电路理论课程教案-实验十三 双口网络的特性研究

实验十三双口网络的特性研究一、实验目的1双口网络的表达方法及其互易条件。2掌握晶体管放大器直流工作点的调节方法和交流等效电路的概念。3掌握参数的测量。H4掌握，对放大器性能的影响和放大器输入电阻、输出电阻、电压放1H212H大倍数的测量方法。二、实验原理一个网络N，具有一个输入端口和一个输出端口，网络由集总、线性、时不变元件构成，其内部不含有独立电源可以含有受控源和初始条件为零，称为双口网络，如图131所示。图131因为电压、电流容易测量，且根据端口特性的不同，有的端口只能是压控，有的端口只能是流控，有的端口既是压控又是流控。因此，一般而言，用不同的激励来表示响应有如下一些表达式1阻抗参数SZ2121SZU12121SI互易条件2112SZ2导纳参数Y211YI221U互易条件Y123混合参数SH21HIU321UI互易条件2112H混合参数的另一种表达方式为211GUI421IU互易条件211G4传输参数CAI152IUDB互易条件1BCAD传输参数的另一表达方法为2AIU61I互易条件是1CBA常用的是式1，2，3和5这四种，一个双口网络根据给定的条件的不同，会采用不同的参数表示双口，如主要用于电阻网络；主要用于高频电路；主要SZSYSH用于低频电路；传输参数主要用于通信系统和电子系统。下面以式3混合参数为例，在正弦稳态的条件下，说明参数的测量和等效电路的概念。由混合参数方程（又称H参数方程）7212UHI式中，即双口网络的H参数，它们的定义分别为1H212H021UI0121IU212IH12IH其中，具有阻抗的性质，具有导纳的性质，而、均无量纲，故参数又22H1H称混合参数。表示端口2短路时，在端口1处的输入阻抗。表示在端口1H21开路时，在端口2处的输出导纳。表示1端口开路时两个端口电压之比。2H表示2端口短路时两端口电流之比。1H双口网络可用图132所示等效电路来表示，称为H参数等效电路。图132当时，则有图133所示的等效电路。0,21H图133在电子技术中，用来构成双口的器件很多，如晶体管、场效应管MOSFET等，下面以晶体管放大器为例作如下说明。晶体管是电流控制器件，MOSFET为电压控制器件，将直流电能转化为交流电能。图134对于图134所示的电路，在线性放大区工作时，有直流工作状态为BCIE18BCI称为直流放大倍数，且有9BBECBRUI10CCEI对于交流工作状态，注意如下两条原则1电容对交流相当于短路，即，与其它元件参数相比，可忽略不计。122直流电压源对交流相当于短路。因此，如图134所示的一个晶体管放大器，其交流通路如图135所示。图135用简化的参数来表示虚线框内的双口，其等效电路如图136所示。H图136下面讨论如何测出参数。假定输入信号是正弦信号，频率为，采用相量HTUIKHZ1法，将7式写成21HIU21UI1021UIH是晶体管输出交流短路时输入阻抗，测量的方法是在图134中的晶体管集1H1H电极与发射极之间并接一个10F电容（如图134中的直接接地），使，式2C02U中为晶体管基极对发射极的正弦交流电压。信号源串接一个已知电阻加到放1UTUISR大器。目的是为了测量。图135中晶体管基极的KCL方程为SI1SRU，因为，所以测得，即可以得到，然后利用式ITTISRB1ITITB1SISI1（11）求出。H120121IUH是晶体管输入端开路时电压反馈系数。测量的方法是在图134电路中，将H12H2信号源输入断开，使，将信号源和通过加到放大器的集电极与发射极之I10TUIRSC间，的电压有效值不要超过1V，测出和，然后利用式（12）求出。2U12H1230212UIH是晶体管输出交流短路时电流放大系数。测量的方法是严格讲，必须将放大H21H1器输出端并接电容，使输出交流短路，即，然后在晶体管的基极与集电极之间各串2接一块电流表（交流），然后分别测出和，按式（13）求出。为了不使用交流电流I1H21表，又要测出和，我们作如下近似处理输出端交流不短路（因为实际上的影响I12H12极小，故对放大器参数测试影响不大），信号源串接加到放大器输入端，则有TUIRS1411SSUI是通过如下方法测得在的作用下，用交流电压表测得集电极电阻两端的电压I2I1RC，则有CRU152CRUI然后根据式（14）与式（15）测得的结果，按式（13）求出。H2116012IUH是晶体管输入端开路时输出导纳，单位是西门子（S）。测量的方法是晶体管输入H2H2端开路，按图134虚线框内所示，将信号源与通过加到放大器的集电极与发TUIRSC射极之间，的电压有效值不要超过1V，测出和，是通过测量取样电阻上2U2I2RS的电压，然后按式17计算得出。1722SRUI最后，按式（16）求出。H2图137三、实验内容及步骤1直流放大系数（）和交流放大系数（）的测量。FEHH21,FE按图137接线，在与之间接可变电阻箱，调节，使得分别为YZRCEU6V，3V，45V时，分别记录下RB、UBE值，数据记录于表1中。表1EC9VUCEV6V3V54RBUBEIBICH21（HFE，）根据直流通路容易得到直流放大系数，即BBECBRUI测得，和，就可求出。CEBBICCECI测得，和，就可求出。CEUCRI直流放大系数BCI对于（）的测量，为了简便，可以从以上述数据中得到H21,FEBCFEIH,212电压放大倍数测量按图137接线，接上负载，固定，（通过调节获得），输入LRVUCE54BR正弦信号，用示波器观察输出信号波形有无失真，可调节输入电压的大小，使KHZ1输出信号在最大不失真条件下，测出，和，求出放大倍数，并画出波LO1S形图。去掉负载，测出，和，求出放大倍数，并画出波形图。LROU1S3的测量1H根据，测量，即可求出。SRUI12101S1H4放大器输出阻抗的测量OR可用上面的数据得LOCU1其中为负载开路时的电压，接上负载时的电压。OCLU5的测量21H除了由实验内容（1）可以求出（）外，还可以采用下面测量方法21H,FE0212UIHSSRI11CI2是输出短路时，电流放大系数。在实际测量时，是不接负载电阻时的开路电21HRCU压。四、思考题1从，及和的变化关系中，你如何理解晶体管是一个电流控制器件BICEI1UO2在电子线路中有一个工程上的计算公式，并用来表示，HBER，2610MAIVREBE式中为直流工作点的电流。EI根据你的测量数据，判断该公式是否可信3的测量有和这两式，理论上是否成立21