《二端口網絡 》PPT課件

《《二端口網絡 》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《二端口網絡 》PPT課件（78頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第十六章 二端口網絡,本章重點,2. 二端口的等效電路,重點,1. 二端口的參數和方程,3. 二端口的轉移函數,返 回,16.1 二端口網絡,在工程實際中，研究信號及能量的傳輸和信號變換時，經常碰到如下二端口電路。,放大器,濾波器,下 頁,上 頁,返 回,變壓器,下 頁,上 頁,返 回,1. 一端口,端口由一對端鈕構成，且滿足如下端口條件：從一個端鈕流入的電流等于從另一個端鈕流出的電流。,2. 二端口,當一個電路與外部電路通過兩個端口連接時稱此電路為二端口網絡。,下 頁,上 頁,返 回,二端口網絡與四端網絡的關系,二端口,四端網絡,下 頁,上 頁,注意,返 回,二端口的兩個端口間若有外部連接，

2、則會破壞原二端口的端口條件。,,1-1 2-2是二端口。,3-3 4-4不是二端口，是四端網絡。,下 頁,上 頁,返 回,3. 研究二端口網絡的意義,二端口的分析方法易推廣應用于n端口網絡。,大網絡可以分割成許多子網絡（二端口）進行分析。,僅研究端口特性時，可以用二端口網絡的電路模型進行研究。,下 頁,上 頁,4. 分析方法,分析前提：討論初始條件為零的線性不含獨立源的線性二端口網絡。,找出兩個端口的電壓、電流關系的獨立網絡方程，這些方程通過一些參數來表示。,返 回,1.討論范圍：,線性 R、L、C、M與線性受控源，,不含獨立源。,2. 端口電壓、電流的參考方向如圖所示。,16-2 二端口的方

3、程和參數,下 頁,上 頁,約定,返 回,端口物理量4個,端口電壓電流有六種不同的方程來表示，即可用六套參數描述二端口網絡。,,下 頁,上 頁,注意,返 回,,,,1. Y 參數和方程,采用相量形式(正弦穩(wěn)態(tài))。將兩個端口各施加一電壓源，則端口電流可視為電壓源單獨作用時產生的電流之和。,即,Y 參數方程,Y參數方程,下 頁,上 頁,返 回,寫成矩陣形式為,Y參數值由內部元件參數及連接關系決定。,Y 參數矩陣,Y參數的物理意義及計算和測定,輸入導納,轉移導納,下 頁,上 頁,注意,返 回,轉移導納,輸入導納,Y 短路導納參數,下 頁,上 頁,返 回,例2-1,解,求圖示二端口的Y 參數。,下 頁,

4、上 頁,返 回,例2-2,解,直接列方程求解,下 頁,上 頁,求二端口的Y參數。,返 回,上例中有,互易二端口四個參數中只有三個是獨立的。,互易二端口(滿足互易定理),,下 頁,上 頁,注意,返 回,上例中，Ya=Yc=Y 時， Y11=Y22=Y+ Yb,對稱二端口只有兩個參數是獨立的。,對稱二端口是指兩個端口電氣特性上對稱。電路結構左右對稱的一般為對稱二端口。結構不對稱的二端口，其電氣特性可能是對稱的，這樣的二端口也是對稱二端口。,對稱二端口,對稱二端口,下 頁,上 頁,注意,返 回,例2-3,解,下 頁,上 頁,求圖示兩端口的Y 參數。,為互易對稱兩端口,返 回,2. Z 參數和方程,將

5、兩個端口各施加一電流源，則端口電壓可視為電流源單獨作用時產生的電壓之和。,即,Z 參數方程,Z 參數方程,下 頁,上 頁,返 回,也可由Y 參數方程,即,得到Z 參數方程。其中 =Y11Y22 Y12Y21,其矩陣形式為,下 頁,上 頁,返 回,Z 參數矩陣,Z 參數的物理意義及計算和測定,Z 開路阻抗參數,轉移阻抗,輸入阻抗,輸入阻抗,轉移阻抗,下 頁,上 頁,,,返 回,互易二端口滿足:,對稱二端口滿足:,互易性和對稱性,下 頁,上 頁,例2-4,求圖示二端口的Z參數。,返 回,解法1,下 頁,上 頁,返 回,解法2,列KVL方程。,下 頁,上 頁,返 回,例2-5,解,列KVL方程：,,

