《电路教案第6章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路教案第6章.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第六章 二端口电路,点击目录，进入相关章节,6.1 二端口电路的方程和参数 一、开路与短路参数 二、传输参数 三、混合参数 6.2 二端口电路的等效 一、含独立源二端口电路等效 二、不含独立源二端口电路的等效 6.3 二端口电路的联结 一、级联 二、串联和并联 6.4 二端口电路的分析,下一页,前一页,第 6-1 页,退出本章,目录,回本章目录,下一页,前一页,第 6-2 页,第六章 二端口电路,显然，二端电路的两个端子满足端口条件，故又常称为一端口电路或单口电路。,端口(port)的概念：电路中与外电路相连的某两个端子(如端子k，k)，若在任意时刻t，流入端子k的电流ik恒等于流出另一端子k
2、的电流ik，则称这一对端子为一个端口。端口电流的关系：ik=ik,称为端口条件,前面讨论的互感元件和理想变压器，由于初级和次级均满足端口条件，故称为二端口元件或双口元件。,实际的电路通常比较复杂，除使用二端元件外，还广泛使用多端子器件，如集成电路。这种电路称为多端电路。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-3 页,二端口电路或双口电路(two-port circuit)是研究多端电路的基础。本章重点介绍描述二端口电路特性的方法。,1921年波里森(Brisig)首先提出二端口电路的概念，指出：一个由线性元件组成的二端口电路，不论其内部参数和结构如何，总可以用一组方程描述其外部特性。他的这种黑箱
3、方法目前已应用于许多领域。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-4 页,6.1 二端口电路的方程与参数,左端口常接信号源，称为输入口(或入口）；,右端口常接负载，称为输出口。,我们约定：N中不含独立源。端口电压电流对N取关联方向。,有四个端口变量,若任选两个作自变量，另两个作应变量，则可列出描述双口电路端口VAR的6组不同的方程,图示二端口电路。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-5 页,6.1 二端口电路的方程与参数,一、开路参数和短路参数,1、开路参数,选 和 为自变量,以 和 为应变量描述端口VAR，为此，端口外加电流源。,由叠加原理有,称二端口电路N的Z方程,z11、z12、z21、
4、z22称Z参数。Z方程写成矩阵形式,矩阵Z=称为z矩阵。,（1）Z方程,回本章目录,下一页,前一页,第 6-6 页,6.1 二端口电路的方程与参数,由 Z方程知，,出口开路时的输入阻抗,出口开路时的转移阻抗,入口开路时的转移阻抗,入口开路时的输出阻抗,故，常称为开路阻抗参数。,（2）Z参数的物理意义：,若有 z12=z21，则称该二端口电路为互易电路。不含受控源的无源电路一定是互易电路。互易电路只有三个独立参数。,若有 z12=z21，z11=z22，则称该二端口电路为(电气)对称电路。对称电路只有两个独立参数。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-7 页,6.1 二端口电路的方程与参数,结构
5、对称电路一定是电气对称的，反之，则不一定。,例，如下两图均为结构对称的，显然也是电气对称的。,例，如下图的结构不对称，但电气对称。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-8 页,6.1 二端口电路的方程与参数,例1 如图电路求其Z参数矩阵。,解 列KVL方程,z参数矩阵为,Z参数的求解方法有两种(1)直接列Z方程并写成标准形式；(2)利用物理意义。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-9 页,6.1 二端口电路的方程与参数,解 用物理含义求，比较简单。,端口1加电流源，端口2开路。先求z21。,该电路是互易的，故z12=z21。,例2 如图电路求其Z参数中的z21、z12和z11。,回本章目录,
6、下一页,前一页,第 6-10 页,6.1 二端口电路的方程与参数,2、短路参数,（1）Y方程,选 和 为自变量，以 和 为应变量描述端口VAR，为此，端口外加电压源。,由叠加原理有,称二端口电路N的Y方程,y11、y12、y21、y22称Y参数。Y方程写成矩阵形式,矩阵Y=称为Y矩阵。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-11 页,6.1 二端口电路的方程与参数,（2）Y参数的物理意义：,由 Y方程知，,出口短路时的输入导纳,出口短路时的转移导纳,入口短路时的转移导纳,入口短路时的输出导纳,故，常称为短路导纳参数。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-12 页,6.1 二端口电路的方程与参数,
