高等教育出版社第六版《电路》第016章二端口网络课件.ppt

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1、第十六章 二端口网络高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络116-1 二端口网络在工程实际中，研究信号及能量的传输和信号变换时，经常碰到如下形式的电路。线性RLCM受控源四端网络以前我们分析的电路有两类:1、需求各支路电压、电流： 用方程法求。2、只对一个端口的情况感兴趣：无源一端口：等效阻抗含源一端口：戴（诺）定理一端口问题。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络2变压器滤波器电路传输线晶体管放大电路例n:1RCC高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络31、 端口： 端口由一对端钮构成，且满足如下条件：从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流。2、二端口： 当一个电路

2、与外部电路通过两个端口连接时称此电路为二端口网络。一、二端口3、二端口网络与四端网络：四端网络i1i2u1u2线性RLCM受控源i1i2+ i4i3i1i2+u1i1i1高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络4不满足端口条件1-1、 2-2是二端口。3-3 、4-4是不是二端口?例i1i2i2i1u1+u2+2211Rii1i23344不是二端口网络。当i 0时，高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络5约定：1、讨论范围含线性 R、L、C、M与线性受控源，不含独立源，2、参考方向时不变（定常），零状态。即本章研究线性、非时变、无独立源、零状态的二端口。i1i2u1u2线性RLCM受

3、控源+高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络6二、二端口分析的特点：人们仅仅对端口处的电压、电流感兴趣。 1、二端口内部元件及联结方式决定着二端口的本质，而反映本质的是一些所谓的二端口参数（正如一端口参数：UOC、RO）； 2、二端口的外部参数一经确定，那么一个端口的u 、i 的变化就可以不经过二端口内部的计算，而确定另一个端口上的u、i ； 3、我们可以利用参数来评价二端口在传递电能和信号方面的质量； 4、一个任意复杂的二端口可以分解成若干个简单的二端口，根据这些简单二端口的参数和联结，可以求出那个复杂二端口网络两个端口之间的压流关系。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络7一、

4、 Y 参数和方程:令称为Y 参数矩阵矩阵形式16-2 二端口的参数和方程（161） 端口电流 可视为 共同作用产生。由替代定理：由叠加定理：+-+-线性无源+-+-线性无源+-+-线性无源高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络8Y参数的计算和实验测定:Y 短路导纳参数。驱动点导纳驱动点导纳转移导纳转移导纳注意: 量纲和双下标。一、 Y 参数和方程:+-+-线性无源+-+-线性无源高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络9例16-1 求Y 参数。解： Yb+ Ya Yc互易二端口 Yb+ Ya Yc Yb+ Ya Yc高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络10若网络内部无受控源（

5、满足互易定理） ，则互易二端口网络四个参数中只有三个是独立的。Y12= Y21特别的：更特别的：有 Y12=Y21 ，又Y11=Y22 （电气对称），称为对称二端口。对称二端口只有两个参数是独立的。对称二端口是指两个端口电气特性上的对称。电路结构左右对称的，端口电气特性必然对称；电路结构不对称的二端口，其电气特性也可能是对称的。这样的二端口也是对称二端口。一、 Y 参数和方程: Yb+ Ya Yc高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络11 Yb+ Ya Yc例16-2 求所示电路的Y 参数。 解: Yb+ Ya Yc Yb+ Ya Yc高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络12又解

6、:非互易二端口网络（网络内部有受控源）有 四个独立参数。结点电压法这是非常有用的“加源法”！ Yb+ Ya Yc高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络13二、Z 参数和方程:由Y 参数方程即：其中 =Y11Y22 Y12Y21称为 Z 参数矩阵Z参数又称开路阻抗参数Z参数的计算和实验测定:互易二端口对称二端口若矩阵 Z 与 Y 非奇异（162）+-+-线性无源高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络14例1 求所示电路的Z 参数。 Zb+ Za Zc解：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络15例2 求所示电路的Z参数。 即： Zb+ Za Zc+解：用“加源法”高等教育出版社

7、第六版电路第016章二端口网络16练习161(Y 、 Z )、162 、164、1611 。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络17三、T (A)参数 （传输参数）和方程:由(2)得：将(3)代入(1)得：即：其中:具有转移参数的性质，称为传输参数。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络18其矩阵形式 （注意负号）称为T(A) 参数矩阵。特别的：（1）互易二端口网络，四个参数中只有三个是独立的：（2）对称互易二端口网络，四个参数中只有两个是独立的： 且 A = D对应的，存在 B 参数：三、T (A)参数 （传输参数）和方程:高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络19四、H

