双口网络PPT学习教案

1、会计学1 双口网络双口网络 5.15.1双口网络的基本概念双口网络的基本概念 二端网络二端网络:两个端钮与外部电路连接。如两个端钮与外部电路连接。如 端口约束条件：端口约束条件： 12 ii 四端网络四端网络:四个端钮与外部电路连接。如四个端钮与外部电路连接。如 第1页/共61页 特别地，当特别地，当 11 i i 22 i i 称此四端网络为双口网络（二端口网络）。称此四端网络为双口网络（二端口网络）。 习惯上称习惯上称 端口为输入口，端口为输入口， 端口为输出端口。端口为输出端口。 因此双口网络的四个端口变量分别为。因此双口网络的四个端口变量分别为。 1 1 2 2 1122 , ,u i

2、 u i 第2页/共61页 5.25.2双口网络的参数及其方程双口网络的参数及其方程 选择两个端口电流为自变量，两个端口电压选择两个端口电流为自变量，两个端口电压 为因变量。由于双口网络的端口与外接电路无关，为因变量。由于双口网络的端口与外接电路无关， 为此，可设想外电路分别为独立电流源为此，可设想外电路分别为独立电流源 和和 12 , i i 12 ,u u 1 i 2 i 1定义定义 5.2.15.2.1双口网络的开路电阻参数（双口网络的开路电阻参数（ 参数）参数）R 第3页/共61页 由于网络为线性网络，因此可由叠加定理求端口电由于网络为线性网络，因此可由叠加定理求端口电 压。两个电流源

3、单独作用的电路分别如图（压。两个电流源单独作用的电路分别如图（a）和（）和（b） 所示。所示。 图图(a) 图图(b) 由齐性原理由齐性原理 得得 111 1221 1 ,uR i uR i 112 2222 2 ,uR i uR i 第4页/共61页 式中：为比例常数，具有电阻的量纲。式中：为比例常数，具有电阻的量纲。 22 R 11 R 12 R 21 R 由叠加定理得由叠加定理得 11111 112 2 uuuR iR i 22221 122 2 uuuR iR i 矩阵形式为矩阵形式为 111121 221222 uRRi uRRi 式中：式中： 1112 2122 RR RR R 称

4、为开路电阻参数矩阵，电阻参数称为开路电称为开路电阻参数矩阵，电阻参数称为开路电 阻参数，简称参数。阻参数，简称参数。 ij R R 第5页/共61页 2求法求法 方法一：定义法方法一：定义法 由开路电阻参数方程由开路电阻参数方程111 112 2 uR iR i 221 122 2 uR iR i 易得易得 第6页/共61页 2 1 11 1 0i u R i 2 2 21 1 0i u R i 1 1 12 2 0i u R i 1 2 22 2 0i u R i 方法二：回路法方法二：回路法 直接列写流控型端口伏安特性方程，与开路电直接列写流控型端口伏安特性方程，与开路电 阻参数方程比较，

5、可得开路电阻参数。阻参数方程比较，可得开路电阻参数。 第7页/共61页 解：解： 方法一：定义法方法一：定义法 例求如图所示双口网络的开路电阻参数。例求如图所示双口网络的开路电阻参数。 （1）令端口）令端口2开路，开路， 2 0I 第8页/共61页 2 1 11 1 0 10 1525 I U R I 2 211 21 11 0 215 17 I UII R II （2）令端口）令端口1开路，开路， 1 0I 1 12 12 22 0 15 15 I UI R II 1 2 2 22 22 0 155 20 I IU R II 2515 1720 R 第9页/共61页 方法二：回路法方法二：回

6、路法 以以 分别为两个回路的回路电流，该电路分别为两个回路的回路电流，该电路 的回路电流方程为的回路电流方程为 1 I 2 I 121 (10 15)15IIU 1212 15(5 10)2IIIU 112 2515UII 212 1720UII 易得易得 2515 1720 R 第10页/共61页 若网络互易，则若网络互易，则 1221 RR 若网络对称，则若网络对称，则 1221 1122 RR RR 第11页/共61页 5.2.25.2.2双口网络的短路电导参数双口网络的短路电导参数( (参数）参数）G 1定义定义 选择两个端口电压为自变量，两个端口电流选择两个端口电压为自变量，两个端口

7、电流 为因变量。由于双口网络的端口与外接电路无关，为因变量。由于双口网络的端口与外接电路无关， 为此，可设想外电路分别为独立电压源为此，可设想外电路分别为独立电压源 和和 12 , i i 12 ,u u 1 u 2 u 第12页/共61页 由叠加定理和齐性定理可得由叠加定理和齐性定理可得 111 1122 iG uG u 221 1222 iG uG u 矩阵形式为矩阵形式为 111121 221222 iGGu iGGu 式中：式中： 1112 2122 GG G GG 称为短路电导参数矩阵，电导参数称为短路电称为短路电导参数矩阵，电导参数称为短路电 导参数，简称参数。导参数，简称参数。

