第01二端口网络ppt课件

1、 本章主要研讨端口电流、电压之间本章主要研讨端口电流、电压之间的关系，即端口的外特性。本章主要处的关系，即端口的外特性。本章主要处理的问题是找出表征二端口网络的参数理的问题是找出表征二端口网络的参数及由这些参数联络着的端口电流、电压及由这些参数联络着的端口电流、电压方程，并在此根底上分析二端口网络的方程，并在此根底上分析二端口网络的电路。电路。熟习二端口网络的断定，了解无源、有源、线性及非线性二端口网络在组成上的不同点。 戴维南定理中引见的二端网络即为一端口网络。显然一端口网络两个端钮上的电流相等，方向相反。IUI1I1I2I2两对端口均满足一端口网络条件的电路称为二端口网络。U1U2二端口网

2、络内部均由线性元件组成，且两个端口处的电压与电流均满足线性关系时，该二端口网络称为线性二端口网络。I1I1I2I2U1U2 假设一个二端口网络内部不含有独立源或受控源时，我们称其为无源二端口网络；假设二端口网络内部含有独立源或受控源时，那么称其为有源二端口网络。什么是二端口网络？熟习表征二端口网络参数的不同方式，可以写出由这些参数联络着的端口电流和电压方程，并在此根底上分析双口网络的电路，熟习表征二端口网络不同参数之间的关系。 实践的二端口网络制做好后普通都要封装起来，无法看到其内部电路的详细构造。因此，分析这类网络时，只能经过两对端子处电压与电流之间的相互关系来表征电路的功能。而这种关系又可

3、以用一些参数来描画，且这些参数只决议于网络本身的构造和内部元件，与外部电路无关。 利用这些参数，还可以比较不同网络在传送电能和信号方面的性能，从而评价端口网络的质量。 Z参数方程是一组以端口电流为鼓励，以两个端口电压为求解对象的无源线性二端口网络的特征方程。Z参数方程的普通方式为：I1I2U1U2Z3Z1Z2 22212122121111 IZIZUIZIZU Z方程中的参数称为方程中的参数称为Z参数，假设令参数，假设令Z11=Z1+Z3，Z22=Z2+Z3，Z12=Z21=Z3。那么二端口网络可表示。那么二端口网络可表示为：为： Z参数仅与网络的内部构造、元件参数和任务频率有关，而与输入信号

4、的振幅、负载的情况无关。因此，Z参数是用来描画二端口网络本身特性的。 00122101111222IIIUZIUZI时，当输出端口电路 其中Z11是输出端口开路时在输入端口处的输入阻抗，称为开路输入阻抗。Z21称为开路转移阻抗，转移阻抗是一个端口的电压与另一个端口电流之比。 00211202222111IIIUZIUZI时，有当输入端口电路 其中Z22是输入端口开路时在输出端口处的输出阻抗，称为开路输出阻抗。Z21称为开路转移阻抗。 由互易定理可证明，输入、输出两端口位置互换时，不会改动由同一鼓励所产生的呼应，因此总有Z12=Z21，所以说普通情况下Z参数中只需3个是独立的。 假设无源线性二端

5、口网络是对称的，即Z11=Z22，那么输出端口和输入端口互换位置后，各电压与电流均不改动，此时Z参数中仅有两个参数是独立的。 00122101111222UUUIYUIYU时，即当输出端口电路短路， Y参数方程是一组以端口电压为鼓励，以两个端口电流为求解对象的无源线性二端口网络的特征方程。Y参数方程的普通方式为：22212122121111UYUYIUYUYI Y方程中的参数称为方程中的参数称为Y参数。参数。Y参数的物理意义参数的物理意义同样可由同样可由Y参数方程推导而得。参数方程推导而得。 00211202222111UUUIYUIYU有当输入端口短路时，即 其中Y22是输入端口短路时在输出