6、下 頁,上 頁,求圖示二端口的Z參數。,返 回,例2-6,求二端口Z、Y 參數。,解,,下 頁,上 頁,返 回,并非所有的二端口均有Z、Y 參數。,,下 頁,上 頁,注意,返 回,不存在。,,均不存在。,下 頁,上 頁,返 回,不存在。,3. T 參數和方程,定義：,T 參數也稱為傳輸參數，反映輸入和輸出之間的關系。,,T 參數矩陣,注意負號,T 參數和方程,下 頁,上 頁,注意,返 回,T 參數的物理意義及計算和測定,轉移導納,轉移阻抗,轉移電壓比,轉移電流比,下 頁,上 頁,返 回,由(2)式得,Y 參數方程,互易性和對稱性,其中,下 頁,上 頁,,返 回,互易二端口：,對稱二端口:,,,

7、例2-7,即,下 頁,上 頁,返 回,求理想變壓器的T 參數。,解,,例2-8,下 頁,上 頁,返 回,求二端口T 參數。,解,4. H 參數和方程,H 參數也稱為混合參數，常用于晶體管等效電路。,H參數和方程,矩陣形式為,下 頁,上 頁,返 回,H 參數的物理意義計算與測定,互易性和對稱性,互易二端口：,對稱二端口:,下 頁,上 頁,返 回,例2-9,下 頁,上 頁,求圖示二端口的H 參數。,返 回,16-3 二端口的等效電路,一個不含獨立源的線性二端口網絡可以用一個簡單的二端口等效模型來代替，要注意的是：,等效條件：等效模型的方程與原二端口網絡的方程相同。,根據不同的網絡參數和方程可以得到

8、結構完全不同的等效電路。,等效的目的是為了分析方便。,下 頁,上 頁,返 回,1. Z 參數表示的等效電路,方法1：直接由參數方程得到等效電路。,下 頁,上 頁,返 回,方法2：采用等效變換的方法。,如果網絡是互易的，上圖變?yōu)門形等效電路。,下 頁,上 頁,返 回,2. Y 參數表示的等效電路,方法1：直接由參數方程得到等效電路。,下 頁,上 頁,返 回,方法2：采用等效變換的方法。,如果網絡是互易的，上圖變?yōu)樾蔚刃щ娐贰?下 頁,上 頁,返 回,等效只對兩個端口的電壓，電流關系成立，對端口間電壓則不一定成立。,一個二端口網絡在滿足相同網絡方程的條件下，其等效電路模型不是唯一的。,若網絡對稱則

9、等效電路也對稱。,形和T形等效電路可以互換，根據其他參數與Y、Z參數的關系，可以得到用其他參數表示的形和T形等效電路。,下 頁,上 頁,注意,返 回,例3-1,繪出給定的Y參數的任意一種二端口等效電路。,解,由矩陣可知：,二端口是互易的。,故可用無源形二端口網絡作為等效電路。,通過形T形變換可得T形等效電路。,下 頁,上 頁,返 回,16-4 二端口的轉移函數,二端口常為完成某種功能起著耦合兩部分電路的作用，這種功能往往是通過轉移函數描述或指定的。因此，二端口的轉移函數是一個很重要的概念 。,二端口轉移函數,下 頁,上 頁,二端口的轉移函數（傳遞函數），就是用拉氏變換形式表示的輸出電壓或電流與

10、輸入電壓或電流之比 。,,返 回,下 頁,上 頁,1. 無端接二端口的轉移函數,二端口沒有外接負載及輸入激勵無內阻抗時的二端口稱為無端接的二端口。,電壓轉移函數,電流轉移函數,轉移導納,轉移阻抗,返 回,下 頁,上 頁,電壓轉移函數,轉移阻抗,例4-1,給出用Z參數表示的無端接二端口轉移函數。,解,Z參數方程為,令 I2(s)=0,返 回,下 頁,上 頁,轉移導納,電流轉移函數,令 U2(s)=0,注意,同理可得到用Y、T、H參數表示的無端接二端口轉移函數。,返 回,下 頁,上 頁,2. 有端接二端口的轉移函數,二端口的輸出端口接有負載阻抗，輸入端口接有電壓源和阻抗的串聯組合或電流源和阻抗的并

