電路第13章-二端口網(wǎng)絡(luò)和多端元件課件

1、第13章 二端口網(wǎng)絡(luò)13.1 二端口網(wǎng)絡(luò)13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)的方程和參數(shù)13.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移參數(shù)13.5 二端口網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接13.6 理想回轉(zhuǎn)器目 錄13.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 通過引出一對端鈕與外電路連接的網(wǎng)絡(luò)常稱為二端網(wǎng)絡(luò), 通常分為兩類即無源二端網(wǎng)絡(luò)和有源二端網(wǎng)絡(luò) 二端網(wǎng)絡(luò)中電流從一個端鈕流入，從另一個端鈕流出， 這樣一對端鈕形成了網(wǎng)絡(luò)的一個端口，故二端網(wǎng)絡(luò)也稱 為一端口網(wǎng)絡(luò) Nu.i+_ii = i13.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 可見端口的兩個物理量僅需一個參數(shù)去聯(lián)系 在正弦穩(wěn)態(tài)電路中:N.+_13.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 其中11 端口稱為輸入端口，22 端口稱為輸出端口。

2、 在輸入端口處加上激勵，在輸出端口處產(chǎn)生響應(yīng) 如圖所示的四端網(wǎng)絡(luò)，如果滿足 ， 則稱該網(wǎng)絡(luò)為二端口網(wǎng)絡(luò) 二端口網(wǎng)絡(luò)N.+_22.+_1113.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 可見兩個端口上的四個物理量需四個參數(shù)去聯(lián)系。根據(jù) 不同的組合方式，就有六種不同的二端口參數(shù)方程，這里 只介紹常用的四種參數(shù) 對于線性無源的二端口網(wǎng)絡(luò)，端口共有四個物理量, 要 研究端口的電壓和電流之間的關(guān)系，任選其中兩個為自變 量，則另外兩個就為因變量 13.1 二端口網(wǎng)絡(luò) 對稱二端口網(wǎng)絡(luò)：如果將二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口(端口11) 與輸出端口(端口22)對調(diào)后，其各端口電流、電壓關(guān)系均 不改變，這種二端口網(wǎng)絡(luò)稱為對稱二端口網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò) 從

3、聯(lián)接結(jié)構(gòu)看也是對稱的 可逆二端口網(wǎng)絡(luò)：滿足互易定理的二端口網(wǎng)絡(luò) 13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 注意：討論二端網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)方程式，其端口上電壓、電流 的參考方向必須向內(nèi)關(guān)聯(lián) N.+_22.+_1113.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) Y參數(shù)方程和短路導(dǎo)納矩陣 取 作自變量，取 為因變量記為：13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù)N+_+_ 其中：13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù)N+_+_13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 可見：Y參數(shù)又稱為短路導(dǎo)納參數(shù) 可逆二端口滿足：Y12 = Y21 對稱二端口滿足：Y12 = Y21, Y11 = Y2213.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 例：求如圖所示二端口的Y參數(shù) 2Sj4S

4、-j1S.+_+_.13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 解法1：此電路屬于 型網(wǎng)絡(luò)。列寫端口KCL方程 2Sj4S-j1S.+_+_.13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 解法2：按Y參數(shù)的定義計算+_2S-j1S.j4S13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù)+_2S-j1S.j4S 故Y12 = Y21，滿足互易定理13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) Z參數(shù)方程和開路阻抗矩陣 取 作自變量，取 為因變量記為：13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 其中：N+_.+_13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù)N+_.+_13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 可見：Z參數(shù)又稱為開路阻抗參數(shù) 可逆二端口滿足：Z12 = Z21 對稱二端口滿足：

