口网络来替代，这个简单的二端口网络的各参数与给定的的二端口网络相等，则这两个二端口网络的外部特性也就完全相等，即它们是等效的。 6.2.4 二端口网络的等效 由三个阻抗（或导纳）元件构成的二端口网络只有两种形式：一种是型二端口网络；另一种是型二端口网络，如图6-9所示。图6-9 二端口网络的等效电路 已给定二端口网络的Y参数，确定图6-9(a)二端口网络型等效电路中的Y1、Y2 、Y3 的值，可先写出型等效电路的节点电压方程 而原二端口网络的Y参数方程为：比较以上两组方程，可知对上述三方程求解，得 如果给定二端口网络的是Z参数，确定图6-9(b)二端口网络T型等效电路中的Z1、Z2 、Z3 的值，可先写出型等效电路的回路电流方程: 而原二端口网络的Z参数方程为 无源线性二端口网络中Z12 = Z21 ，将上式进行整理成： 将上式与型等效电路的回路电流方程进行比较，可得参数 对于电气对称的二端口网络，Y11 =Y22 、Z11 = Z22 ，则它的型等效电路或型等效电路也一定是对称的，故有 Y1 = Y3、Z1 = Z3 。 其型等效电路的三个元件的阻抗参数为 如二端口网络已知的是T参数，其型等效电路的三个元件的导纳参数为6.3 回转器 回转器也是一个非常重要的二端口网络，它是一种线性非互易的多端元件，由运放和电阻元件构成。其图形符号如图6-10所示.图6-10 回转器电路符号 式中， 称为回转电阻， 称为回转电导， ， 和 简称为回转常数。其端口电压、电流满足以下关系式:回转器电压、电流关系式可写为参数方程 由上述端口方程可知， 回转器有把一个端口上的电流“回转”为另一端口上的电压、或相反过程的性质。正是这一性质，使回转器具有把一个电容“回转”为一个电感的本领，这在微电子器中为易于集成的电容实现难以集成的电感提供可能。第6章 小 结 具有输入、输出两对端纽，且从端口的一个端纽流入的电流就是从该端口另一端纽流出的电流的四端网络，称为二端口网络或双口网络。1. 二端口网络的概念二端口网络方程、参数及参数的计算见表6-
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