11、聯組合，稱為有端接的二端口。,R2,雙端接兩端口,返 回,下 頁,上 頁,單端接兩端口,返 回,下 頁,上 頁,注意,有端接二端口的轉移函數與端接阻抗有關。,例4-2,寫出圖示單端接二端口的轉移函數。,解,,,返 回,下 頁,上 頁,轉移阻抗,,轉移導納,,,電流轉移函數,,,電壓轉移函數,返 回,16-5 二端口的連接,一個復雜二端口網絡可以看作是由若干簡單的二端口按某種方式連接而成，這將使電路分析得到簡化。,1. 級聯(鏈聯),,T,下 頁,上 頁,返 回,設,即,級聯后,則,下 頁,上 頁,返 回,則,即,下 頁,上 頁,返 回,級聯后所得復合二端口T 參數矩陣等于級聯的二端口T 參數矩

12、陣相乘。上述結論可推廣到n個二端口級聯的關系。,下 頁,上 頁,結論,注意,級聯時T 參數是矩陣相乘的關系，不是對應元素相乘。,顯然,級聯時各二端口的端口條件不會被破壞。,返 回,例5-1,,T1,,T2,,T3,下 頁,上 頁,求二端口的T 參數。,解,易求出,返 回,則,下 頁,上 頁,返 回,2. 并聯,,,,,,并聯采用Y 參數方便。,下 頁,上 頁,返 回,，,下 頁,上 頁,并聯后,返 回,可得,二端口并聯所得復合二端口的Y 參數矩陣等于兩個二端口Y 參數矩陣相加。,下 頁,上 頁,結論,返 回,兩個二端口并聯時，其端口條件可能被破壞，此時上述關系式將不成立。,并聯后端口條件破壞。

13、,,,下 頁,上 頁,注意,返 回,具有公共端的二端口(三端網絡形成的二端口)，將公共端并在一起將不會破壞端口條件。,下 頁,上 頁,返 回,例5-2,下 頁,上 頁,返 回,3.串聯,,,,串聯采用Z 參數方便。,下 頁,上 頁,返 回,，,下 頁,上 頁,返 回,則,串聯后復合二端口Z 參數矩陣等于原二端口Z 參數矩陣相加?？赏茝V到 n 端口串聯。,下 頁,上 頁,結論,返 回,串聯后端口條件可能被破壞，此時上述關系式將不成立，需檢查端口條件。,端口條件破壞 !,下 頁,上 頁,注意,返 回,具有公共端的二端口，將公共端串聯時將不會破壞端口條件。,端口條件不會破壞。,下 頁,上 頁,返 回

14、,例5-3,,下 頁,上 頁,返 回,16-6 回轉器和負阻抗轉換器,回轉器是一種線性非互易的多端元件，可以用晶體管電路或運算放大器來實現。,1. 回轉器,下 頁,上 頁,回轉器的基本特性,符號,電壓電流關系,回轉電阻,返 回,下 頁,上 頁,回轉電導,或寫為,,簡稱回轉常數，表征回轉器特性的參數。,Z、Y、T參數,Z參數,返 回,下 頁,上 頁,Y參數,T參數,結論,回轉器是非互易的二端口網絡。,返 回,下 頁,上 頁,任一瞬間輸入回轉器的功率為,功率,結論,理想回轉器是不儲能、不耗能的無源線性兩端口元件。,回轉器的等效電路,返 回,下 頁,上 頁,回轉器的應用,例6-1,回轉器的逆變性。,

15、圖示電路的輸入阻抗為,若,,結論,回轉器具有把一個電容回轉為一個電感的本領，實現了沒有磁場的電感，這為實現難于集成的電感提供了可能性。,逆變性,返 回,解,下 頁,上 頁,例6-2,利用回轉器實現理想變壓器。,圖示電路的T參數為,,結論,兩個回轉器的級聯相當于一個變比n=g2/g1的理想變壓器。,返 回,解,負阻抗變換器（簡稱NIC）是一個能將阻抗按一定比例進行變換并改變其符號的二端口元件，可以用晶體管電路或運算放大器來實現。,2. 負阻抗變換器,下 頁,上 頁,負阻抗變換器的基本特性,符號,電壓電流關系,電流反向型,返 回,下 頁,上 頁,或,T參數,電壓反向型,正阻抗變?yōu)樨撟杩沟男再|,返 回,上 頁,例6-3,負阻抗變換器的k=1，求輸入阻抗。,結論,解,可以用NIC和R、C元件組成的網絡來實現R、L或R、L、C元件組成的網絡。,返 回,