双口网络参数实验测量及仿真研究

学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS编号 学 士 学 位 论 文双 口 网 络 参 数 实 验 测 量 及 仿 真 研 究学生姓名： 学 号： 20070108029 系 部： 物理系 专 业： 电子信息科学与技术年 级： 07 级 8 班 指导教师： （副教授） 完成日期： 2011 年 4 月 30 日学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESISI中文摘要本文概述了什么是双端口网络，并讨论了在分析电路问题时的应用领域和价值。同时还介绍了双端口网络的参数计算方法和仿真测量方法，由此阐述了它在一些领域具有的应用价值总结得出比较研究的结论，并举例说明了研究双口网络的重要意义。关键词：双口网络；参数计算；仿真测量Double mouth network parameters are calculated and the experimental measurementAbstractThis paper Outlines what is twoport network,and discusses the problems in analyzing circuit when application fields and value. It also introduced twoport network parameters calculation method and simulation method of measurement,which expounds it in some areas has application value obtained the conclusion comparative study summarized research,and illustrates the significance of double mouth network. Key words：Double mouth network; Parameter calculation; Simulation measurement学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESISII目录中文摘要 .1ABSTRACT .1引言 .21.双端口网络的概述 .21.1 几种双端口网络的应用举例 .31.1.1 双端口网络的几种典型参数 .31.1.2 几种参数的应用举例 .31.2 双端口网络的参数研究 .61.2.1 双口网络参数的计算 .61.2.2 双端口网络参数的物理意义 .141.2.3 这几种参数的相互联系 .172.双端口网络的仿真测量 .202.1 双端口网络的仿真软件的介绍 .202.2 Multisim 在双口网络参数仿真测量中的应用 .202.3 与同时测量法的比较 .233.结语 .25参考文献 .25致谢 .26学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS112 12引言双口网络是网络分析中常用的一种网络。对参数的研究，一直是电路研究中的一项重要内容。用双口网络概念分析电路时，仅研究双口网络端口处的电流、电压之间的关系，这种相互关系可以用一些参数来表示，而这些参数只决定于构成双口网络本身以及双口网络间的连接方式，一旦确定表征这个双口网络的参数后，当一个端口的电压、电流发生变化时，要找出另外一个端口的电压、电流就比较容易了。不仅如此，可以利用这些参数比较不同的双口网络在传递信号和电能方面的性能，从而评价它们的质量。网络参数仅决定于内部的元件、元件的连接方式以及激励电源的频率。双口网络的参数一般指表明双口网络流控型VCR的Z参数、双口网络压控型VCR的Y参数、双口网络混合型VCR的H参数和双口网络传输型VCR的T参数等。用其中任一套参数就可以建立起四个变量的双口网络参数方程，把任意的两个变量作为已知量，通过方程就可以求出其余的两个变量。每种参数的确定都需要根据各自不同的定义，采用不同的电路分析。1.双端口网络的概述根据广义KCL，流入四端网络四个端子的电流的代数和恒等于零。其中有一特殊情况，如图(1)所示的四端网络，对于所有的时间t ，从端子1流入方框的电流等于从端子 流出的电流，从端子2流入方框的电流等于从端子 流出的电流，这1 2种四端网络称为双端口网络，简称双口网络。这两对端子1、 和2、 分别称为输入、输出端口。当四个端子上的电流不符合上述条件，则只能称为四端网络。图（1）学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS21.1 几种双端口网络的应用举例1.1.1 双端口网络的几种典型参数双端口网络用于计算双端口处得电流、电压之间的关系，这种相互关系可以通过一些参数来表示，这些参数之决定于构成双端口网络的本身元件和连接方式，参数确定后双端口的计算就很容易，用此特点，双端口网络还可以用于双端口的分析方法易推广应用于n端口网络；大网络可以分割成许多子网络（双端口）进行分析；仅研究端口特性时，可以用双端口网络的电路模型进行研究。