8、 参数和方程：1、H 参数方程矩阵形式：互易二端口对称二端口 开路参数短路参数2、H 参数及其实验测定驱动点阻抗驱动点导纳电压传输比电流传输比且+-+-线性无源高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络20四、H 参数和方程：H 参数也称为混合参数，常用于晶体管等效电路。+ R1 R2对应的存在 G 参数:高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络21五、参数互换表: 表16 -12、参数只由其内部的元件的种类和数值及联结方式有关，与端口上的激励无关；1、参考方向是前提；3、并非所有二端口都有24个参数，故有一个选用参数的问题：晶体管用H、Y参数，级联网络用 A 参数。4、互换公式不必强记

9、。每种参数均对应于一组网络方程，可以进行方程之间的转换。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络22例 已知传输参数为解：查表法。又解： “方程变形法”。已知由（1）式得：又将（3）代入（2）：式（3）、（4）为 Y 方程，故求二端口的 Y 参数。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络23不存在 Z 参数 不存在 Y 参数七、二端口的参数和方程小结1、六套参数：Y、Z、T(A)、B、H、G；2、为什么用这么多参数表示?（1）为描述、测量电路方便；（2）有些电路只存在某几种参数。 2+ 2+高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络243、可用不同的参数表示以不同的方式连接的二端口。

10、4、线性无源二端口5、含有受控源的电路四个参数都独立。七、二端口的参数和方程小结高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络2516-3 二端口的等效电路 任何复杂的无源线性一端口都可以用一个等效阻抗来等效，以简单地表征复杂一端口的外部特性。 同理，任意给定的无源线性二端口的外部特性既然可以用三个同类网络参数来确定，那么，我们只要找到一个具有三个阻抗或者导纳所构成的最简二端口，如其参数与原复杂二端口分别对应相等，则该简单二端口即为原复杂二端口的等效二端口。 而由三个阻抗或者导纳所构成的最简二端口只有T形、形两种。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络26一、T 形等效电路：已知一复杂二端

11、口的 Z 参数，求其等效 T 形电路。解：由替代定理和回路电流法+ Z1Z2 Z3+比较两组方程，有高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络27二、形等效电路：已知一复杂二端口的Y 参数，求其等效形电路。解： 由由替代定理和结点电压法比较两组方程，有故+ Y1Y2Y3+高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络28三、讨论：1、对称二端口中，等效T、 形电路也会对称， 即有Y1=Y3，Z1= Z3。2、无论已知二端口的哪种参数，需找出其：T形等效电路，则总是从Z参数入手，即先将其他参数转换为Z参数后，再由Z参数去求等效电路； 形等效电路，则总是从Y参数入手，即先将其他参数转换为Y参数后，

12、再由Y参数去求等效电路；3、Y 变换公式仍然适用。4、含受控源的线性二端口的等效电路：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络294、含受控源的线性二端口的等效电路：变成Y参数 ( 形):现二端口有将方程变形:注意方向!（Y12 Y21 ）变成无源方程再加 ，后者视为一个VCCS。+ -Y12 Y11 +Y12 Y22 +Y12高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络30变成Z参数（T形）：已知变形：也可将第一式变形：等效电路为：验算之。验算之。+ Z22-Z12 Z11-Z12Z12+11221)(IZZ&+ Z22-Z21 Z11-Z21Z21+22112)(IZZ&4、含受控源的

13、线性二端口的等效电路：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络3116-4 二端口的转移函数 问题的提出：二端口参数只是表征二端口本身的性质。在实际中，二端口网络总是要接负载和信号源的，所以必须进一步研究二端口接有负载和信号源的一些特性。 二端口的转移函数是用拉氏变换形式表示的输出电压（流）与输入电压（流）之比。其中二端口内部不含独立电源，动态元件无附加电源。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络32一、无端接二端口的转移函数： 所谓无端接是指没有外接负载（开路或短路），输入激励源无内阻的情况。 1、电压转移函数：由Z方程，无外接负载只有两种情况，开路或短路。现要有U2(s)，Z方程