7、若二端口电路为互易电路，则有 y12=y21 若二端口电路为对称电路，则有 y12=y21，y11=y22。,Y=Z 1，即,（3）Y矩阵与Z矩阵的关系：,回本章目录,下一页,前一页,第 6-13 页,6.1 二端口电路的方程与参数,二、传输参数,（1）A方程或传输方程,当研究信号从输入口到输出口传输的有关问题时，以输出端 和 作为自变量，以 和 作应变量比较方便。由Z方程可解得,式中，|Z|=z11z22 z12z21,将上式的各系数分别记为a11、a12、a21 和 a22，称为电路的A参数，也称为传输参数(transmission parameters)。从而得A方程。,1、A参数,回本
8、章目录,下一页,前一页,第 6-14 页,6.1 二端口电路的方程与参数,A方程中之所以写成-，是因为 的参考方向规定为流入电路，而用A方程分析问题时，以 流出电路比较方便。,A参数矩阵（传输参数矩阵）为,A方程为,回本章目录,下一页,前一页,第 6-15 页,6.1 二端口电路的方程与参数,（2）A参数的物理意义：,由 A方程知，,出口开路时的电压增益,出口开路时的转移导纳,出口短路时的转移阻抗,出口短路时的电流增益,对于互易电路，A参数满足A=a11 a22-a12 a21=1。若为对称电路，则有 A=1，a11=a22。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-16 页,6.1 二端口电路的
9、方程与参数,例 如图电路求其A参数矩阵。,解法一：根据物理意义,A参数的常用求法有(1)利用物理意义；(2)由其他方程推出A方程。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-17 页,6.1 二端口电路的方程与参数,由第二个方程得,代入第一个方程得,故,解法二：先列Z方程，再转换为A方程,回本章目录,下一页,前一页,第 6-18 页,6.1 二端口电路的方程与参数,（1）B方程或反向传输方程,2、B参数,以 和 作为自变量，以 和 作应变量，则有方程,称反向传输方程或B方程,称为反向传输矩阵,注意：B A-1,对于互易电路，B参数满足 B=b11 b22-b12 b21=1。若为对称电路，则有 B=
10、1，b11=b22。,实际中很少用。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-19 页,6.1 二端口电路的方程与参数,三、混合参数,1、H参数,（1）H方程或混合参数方程,在分析晶体管低频电路时，常以、为自变量，而以、为应变量，其方程称为混合参数方程或H方程。即,称为混合参数矩阵,回本章目录,下一页,前一页,第 6-20 页,6.1 二端口电路的方程与参数,（2）H参数的物理意义：,由 H方程知，,出口短路时的输入阻抗,出口短路时的电流增益,入口开路时的反向电压增益,入口开路时的输出导纳,什么都有，故常称为混合参数。,对于互易电路，H参数满足 h12=-h21。若为对称电路，则有 h=h11 h
11、22-h12 h21=1，h12=-h21。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-21 页,6.1 二端口电路的方程与参数,2、G参数,以 和 作为自变量，以 和 作应变量，则有方程,称二端口电路的G方程,也称为混合矩阵,G=H-1,对于互易电路，G参数满足 g12=-g21。若为对称电路，则有 g=g11 g22-g12 g21=1，g12=-g21。,实际中很少用。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-22 页,6.1 二端口电路的方程与参数,上面介绍了描述二端口电路的6种类型的方程和参数。即，同一电路可以用不同的方程和参数描述。因此，这6种方程和参数之间存在着确定的关系。P365,表6-
12、1列出它们之间的相互关系。,总结：,注意：并非每个二端口电路都存在这6种参数，有些电路只存在其中某几种。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-23 页,6.2 二端口电路的等效,一、含独立源二端口电路的等效,对于如图含源电路，选 和 为自变量，以 和 为应变量描述端口VAR，为此，端口外加电流源。,根据电路的线性性质，端口电压看作是激励电流源、和N内独立源分别作用的叠加。,（1）当仅由 作用时(=0，电路N内部独立源均为零)，根据齐次定理有,（2）当仅由 作用时(=0，电路N内部独立源均为零)，根据齐次定理有,回本章目录,下一页,前一页,第 6-24 页,6.2 二端口电路的等效,根据叠加定理