6、端口处的输出导纳，称为短路输出导纳。Y21称为短路转移导纳。 同样可以证明，对于无源线性二端口网络而言，总有Y12=Y21，因此Y参数中也只需3个是独立的。 假设无源线性二端口网络对称，就有Z11=Z22，这时即使输出端口和输入端口互换位置，各电流与电压也不会改动，此时Y参数中仅有两个是独立的。求图示电路的Z参数。当输出端开路时I1I2U1U2141213267)3141/(21111IIU267 011112IIUZ当输入端开路时133)2141/(31222IIU133 022221IIUZ找出输入、输出电压的关系，进而求出开路转移阻抗：32412121221UUU1321333232 0

7、220211211IIIUIUZ 传输方程是知输出端口电压和电流，求解二端口网络输入电压和电流而建立的方程式，其普通表达方式为：22222112122111IAUAIIAUAU 传输方程中的参数称为传输方程中的参数称为A参数。参数。A参数的物理意参数的物理意义可由传输方程推导而得。义可由传输方程推导而得。假设两电流方向均为假设两电流方向均为流入端口；假设非如流入端口；假设非如此时第此时第2项为正。项为正。 当二端口网络为无源线性网络时，A11A22-A12A21=1，此时A参数中有3个是独立的，假设网络是对称的，那么有：A11=A22，这时A参数中只需两个是独立的。 0021210211122

8、2IIUIAUUAI，有当输出端口开路时，即 A参数的物理意义如下： 00211202122222UUIUAIIAU，有当输出端口短路时，即 混合方程是知二端口网络输出端口电压和输入端口电流，求解其输入电压和输出电流时，用h参数而建立的方程式，其普通表达方式为：22212122121111UhIhIUhIhU 混合方程中的参数称为混合方程中的参数称为h参数。参数。h参数的物理意参数的物理意义可由传输方程推导而得。义可由传输方程推导而得。此方程在选择两电流此方程在选择两电流的参考方向均为流入的参考方向均为流入二端口网络时成立。二端口网络时成立。 当二端口网络为无源线性网络时，h参数之间有h12=

9、h21成立，此时h参数中有3个是独立的，假设网络对称，那么 h11h22h12h21=1，此时h参数中只需2个是独立的。 00222202112122IIUIhUUhI，有当输入端口开路时，即 h参数的物理意义如下： 1 0012210111222UUIIhIUhU，有当输出端口短路时，即 一个双口网络，可以用上述4组参数中的恣意一组参数来描画，显然这4组参数之间存在一定的转换关系。各参数之间的关系可参看课本P148页表10.1。22212122121111UhIhIUhIhU知h参数：求Y参数。211111212UhUhhIH21122211hhhhH代入得式中：由得 Y参数方程为：2221

10、2122121111UYUYIUYUYI211111212UhUhhIH比较Y参数方程和式和可得： 无源线性二端口网络经过简单丈量得到的参数称为实验参数，共有4个，分别是：011in2IIUZ输出端口开路时的输入阻抗：0110in2UIUZ输出端口短路时的输入阻抗：022out1IIUZ输入端口开路时的输出阻抗：0220out1UIUZ输入端口短路时的输出阻抗： 11210out2122out22210in2111in；AAZAAZAAZAAZ实验参数和其它参数之间存在着一定的关系，例如： 22112121out0outin0inAAAAZZZZ利用上式还可以得：outin0out0in ZZ

11、ZZ即实验参数中只需3个是独立的，假设网络对称，那么：这时只需2个是独立的。阐明阐明Z参数参数和和Y参数的参数的意义。意义。试根据试根据A参数方参数方程，导出知输入程，导出知输入端口电压、电流，端口电压、电流，求解输出端口电求解输出端口电压、电流的方程？压、电流的方程？利用利用Z参数、参数、Y参数及参数及h参数分参数分析网络电路时，析网络电路时，各适宜于何种场各适宜于何种场所？所？试根据试根据Z参数方程参数方程导出导出h方程与方程与Z参参数之间的关系。数之间的关系。在无源线性二端口网络的输入端接入信号源(或电源)，输出端接负载后，学习描画输出信号之间因果关系的方法及网络性质的表示方式。 实践运

