實驗十二-雙口網(wǎng)絡(luò)實驗測試(共7頁)

1、實驗十二 雙口網(wǎng)絡(luò)實驗測試一實驗?zāi)康?.加深理解雙口網(wǎng)絡(luò)的基本理論。2.掌握直流雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)的測試技術(shù)。二實驗基本知識1.任何一個復(fù)雜的無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)，如果我們僅對它的兩對端口的外部特性感興趣，而對它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不要求了解時，那么，不管雙口網(wǎng)絡(luò)多么復(fù)雜，總可以找到一個極其簡單的等值雙口電路來代替原網(wǎng)絡(luò)，而該等值電路二對端口的電壓和電流間的互相關(guān)系與原網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)端口的電壓和電流間的關(guān)系完全相同，這就是所謂“黑盒理論”的基本內(nèi)容。這一理論具有很大實用價值，因為對于任何一個線性系統(tǒng)，我們所關(guān)心的往往只是輸入端口與輸出端口的特性，而對系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)不需要研究。復(fù)雜雙口網(wǎng)絡(luò)的端口特性，往往很難用計

2、算分析的方法求取其等值電路。因此，實用上一般都是用實驗測試的方法來解決，所以學(xué)會雙口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)的測試方法具有很大實際意義。2.一個雙口網(wǎng)絡(luò)兩對端口的電壓和電流四個變量之間的關(guān)系可用多種形式的參數(shù)方程來表示，這決定于采用哪兩個變量做自變量哪兩個變量做因變量。本實驗中采用輸出端口的電壓和電流做正變量，輸入端口的電壓和電流做因變量，這樣寫出的方程稱雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸方程（因為在研究輸入口和輸出口信號傳輸關(guān)系時最為直觀方便而得名），自變量的系數(shù)稱傳輸參數(shù)。在圖121所示無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)可列出基本方程U1=AU2+BI2 I1=CU2+DI2其中：A、B、C、D為雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)，其值完全決定于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?/p>

3、結(jié)構(gòu)及各支路參數(shù)值，這四個參數(shù)表征了雙口網(wǎng)絡(luò)的基本特征。它們的意義是 A=|I2=0 是兩個電壓的比值，是一個無量綱的量。B=|U2=0 稱為短路轉(zhuǎn)移阻抗。C=|I2=0 稱為短路轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。D=|U2=0 是兩個比值轉(zhuǎn)換，也是無量綱的量。四個參數(shù)中，只有三個是獨立的，四個參數(shù)間具有如下關(guān)系：ADBC=1如果雙口網(wǎng)絡(luò)兩端口內(nèi)部是對稱電路結(jié)構(gòu)，則有A=D無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)輸入端 口輸 出端 口+U1-+ U2-I1I2 圖 12-1其中：U2o為輸出端口（I2=0）時的電壓，U10和I10為輸出端口開路時輸入端口的電壓和電流，I2為輸出端口短路（U2=0）時的電流，UIS和IIS為輸入端口的電壓和電

4、流。研究雙口網(wǎng)絡(luò)的目的就是要設(shè)法確定A、B、C、D四個參數(shù)。 由上述傳輸參數(shù)的表達(dá)式可知，只要在網(wǎng)絡(luò)的輸入端口加上電壓，在網(wǎng)絡(luò)兩對端口同時測量出電壓和電流即可求出A、B、C、D四個參數(shù)。雙口網(wǎng)絡(luò)的四個參數(shù)知道了，表征網(wǎng)絡(luò)端口特性的基本方程也就確定了。該方法稱為雙端口同時測量法。3.上述測定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法的需要在輸入端口和輸出端口同時進(jìn)行測量讀數(shù)，這在某些情況下是不方便的（例如要測量一條遠(yuǎn)距離輸電線路構(gòu)成的雙口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)）。另一種方法是可在輸入端口和輸出端口分別進(jìn)行測量的方法來測定這四個常數(shù)，具體方法如下：先在輸入端口測量電壓和電流，而使輸出端口開路和短路，根據(jù)傳輸方程有：R1O= (令I(lǐng)2=0)

5、R1S= (令U2=0)在輸出端口加電壓測量，而使輸入端口開路和短路（注意此時I2方向是流入端口，與原來相反，方程中應(yīng)以-I2代替I2），根據(jù)傳輸方程有：R2o= R2O= (令U1=0), R2S=（U1=0）其中U1o、I1o,和U1s、I1s分別表示輸出端口開路和短路時輸入端口的電壓和電流，U2o、I2o和U2s、I2s分別表示輸入端開路和短路時輸出端口的電壓和電流。R1o、R1s、R2o、R2s分別表示一個端口開路和短路時另一端口的等效輸入電阻，四個參數(shù)中只有三個是獨立的，因為它們之間有如下關(guān)系：R1o/R2o=R1s/R2s=A/D所以，從中電阻參數(shù)中任限三個，并利用公式：ADBC=