13、得,等效电路为,可看作是戴维南定理在二端口电路中的推广。,类似地，用其它方程也可以作出相应的等效电路。,（3）当仅由电路N内部的独立源作用时，入口、出口均开路，有,回本章目录,下一页,前一页,第 6-25 页,6.2 二端口电路的等效,二、不含独立源二端口电路的等效,相当于前面,将上述方程改写,若z12=z21，则电路变成含有3个阻抗的T形等效电路。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-26 页,6.3 二端口电路的联接,级联是信号传输系统中最常见的联接方式，如图。,二端口电路的联接方式有：级联(链接)、串联、并联、串并联、并串联等。,一、级联,设子电路Na和Nb的传输矩阵分别为Aa和Ab，则
14、其传输方程为,故 A=Aa Ab,回本章目录,下一页,前一页,第 6-27 页,6.3 二端口电路的联接,二、串联和并联,（1）串联：,若子电路Na和Nb都满足端口条件，则有,Z=Za+Zb,（2）并联：,若子电路Na和Nb都满足端口条件，则有,Y=Ya+Yb,回本章目录,下一页,前一页,第 6-28 页,6.3 二端口电路的联接,（3）串并联：,若子电路Na和Nb都满足端口条件，则有,H=Ha+Hb,（4）并串联：,若子电路Na和Nb都满足端口条件，则有,G=Ga+Gb,回本章目录,下一页,前一页,第 6-29 页,6.3 二端口电路的联接,如图，上面,下面,显然，Z Z1+Z2，因为不满足
15、端口条件。,由于串、并联需验证端口条件(验证方法参考书上p334)，满足才能利用。因此实际中使用较少。,例：,8.4 二端口网络的网络函数,回本章目录,下一页,前一页,第 6-30 页,8.4,将响应相量与激励相量的比值定义为电路的网络函数：,如图所示的二端口电路，在响应与激励之间的关系中，有几个典型的网络函数，它们表征了电路的重要特性。,（1）输入阻抗，或输入导纳,（2）电压放大倍数，或,（3）电流放大倍数,（4）输出阻抗，或输出导纳,只要知道二端口网络的任何一种参数，都可列出相应的方程，求出所需的网络函数。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-31 页,一、用Z参数表示网络函数,Z参数方程
16、为：,输入输出端口的约束方程为：,由上述四个方程即可求出用Z参数表示的任何一种网络函数,1.输入阻抗,回本章目录,下一页,前一页,第 6-32 页,输入导纳为输入阻抗的倒数,2.电压放大倍数,回本章目录,下一页,前一页,第 6-33 页,3.电流放大倍数,4.输出阻抗,输出导纳为输出阻抗的倒数,回本章目录,下一页,前一页,第 6-34 页,二、用A参数表示网络函数,A参数方程为：,输入输出端口的约束方程为：,由上述四个方程即可求出用A参数表示的任何一种网络函数,1.输入阻抗,回本章目录,下一页,前一页,第 6-35 页,2.电压放大倍数,3.电流放大倍数,4.输出阻抗,回本章目录,下一页,前一
17、页,第 6-36 页,三、特性阻抗,接有电源和负载的二端口电路，若输出口接负载 时，输入阻抗；而当输入口接阻抗 时，恰有，则称 和 分别为二端口网络输入口和输出口的特性阻抗（characteristic impedance）,回本章目录,下一页,前一页,第 6-37 页,根据输入阻抗、输出阻抗和A参数的关系，得,联立求解，得,和 是特定条件下的输入阻抗和输出阻抗、它们只与电路的参数有关，与负载、信号源内阻抗都无关，因此 和可表征电路本身的特性。若满足，称输入口匹配；若满足，称输出口匹配；若既满足，又满足，称二端口网络全匹配。,无反射匹配,回本章目录,下一页,前一页,第 6-38 页,6.5 二
18、端口电路的分析,例1,如图电路，已知US=15V,RS=2，N的z参数矩阵,，若RL=2，求U2及二端口电路N吸收的功率。,解,列二端口电路的Z方程，得 U1=7I1+3I2(1)U2=3I1+4I2(2),列出输入口KVL方程，有 US=2I1+U1(3)对RL，由欧姆定律得 U2=-2I2(4)(1)代入(3)及(2)代入(4)并整理得 9I1+3I2=US=15 3I1+6I2=0解得 I1=2A，I2=-1A代入(1)(4)得U1=11V，U2=2VPN=U1 I1+U2 I2=112+2(-1)=20 W,回本章目录,下一页,前一页,第 6-39 页,6.4 二端口电路的网络函数,RL=？，其上获得最大功率？PLmax=?,例2,如图电路，US=10V，N中不含独立源，N的传输参数矩阵为,解,对除RL之外的电路进行戴维南等效，,用外加电流源法求端口2的伏安关系：,列二端口电路的A方程，得 US=2U2+8(-I2)故 U2=5+4 I2所以UOC=5V，R0=4因此 RL=R0=4 时,回本章目录,下一页,前一页,第 6-40 页,6.4 二端口电路的网络函数,例3,如图电路，US=10V，为使信号源与负载完全匹配，求RS和RL，并求RL消耗的功率。,回本章目录,下一页,前一页,第 6-41 页,6.4 二端口电路的网络函数,