5、Z12 = Z21, Z11 = Z2213.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 例：求如圖所示二端口的Z參數(shù) -j2j1.+_+_.+_413.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 解：此電路屬于T型網(wǎng)絡(luò), 列寫端口KVL方程 -j2j1.+_+_.+_413.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 對于給定的二端口網(wǎng)絡(luò)，有的只有Z參數(shù)，沒有Y參數(shù)。 也有的二端口網(wǎng)絡(luò)卻相反，沒有Z參數(shù)，只有Y參數(shù)。 還有的二端口網(wǎng)絡(luò)既沒有Z參數(shù)，也沒有Y參數(shù)，如理想 變壓器：.+_+_*n : 1 此外還可用下述其他形式的參數(shù)表示 對大多數(shù)二端口網(wǎng)絡(luò)：既可用Z參數(shù)表示，也可用Y參數(shù) 表示： ，則13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) H參數(shù)方程和混合

6、參數(shù)矩陣 取 作自變量，取 為因變量記 為混合參數(shù)矩陣13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 其中： （短路法） N+_+_13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù)（開路法）N+_+_.13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 可逆二端口滿足：H12 = -H21 對稱二端口滿足：H12 = -H21, H11H22 - H12H21=113.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) T參數(shù)方程和傳輸參數(shù)矩陣 取 作自變量，取 為因變量N1.+_.+_N2.+_.+_記 為傳輸參數(shù)矩陣13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 其中： （開路法） （短路法）13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 可逆二端口滿足：AD - BC = 1 對稱二端口滿足：AD

7、 BC = 1, A=D13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 例：已知 ，求T參數(shù) 解：由(2)式：將(3)式代入(1)式得：13.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 例：求如圖所示二端口的H和T參數(shù) .+_+_*2 : 1.1013.2 二端口網(wǎng)絡(luò)方程和參數(shù) 解：13.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路.+_+_.Z1Z2Z3 Z參數(shù)描述：可逆時：Z12 = Z2113.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 等效電路：.+_+_.Z11-Z12Z22-Z12Z1213.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路可逆時：Y12 = Y21.+_+_.Y2Y3.Y1 Y參數(shù)

8、描述：13.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 等效電路：.+_+_.-Y12Y22+ Y12.Y11+ Y1213.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 不可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路.+_+_+_+_Z11Z22Z12 Z2113.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 不可逆二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路 等效電路：.+_+_.Z11-Z12Z22-Z12Z12+_13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)的定義，二端口網(wǎng)絡(luò)端口的轉(zhuǎn)移函數(shù)有轉(zhuǎn)移 阻抗、轉(zhuǎn)移導(dǎo)納、轉(zhuǎn)移電壓比、轉(zhuǎn)移電流比，可用二端口 網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(Z、Y、H或T參數(shù))來表示 N.+_22.+_1113.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 轉(zhuǎn)移阻抗： 轉(zhuǎn)移導(dǎo)納

9、： 轉(zhuǎn)移電壓比： 轉(zhuǎn)移電流比： 13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 在工程上大多數(shù)二端口網(wǎng)絡(luò)如放大器、濾波器等都是在 輸出端口接負(fù)載ZL，在輸入端口接實際電壓源(用電壓源 與內(nèi)阻抗ZS的串聯(lián)支路表示)，如圖所示: .+_22+_ NT+_11ZsZL.13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 轉(zhuǎn)移電壓比 1. 當(dāng)只考慮ZL時的轉(zhuǎn)移電壓比 因為, 故：可見，當(dāng)只考慮負(fù)載阻抗ZL時的轉(zhuǎn)移函數(shù)，不僅與其本身的參數(shù)有關(guān)，還與端接阻抗ZL有關(guān) 13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 轉(zhuǎn)移電壓比 2. 當(dāng)同時考慮Zs和ZL時的轉(zhuǎn)移電壓比 因為, 故：13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 輸入阻抗與輸出阻抗 1. 輸入阻抗 由二端口網(wǎng)