8、ij G G 第13页/共61页 2求法求法 方法一：定义法方法一：定义法 由短路电导参数方程由短路电导参数方程 易得易得 111 1122 iG uG u 221 1222 iG uG u 第14页/共61页 2 1 11 1 0u i G u 2 2 21 1 0u i G u 1 1 12 2 0u i G u 1 2 22 2 0u i G u 方法二：节点法方法二：节点法 直接列写压控型端口伏安特性方程，与短路电直接列写压控型端口伏安特性方程，与短路电 导参数方程比较，可得短路电导参数。导参数方程比较，可得短路电导参数。 第15页/共61页 解：解： 方法一：定义法方法一：定义法 例

9、求如图所示双口网络的短路电导参数。例求如图所示双口网络的短路电导参数。 （1）令端口）令端口2短路，短路， 2 0U 第16页/共61页 1111 113 244 IUUU 211111 1615 2 4444 IIUUUU 2 1 11 1 0 3 S 4 U I G U 2 2 21 1 0 5 S 4 U I G U 第17页/共61页 （2）令端口）令端口1短路，短路， 2 0U 2 1 4 U I 222 2111 2 3312 UUU IIII 第18页/共61页 1 1 12 2 0 1 S 4 U I G U 1 2 22 2 0 1 S 12 U I G U 31 44 S

10、51 412 G 第19页/共61页 方法二：节点法方法二：节点法 列写节点电压方程得列写节点电压方程得 121 1221 111 244 111 2 443 UUI UUII 第20页/共61页 112 212 31 44 51 412 IUU IUU 整理得整理得 31 44 S 51 412 G 第21页/共61页 若网络互易，则若网络互易，则 1221 GG 若网络对称，则若网络对称，则 1221 1122 GG GG 第22页/共61页 5.2.35.2.3双口网络的传输参数双口网络的传输参数( (参数）参数）T 1定义定义 选择选择 和和 为自变量为自变量 , 和和 为因变量。类为

11、因变量。类 似电阻参数和电导参数的处理思路，可得用参数描述似电阻参数和电导参数的处理思路，可得用参数描述 的双口网络的双口网络 N的端口的端口VAR为为 2 U 2 I 1 U 1 I T 第23页/共61页 122 UAUBI 122 ICUDI 12 12 UUAB IICD 矩阵形式为矩阵形式为 AB T CD 式中：式中： 称为传输参数矩阵。称为传输参数矩阵。 第24页/共61页 2求法：定义法求法：定义法 由由 易得易得 122 UAUBI 122 ICUDI 2 1 2 0I U A U 2 1 2 0I I C U 2 1 2 0U U B I 2 1 2 0U I D I 第2

12、5页/共61页 例例 试求图示双口网络的试求图示双口网络的T参数参数 解：解： 1 I 1 U RR 2R 1 4U 2 U 2 I (1)求求 和和 2 1 2 0I U A U 2 1 2 0I I C U 11 3URI 211111 424 3210UURIRIRIRI 第26页/共61页 2 11 21 0 3 0.3 10 I URI A URI 2 11 21 0 1 1010 I II C URIR (2)求求 和和 ,电路如下图电路如下图 2 1 2 0U U B I 2 1 2 0U I D I 121 121 32 234 RIRIU RIRIU 1 I 1 U RR 2

13、R 1 4U 2 I 第27页/共61页 解得解得 21 2 IU R 11 1 IU R 2 11 2 0 1 2 2 U UUR B I U R 2 1 1 2 0 1 1 0.5 2 U U I R D I U R 0.30.5 1 0.5 10 R T R 第28页/共61页 若网络互易，则若网络互易，则 1ADBC 若网络对称，则若网络对称，则 AD 1ADBC 第29页/共61页 5.2.45.2.4双口网络的混合参数双口网络的混合参数( (参数）参数）H 1定义定义 选择选择 和和 为自变量为自变量 , 和和 为因变量。类为因变量。类 似电阻参数和电导参数的处理思路，可得用参数描

14、述似电阻参数和电导参数的处理思路，可得用参数描述 的双口网络的双口网络 N的端口的端口VAR为为 2 U 2 I 1 U 1 I H 第30页/共61页 111 1122 Uh Ih U 221 1222 Ih Ih U 矩阵形式为矩阵形式为 111121 221222 UhhI IhhU 1112 2122 hh H hh 称为双口网络的混合参数，简称参数称为双口网络的混合参数，简称参数 式中：式中： H 第31页/共61页 2求法：定义法求法：定义法 由由 111 1122 Uh Ih U 221 1222 Ih Ih U 易得易得 2 1 11 1 0U U h I 2 2 21 1 0