双端口的分析方法易推广应用于n端口网络。双端口网络的方程和参数中有以下几种参数的求解比较经典，它们分别是双口网络的电阻 参数、电导 参数、 参数（短路导纳参数） 、 型参数矩阵（开RGYZ路阻抗矩阵） 、 参数、 参数。这几种参数之间可以相互转换。TH1.1.2 几种参数的应用举例一、运算放大器运算放大器简称运放，是一种多端集成电路，通常由数十个晶体管和一些电阻构成。现已有上千种不同型号的集成运放，是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。运放用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。运放工作在直流和低频信号的条件下，其输出电压与差模输入电压的典型转移特性曲线 =f( )如（2）图示。该曲线有三个明显的特点：oud学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS3图（2）1.和 有不同的比例尺度： 用v， 用mv。duoud2.在输入信号很小(| | 。该直线的斜率与 成比例， 称为开环电压增oduAdouA/A益，其量值可高达10 510 8。工作在线性区的运放是一个高增益的电压放大器。3.在输入信号较大(| | )的区域，曲线f( )饱和于 = 。 称为饱和ddosatstu电压，其量值比电源电压低2V左右，例如 =15V， =15V ，则 =13V， Eat=13V 左右。工作于饱和区的运放，其输出特性与电压源相似。satu综上所述，运放在直流和低频应用时，其端电压电流方程为： 有限增益的运算放大器模型有限增益运放模型的符号和转移特性曲线如图（3）所示图（3）由于实际运放的输入电流非常小，可以认为 = =0，这意味着运放的输入电i阻为无限大，相当于开路。图（3）(b)所示转移特性曲线是图（2）实际运放转移特性曲线的分段线性相似。有限增益运放模型可以由以下方程描述：)(doBufIi|dsatoddo uUuA0i学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS4理想运算放大器模型实际运放的开环电压增益非常大( )，可以近似认为 和8510AA=0。此时，有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型。理想运放模型的符号如图（4）(a)所示，其转移特性曲线如图(b)所示。图（4）理想运放模型可由以下方程描述：工作于线性区的理想运放模型可以由以下方程描述上式表明该理想运放的输入端口既像一个开路（ = =0） ，又像一个短路i( =0)，这可等效为一个电流为零的特殊短路，因此，该模型又称为虚短路模型。du当输入电压 =0时，输出电压 可以为 到 间的任何量值。此时，理想dousatsatu运放的模型为一个增益为无限大的电压控制电压源(VCVS)。0 dsatodosat uUusat 0 dui0i学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS51.2 双端口网络的参数研究1.2.1 双口网络参数的计算一、已知双口网络，求双口网络参数例1.1已知线性电阻双口网络的结构和元件参数，可以在端口上外加两个独立电源，用叠加定理分别计算端口电压电流关系的方法，求得相应的网络参数。1、电阻参数矩阵的计算电阻双口的流控表达式为：方程自变量是 和 ，只要在端口外加电流为 和 的两个电流源，如图1i2 1i215(a)所示，用叠加定理计算端口电压 和 。1u2图 15 电阻参数的计算电流源 单独作用( =0)时，电路如图15(b) 所示，求得：1i2i由此得到：电流源 单独作用 ( =0)时，电路如图15(c)所示，求得：2ii2121iRiu012210112 ii uiRuR121iu0221iR0221iui学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS630123101RiuRi由此得到其中 、 是开路驱动点电阻。 、 是开路转移电阻。由于每一个电1R2 21R阻参数均在一端开路时求得，故称电阻参数为开路电阻参数。例12 求图16(a)所示电阻双口的电阻参数矩阵。图 16解：外加电流源 和 ，如图16(a)所示。应用叠加定理，电流源 单独作i2 1i用( =0)时，电路如图 1 6(b)所示，求得：2i电流源 单独作用 ( =0)时，电路如图16(c)所示，求得：2ii得到开路电阻参数矩阵为32022301211RiuRi3231RR2iu1学 士 学 位 论 文BACHELOR S THESIS7例13 求图