10、絡(luò)的輸入端口向右看進(jìn)去的阻抗Zi稱為輸入阻抗或策動點阻抗，如圖所示： Zi.+_22 N+_11ZL.13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù)由于 和 則： 上式表明：輸入阻抗不僅與二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)有關(guān)，而且 與負(fù)載阻抗有關(guān)。 對于不同的二端口網(wǎng)絡(luò): 接同一個ZL，Zi不同； 對于同一個二端網(wǎng)絡(luò)，接不同的負(fù)載ZL，Zi也不同; 因此二端口網(wǎng)絡(luò)具有變換阻抗的作用13.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù) 輸入阻抗與輸出阻抗 2. 輸出阻抗 Zo.+_22 N+_11Zs.將電壓源 與負(fù)載ZL都移去，但輸入端口處仍然保留實際電壓源的內(nèi)阻抗Zs(如下圖所示)，這時輸出端口 和電流 之比稱為二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗Zo 13.

11、4 二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù)由于 和 , 其中：故：13.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù) 輸入阻抗與輸出阻抗 3. 特性阻抗 在對稱二端口網(wǎng)絡(luò)中, 若適當(dāng)選擇Zs及ZL的值, 使它們滿足： ZiZs= ZoZL= ZC , ZC稱為對稱二端口網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗 對稱二端口網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗也稱為重復(fù)阻抗 Zi = ZC.+_22 N+_11ZL = ZC. 對稱時，ZC: 重復(fù)阻抗 特性阻抗僅由二端口網(wǎng)絡(luò)的本身參數(shù)來確定，與負(fù)載阻抗 ZL和電源內(nèi)阻抗Zs無關(guān) 13.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù) 對稱二端口網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗還可以運(yùn)用實驗方法獲得: 時：時：13.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù) 例：求圖示電路中的電流.8

12、+_j6j16j16-j4-j413.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù) 解：本例題在第7章中已介紹，可采用戴維南定理求 .8+_j6j16j16-j4-j4Zeq在第7章中，利用開路、短路法求得等效阻抗 13.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù) 由電路結(jié)構(gòu)可見，此時該電路中存在一個對稱二端口網(wǎng)絡(luò)， 且： 可見利用特性阻抗的概念，可快捷地求出該電路的戴維南 等效阻抗 13.5 特性阻抗ZC與實驗參數(shù)13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián).+_.+_ N2T2.+_.+_ N1T1+_+_1122 NT 例：已知 , 求：13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 解：故： 注意：等效T參數(shù)是由級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)從左向右乘13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)

13、的級聯(lián) 二端口網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián) N2Y2 N1Y1.1122+_+_13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 二端口網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián) N2Z2 N1Z1.1122+_+_13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 二端口網(wǎng)絡(luò)的串并聯(lián) N2H2 N1H1.11+_.22+_13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 例：已知 , 求ZL=? 時可獲得最大 平均功率，并求此Pmax值 NZL.15.1013.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 解：.15.10+_+._13.6 二端口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)則故當(dāng)ZL= 50時可獲最大平均功率，13.7 理想回轉(zhuǎn)器 理想回轉(zhuǎn)器屬于非互易二端口網(wǎng)絡(luò) 電路符號： .1122g(r)i1i2u1u2+_+_13.7 理想回轉(zhuǎn)器.1122g(r)i1i2u1u2+_+_ 端 口 方 程 箭頭方向為回轉(zhuǎn)方向 g：回轉(zhuǎn)電導(dǎo)；r: 回轉(zhuǎn)電阻：13.7 理想回轉(zhuǎn)器.1122g(r)i1i2u1u2+_+_ 端 口 方 程 如果回轉(zhuǎn)方向相反，13.7 理想回轉(zhuǎn)器不可逆，不滿足互易定理不可逆，不滿足互易定理13.7 理想回轉(zhuǎn)器 功 率 由端口方程，可作出回轉(zhuǎn)器的電路模型：既不儲能也不耗能.i1i2u1u2+_+_13.7 理想回轉(zhuǎn)器 例：求Zi = ?.