12、用中，二端口网络的输入端普通均与带有内阻的电源相衔接，输出端通常衔接有负载。对这类有端接的二端口网络引入输入、输出阻抗的概念，进行电路分析和计算时将非常方便。1. 输入阻抗 输入阻抗可以用任何一种参数来表示，例如图示电路的输入阻抗假设用A参数表示时，根据前面的分析的公式可得：I1I2U1U2USZSZL22L2112L1122222112221122222121221111in)()(AZAAZAAIUAAIUAIAUAIAUAIUZ 假设采用实验参数来表示，那么：)()()(outL0outLin2122L1112L2111inZZZZZAAZAAZAAZ2. 输出阻抗 把信号源短接，保管其

13、内阻抗，此时输出端口电压与电流的比值，称为输出阻抗Zout，如上图所示。I1I2U1U2ZS 把输出阻抗也用A参数表示时，根据前面的分析的公式可得：11S2112S22outAZAAZAZ 假设把输出阻抗用实验参数表示时：outS0outSoutoutZZZZZZ式中：11SIUZ 利用二端口网络输入、输出阻抗，可以很方便地求出端口处的电压和电流，其等效电路如下：I1U1USZSZinI2U2USZoutZL 当二端口网络的输入端口接鼓励信号后，在输出端得到一个呼应信号，输出端口的呼应信号与输入端口的鼓励信号之比，称为二端口网络的传输函数。 当鼓励和呼应都是电压信号时，传输函数为电压传输函数，

14、用Ku表示；当鼓励和呼应为电流信号时，那么传输函数为电流传输函数，用Ki表示。假设端口处电流的参考方向流入网络，那么传输函数为：22L11222221212i12L11L212211212u1)()(AZAIAUAIIIKAZAZIAUAUUUKRCU1U2输出端开路时输出、输入电压的关系CRjUCjRUCjU111112开路电压传输函数：CRjUUK1112u其中幅频特性和相频特性为：2u)(11)(CRjK两种特性用曲线表示：)arctan()(uCR1 1)(ujK0 0-/2)(0 0RCU1U21.图示电路输出端假设接负载ZL时，求Zin。2. 当输入电压幅度为1V，相位为0，=1/

15、RC时，输出电压幅度为多大？输出电压的相位为多少？CjZZjRIUZ1CLL11inV45/707. 00/ 11111112CRRCjUCRjU。，相位为可见，幅度：45-V1mU利用知网络的根本方程，找出方程的等效电路，了解根本网络电路之间相互变换的关系。 任何给定的线性二端口网络，都可以用一个较为简单的二端口网络来等效替代。假设这个简单的二端口网络中的各参数与给定的二端口网络相等，那么这个二端口网络就与给定的二端口网络外部特性完全一样，因此我们就可以说它们是等效的。 由于无源线性二端口网络只需三个独立参数，因此，最简单的二端口网络等效电路只用三个独立参数来构成。下面引见的T形等效电路就是

16、其中之一。 知一个复杂的无源线性二端口网络的Z参数方程22212122121111IZIZUIZIZU Z参数方程中的各参数与T形等效电路中参数的关系3222321213111 ZZZZZZZZZ，I1I2U1U2Z3Z1Z2 联立求解可得：211231222212111ZZZZZZZZZ 求其它参数方程的T形网络等效电路时，均应先进展参数变换，再利用上式求得。知Y参数方程为2122114 . 02 . 02 . 02 . 0UUIUUI 求该方程所表示的最简T形等效电路。04. 0)2 . 0()2 . 0(4 . 02 . 021122211YYYYY先求|Y|：504. 02 . 050