15、U I h I 1 1 12 2 0I U h U 1 2 22 2 0I I h U 第32页/共61页 解：解： 32 4 1 1 2 21 1 U 2 U 1 I 2 I 求求 和和 2 1 11 1 0U U h I 2 2 21 1 0U I h I 111 324 110UII 21 II H 例例 求图示双口网络的求图示双口网络的 参数。参数。H 第33页/共61页 2 11 11 11 0 10 10 U UI h II 2 21 21 11 0 1 U II h II 12 UU 2 0I 1 1 12 2 0I U h U 1 2 22 2 0I I h U 求求 和和 1

16、 12 12 22 0 1 I UU h UU 1 2 22 22 0 0 0 I I h UU 101 10 H 第34页/共61页 若网络互易，则若网络互易，则 1221 hh 若网络对称，则若网络对称，则 11 221221 1h hh h 1221 hh 第35页/共61页 5.35.3双口网络的等效电路双口网络的等效电路 一个无源双口网络可以用一个简单的二端口等一个无源双口网络可以用一个简单的二端口等 效模型来代替，要注意的是：效模型来代替，要注意的是： （1）等效条件：等效模型的参数方程与原双口网）等效条件：等效模型的参数方程与原双口网 络的参数方程相同；络的参数方程相同； （2）

17、等效目的是为了分析方便。）等效目的是为了分析方便。 第36页/共61页 1. 1. 参数表示的等效电路参数表示的等效电路 方法一方法一: :直接由参数方程得到等效电路。直接由参数方程得到等效电路。 N 1 I 1 U 2 I 2 U R 111 1122 221 1222 UR IR I UR IR I 第37页/共61页 221 1222 12122212221121 ()()() UR IR I RIIRRIRRI 111 1122111211212 ()()UR IR IRRIRII 方法二方法二: :等效变换。等效变换。 如果网络是互易的，上图变为如果网络是互易的，上图变为T T型等效

18、电路。型等效电路。 第38页/共61页 2. 2. 参数表示的等效电路参数表示的等效电路 G 1111122 2211222 IG UG U IG UG U 方法一方法一: :直接由参数方程得到等效电路。直接由参数方程得到等效电路。 第39页/共61页 方法二方法二: :等效变换。等效变换。 1111122111211212 ()()IG UG UGGUGUU 2211222 12212212221121 ()()() IG UG U GUUGGUGGU 如果网络是互易的，上图变为如果网络是互易的，上图变为 型等效电路。型等效电路。 第40页/共61页 型和型和 型等效电路可以互换，根据其它型

19、等效电路可以互换，根据其它 参数与参数与 、 参数的关系，可以得到用其它参参数的关系，可以得到用其它参 数表示的数表示的 型和型和 型等效电路。型等效电路。 RG T T 第41页/共61页 设有双口网络设有双口网络 和和 分别把输入口和输出口串分别把输入口和输出口串 联，并且原来的两个网络仍满足各自的端口条件，则联，并且原来的两个网络仍满足各自的端口条件，则 这种连接称为双口网络的串联。这种连接称为双口网络的串联。 5.45.4双口网络的复合连接双口网络的复合连接 1. 1. 串联串联 a N b N 若双口网络若双口网络 的电阻参数为的电阻参数为 , ,双口网络双口网络 的电阻参数为的电阻

20、参数为 , ,如果两个网络串联后仍然满足各如果两个网络串联后仍然满足各 自的端口条件，两个网络串联后形成的双口网络自的端口条件，两个网络串联后形成的双口网络 的电阻参数为的电阻参数为 N a R b N b R a N ab RRR 双口网络的串联图示双口网络的串联图示 第42页/共61页 设有双口网络设有双口网络 和和 分别把输入口和输出口并分别把输入口和输出口并 联，并且原来的两个网络仍满足各自的端口条件，则联，并且原来的两个网络仍满足各自的端口条件，则 这种连接方式称为双口网络的并联。这种连接方式称为双口网络的并联。 a N b N 2. 2. 并联并联 若双口网络若双口网络 的电导参数

21、为的电导参数为 , ,双口网络双口网络 的电导参数为的电导参数为 , ,如果两个网络串联后仍然满足各如果两个网络串联后仍然满足各 自的端口条件，两个网络串联后形成的双口网络自的端口条件，两个网络串联后形成的双口网络 的电导参数为的电导参数为 N a G b N b G a N ab GGG 双口网络的并联图示双口网络的并联图示 第43页/共61页 设前一个双口网络设前一个双口网络 的输出口与后一个双口网络的输出口与后一个双口网络 的输入口相连，并且原来的两个网络仍满足各自的的输入口相连，并且原来的两个网络仍满足各自的 端口条件，则这种连接方式称为双口网络的级联。端口条件，则这种连接方式称为双口