6、1即可求出四個傳輸參數(shù)A、B、C、DA= 4.實際工作中往往有幾個或更多的雙口網(wǎng)絡(luò)互相連接起來使用，連接的方式較常見的是將前一個雙口網(wǎng)絡(luò)的輸出端直接與后一個雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接起來，并且以最前面的一個雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入端輸入外部信號，而最后一個雙口網(wǎng)絡(luò)的輸出端傳輸電壓信號至外部。因此，從外面電路來看許多雙口網(wǎng)絡(luò)這樣連接后可作為一個新的等效雙口網(wǎng)絡(luò)來看待，雙口網(wǎng)絡(luò)的這種連接方式稱級聯(lián)。級聯(lián)后的等效雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)與每一個參加級聯(lián)的雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)之間是有一定的關(guān)系，下面以兩個雙口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)導(dǎo)出等效雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)的表達(dá)式：設(shè)雙口網(wǎng)絡(luò)（1）的傳輸方程為 雙口網(wǎng)絡(luò)（2）的傳輸方程為 級聯(lián)后等效雙口網(wǎng)絡(luò)

7、的傳輸方程為 由級聯(lián)方式可知 將上述代入雙口網(wǎng)絡(luò)（1）傳輸方程化簡后可得上兩式比較級聯(lián)后等效雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸方程可得 (以上公式中符號采用雙下標(biāo)，前面下標(biāo)表示輸入端口“1”表示輸入端口?！?”表示輸出端口，后面下標(biāo)雙口網(wǎng)絡(luò)編號)。三儀器設(shè)備及選用掛箱名 稱數(shù) 量穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源GDS-031常規(guī)負(fù)載GDS-061直流電壓表、電流表GDS-101四實驗內(nèi)容及步驟1.按雙端口同時測量法分別測量GDS-06上部雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)A1、B1、C1、D1及A2、B2、C2、D2，并列出它們的傳輸方程。 (1)無源雙口網(wǎng)絡(luò)AV可調(diào)+ 電壓-源VKU111U21 (2)無源雙口網(wǎng)絡(luò)圖122a)按圖12-2接線：圖

8、中可調(diào)電壓源為穩(wěn)壓源上的直流電源輸出：即將微調(diào)旋鈕由零位（預(yù)先應(yīng)旋至最后端的零位）按順時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)，直到使U11=15V為止，電流表分別串聯(lián)接在雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入端與輸出端；輸入端與輸出端實驗時可任意假定。它們的傳輸參數(shù)一般不相同，除非是對稱的雙口網(wǎng)絡(luò)。b)先將雙口網(wǎng)絡(luò)輸出端開路（即將開關(guān)K斷開），此時I2=0。測出此時的輸入端電壓U110和電流I110（其中下標(biāo)第一個“1”表示輸入端，第二個“1”表示雙口網(wǎng)絡(luò)的編號，“0”表示輸出端開路，及同一時刻輸出端電壓U210,計算出雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)A1、C2。c)再將輸出端短路（即將K合上），同時測出此時的U11s、I11s（此時U=0）,并計算出

9、B1、D1。將b)、c)中測到的數(shù)據(jù)，及計算所得參數(shù)記入表121。d)將無源雙口網(wǎng)絡(luò)（）代替圖122中雙口網(wǎng)絡(luò)（），再重復(fù)步驟b)、c)的測量，并計算出雙口網(wǎng)絡(luò)（）的傳輸參數(shù)A2、B2、C2、D2。也記入表121。2.將兩個雙口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后形成的等效雙口網(wǎng)絡(luò)用兩端分別測量法測量該等效網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)A、B、C、D，并列出傳輸方程，驗證等效雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)與級聯(lián)的兩個雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)之間的關(guān)系式。（級聯(lián)時注意雙口網(wǎng)絡(luò)（）的輸出端與雙口網(wǎng)絡(luò)（）的輸入端連接見圖123）a)將K1、K2均斷開，雙口網(wǎng)絡(luò)（）輸入端加上15V電壓，測出U10、I10且算出R10。b)K1仍斷開，K2合上，即輸出端短路，測出U

10、1s、I1s，算出R1s。c)將可調(diào)電壓源加至雙口網(wǎng)絡(luò)（）輸出端（作為輸入端），K2斷開，仍將可調(diào)電壓源調(diào)至15V。K1先斷開，測出U20、I20算出R20，再將K1合上，即輸入端短路，測出U2s、I2s，算出R2s。將以上數(shù)據(jù)均記入表122。最后計算出兩個雙口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后形成的等效雙口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)A、B、C、D，也記入同一表中。且驗證等效雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)與級聯(lián)的兩個雙口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)（在1中已測到）之間的關(guān)系式。 (1)無源雙口網(wǎng)絡(luò)AV可調(diào)電壓源VK1 (2)無源雙口網(wǎng)絡(luò)K2可調(diào)電壓源A圖123五實驗數(shù)據(jù)記錄表121雙口網(wǎng)絡(luò)（）輸出端開路 I2=0U110（v）U210（v）I110（mA）A1C1輸出端短路U2=0U11s（v）I11s（mA）I21s（mA）B1D1雙口網(wǎng)絡(luò)（）輸出端開路 I2=0U120（v）U220（v）I120（mA）A2C2輸出端短路U2=0U12s（v）I12s（mA）I22s（mA）B2D2表122輸出端開路I2=0輸出端短路U2=0U10I10R10U1SI1SR1S