14、为：只能开路，即I2(s)=0也可由Y方程求出。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络332、电流转移函数：同理由得3、转移阻抗：由当开路，即 I2(s)=0 时，有同样，可用其他参数表示，但下标全为“上2下1”。结论：无端接二端口的转移函数只与参数有关。当短路，U2(s)=0时，有4、转移导纳：由高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络34(2)式代入(1)得：转移导纳：转移导纳：二、有端接转移函数：1、单端接二端口：（1）端接R 的二端口：PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络35转移阻抗：转移阻抗：(2)式代入(1)得：二、

15、有端接转移函数：1、单端接二端口：（1）端接R 的二端口：PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络36电流转移函数：由(2) (3) 式代入(1)， 消去U1(s)，U2(s) ，保留 I1(s)，I2(s)：又将 代入：PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络37电压转移函数:(2)、(3)代入(1)，消去 I1(s)， I2(s)：(2) 具有 RS 的单端接二端口: 略。结论：只与R和参数有关，与输入无关。由又将 代入PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_高等教育出版社第六版

16、电路第016章二端口网络382、两个端口均有端接的双端接二端口：如求电压转移函数：(3)，(4)式代入(1)，(2)得：由(6)代入(5)：PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_+US(s)R1高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络39结论：仅与参数、端接电阻有关。 二端口的转移函数是一个很重要的概念，仅与参数、端接电阻有关。电路耦合作用：如滤波器、变压器等。 电路设计：转移函数极、零点二端口内部的元件及联结方式的确定。2、两个端口均有端接的双端接二端口：如求电压转移函数：PR+U1(s)U2(s)I2(s)I1(s)_+US(s)R1高等教育出版社第六版电路第016章二端口网

17、络40练习161( T)、168 、 169 、1610 。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络41 分析、设计一个复杂二端口不如分析、设计几个简单的按一定方式联结的二端口。16-5 二端口网络的联接高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络42+一、 级联：设即T结论：+T +T 高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络43例： 求图所示RC梯形网络的传输矩阵T。RCRRRCCC由图可得：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络44二、并联：+Y , , 且每个二端口的端口条件不因并联而被破坏，则有 ， 。可得：Y +输入端口并联，输出端口并联。Y +高等教育出版社第六版电

18、路第016章二端口网络45+三、串联：串联电流相等：Z+ 输入端口串联 输出端口串联 采用Z 参数即：Z+高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络4616-6 回转器和负阻抗变换器一、回转器：电路符号：r：回转电阻u1 = - r i2u2 = r i1i1 = g u2i2 = - g u1g = 1 / r 回转电导 常见的二端口有理想变压器、运放、受控源，现介绍两种二端口元件。1、定义：+i1i2u2u1r高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络47u1 = - r i2u2 = r i1i1 = g u2i2 = - g u12、性质：（2）非互易元件 ( Y、Z 不对称）。（

19、1）线性元件：（回转系数为常数） 证明：理想变压器呢？也是非互易元件。+iuSg+uSg+i1i2u2u1r高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络48（4）阻抗逆变：例：u2 = r i1（3）无源元件：与理想变压器相同。实现回转功能，解决了电感不可集成的问题。C+i1i2u2u1rL=r2Ci1u1+Lu1 = - r i2u2 = r i1i1 = g u2i2 = - g u12、性质：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络493、回转器的CS模型：u1 = - r i2u2 = r i1i1 = g u2i2 = - g u1+u1u2i1i2gu1gu2+ri2ri1+u

20、1u2i1i2高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络50电压反向型T 参数矩阵1951年由迈利尔提出，后由他人实现。1、定义（端口特性）：（1）电流反向型: INIC（2）电压反向型: UNIC电流反向型T 参数矩阵电流改变了方向。电压改变了极性。二、负阻抗变换器（NIC）：INICi1+u1i2+u2UNICi1+u1i2+u2高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络512. 阻抗变换关系:(3) 代入 (1) 得：(4) 除以 (2) 得：即入端阻抗当 k =1 时，Zi= ZL以 INIC 为例INICi1+u1i2+u2ZL高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络523、负阻抗概念：能量、零输入响应等的变化。4、负阻抗变换器 (NIC) 的 CS 模型：+u1u2i1i2（1+k）i2INIC+u1u2i1i2（1+k）u2UNIC+高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络53小结二端口：1、本质是等效：2、描述：方程、参数及互换；3、联结：二端口的端接： 转移函数二端口之间的联结：4、回转器和负阻抗变换器：高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络54练习1612、 1613、1614 、1615 。高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络55第十六章结 束高等教育出版社第六版电路第016章二端口网络56