22、网络的级联。 a N b N 3. 3. 级联级联 若双口网络若双口网络 的传输参数为的传输参数为 , ,双口网络双口网络 的传输参数为的传输参数为 , ,如果两个网络级联后仍然满足各如果两个网络级联后仍然满足各 自的端口条件，两个网络级联后形成的双口网络自的端口条件，两个网络级联后形成的双口网络 的传输参数为的传输参数为 N a T b N b T a N ab TTT 双口网络的级联图示双口网络的级联图示 第44页/共61页 5.55.5端口分析法端口分析法 前面已经讨论了双口网络本身的前面已经讨论了双口网络本身的 VAR,在实在实 际的电路问题中际的电路问题中,双口网络往往是电路中的一部

23、双口网络往往是电路中的一部 分分,可能以可能以”黑箱黑箱”的面目出现的面目出现,内部情况不祥内部情况不祥,但但 是是,只要已知了双口网络的只要已知了双口网络的VAR就能对电路进行就能对电路进行 分析，最简单的情况是在双口网络的输入口接电分析，最简单的情况是在双口网络的输入口接电 源，输出口接负载，如下图所示。源，输出口接负载，如下图所示。 第45页/共61页 采用方法：（采用方法：（1 1）双口网络的）双口网络的VARVAR方程方程 （2 2）双口网络两端外接电路的方程）双口网络两端外接电路的方程 联立求解即可。联立求解即可。 11 22 ss L UUR I UR I 第46页/共61页 5

24、.65.6含运算放大器的电阻电路的分析含运算放大器的电阻电路的分析 1. 1. 运放及其特性运放及其特性 （1 1） 运放的电路符号运放的电路符号 运算放大器运算放大器,简称运放，是目前获得广泛应用的多端简称运放，是目前获得广泛应用的多端 器件，因为它能完成加法、减法、微分、积分等运算，器件，因为它能完成加法、减法、微分、积分等运算， 所以称为运算放大器。虽然运算放大器有许多端钮，但所以称为运算放大器。虽然运算放大器有许多端钮，但 仅有四个端钮可与外部电路连接，因此，从电路角度来仅有四个端钮可与外部电路连接，因此，从电路角度来 看，运放可作为一个四端器件，它的电路符号为看，运放可作为一个四端器

25、件，它的电路符号为 第47页/共61页 图中标有图中标有“”号的端钮称为反相输入端（因为在该号的端钮称为反相输入端（因为在该 端加信号时，端加信号时， 与与 是反向的）；标有是反向的）；标有“”号的号的 端钮称为正相输入端（因为在该端加信号时，端钮称为正相输入端（因为在该端加信号时， 与与 是同相的）；是同相的）； 端称为运放的输出端；另一端称为接端称为运放的输出端；另一端称为接 地端或公共端。并把地端或公共端。并把 称为运放的差动输入电压。称为运放的差动输入电压。 o uu o uu d uuu o 第48页/共61页 为了简化起见，许多文献和书籍中将运放的为了简化起见，许多文献和书籍中将运

26、放的 接地端（或公共端）省去，如下图所示。接地端（或公共端）省去，如下图所示。 但在分析电路时，必须考虑接地端（或公但在分析电路时，必须考虑接地端（或公 共端），此时公共端与电路中的接地点相连。共端），此时公共端与电路中的接地点相连。 第49页/共61页 运放的电路模型为运放的电路模型为 0 in o R R A 则为理想运放。则为理想运放。若若 第50页/共61页 对于理想运放，由于对于理想运放，由于 (0 0 uu ii 虚短） （虚断） 2. 2. 含理想运放的电阻电路的分析含理想运放的电阻电路的分析 (1)(1)直观分析法直观分析法 直接利用两类约束和理想运放的虚断、虚短特性直接利用两

27、类约束和理想运放的虚断、虚短特性 进行分析进行分析 （2 2） 理想运放的特性理想运放的特性 in R A, 因此因此 第51页/共61页 例例 下图所示电路为非倒向放大器，试求输出下图所示电路为非倒向放大器，试求输出 电压电压 和输入电压和输入电压 的关系。的关系。 o u in u 第52页/共61页 由虚断得由虚断得 由虚短得由虚短得 所以所以 0 21 ii 21 1 2 RR Ru u o 2 uuuuin 1 2 1 R R u u in o 21 1 RR Ru u o in 第53页/共61页 (2)(2)节点分析法节点分析法 先利用理想运放的虚断特性列节点电压方程，然先利用理想运放的虚断特性列节点电压方程，然 后补充用节点电压表示的虚短特性。后补充用节点电压表示的虚短特性。 当公共端接地时当公共端接地时, ,不对理想运放的输出端节不对理想运放的输出端节 点列写节点电压方程。点列写节点电