17、4. 02 . 0 1004. 04 . 012122111222211YYZZYYZYYZ根据知Y参数求出Z参数： 5 0555510211231222212111ZZZZZZZZZ再由Z参数得出最简T形等效电路中的3个阻抗数值分别为：5100T形等效电路为：形等效电路为： 线性二端口网络的T形等效电路用Z参数表示较为简单，而形等效电路用Y参数表示较为方便。 假设知线性二端口网络的Y参数，根据Y参数的定义，可得到Y参数与形等效电路参数之间的关系 11 1 11222111cbccaZZYZYZZY联立方程可得：21212221121111 1 1YYZYYZYYZcba 总而言之，线性二端口

18、网络的最简电路方式中，总而言之，线性二端口网络的最简电路方式中，形等效电路用形等效电路用Y参数进展求解和表示时较为方便，参数进展求解和表示时较为方便，而而T形等效电路普通用形等效电路普通用Z参数进展变换和表示。参数进展变换和表示。ZaZbZc 假设给定的是二端口网络的Y参数，确定其形等效电路中的Y1、Y2、Y3参数的值时，可先写出形等电路的结点电流方程：122121)(IUYUYY原二端口网络的Y参数方程22221211212111IUYUYIUYUY比较两组方程可得： )(212223IUYUYYI1I2Y1Y212Y303222221122111YYYYYYYYY2221321122121

19、11YYYYYYYYY联立三组方程求解得I1I2ZaZc12Zb0cbacaZZZZZZ1假设求形等效电路的Z参数，那么反过来，求形有21212221121111 1 1YYZYYZYYZcba；I1I2U1U2Z3Z1Z2假设知最简二端口网络的形等效电路，求其T形等效电路的Z1、Z2和Z3，其变换关系为cbacbZZZZZZ2cbabaZZZZZZ3331322113132212313221ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZcba 二端口网络的衔接指的是各子二端口网络之间的衔接及衔接方式。二端口网络的衔接方式很多，根本的衔接方式有串联衔接、并联衔接及级联等。两个二端口网络的串接

20、I1I2U1U2Z3I1aI2aU1aU1bU2aU2bI1bI2b两个二端口网络的并接I1I2U1U2Z3I1aI2aU1aU1bU2aU2bI1bI2b两个二端口网络的串并联两个二端口网络的并串联I1I2U1U2Z3I1aI2aU1aU1bU2aU2bI1bI2bI1I2U1U2Z3I1aI2aU1aU1bU2aU2bI1bI2b 两个或两个以上的二端口网络，上一级二端口网络的输出端口与下一级二端口网络的输入端口作对应衔接时称为二端口网络的级联。级联时，二端口网络参数的计算，采用T参数较为方便。 两个二端口网络级联时，采用T参数较为方便，级联后的T参数矩阵等于各二端口网络的矩阵Ta和Tb之

21、积。I1I2U1U2I1aI2aU1aU1bU2aU2bI1bI2b 参看课本P153154页例10.4题。掌握二端口网络的特性阻抗和传输常数的条件、意义及求解方法。 普通情况下，二端口网络的输入阻抗并不等于信号源的内阻抗，输出阻抗也不等于负载阻抗，但为了到达某种特定的目的，让上述两对阻抗分别相等，这时二端口网络的输入阻抗和输出阻抗就只与网络参数有关，这种情况称为网络实现了匹配。匹配条件下，二端口网络的输入阻抗和输出阻抗称之为输入特性阻抗和输出特性阻抗，分别用ZC1、ZC2表示，特性阻抗与网络参数之间的关系假设用A参数表示，那么：22C22112C21122L2112L111CAZAAZAAZ

22、AAZAZ联立二式可得：11C12112C122C2AZAAZAZ 11212221C222211211C1AAAAZAAAAZ；假设二端口网络为对称网络时， 2121C2C1AAZZ特性阻抗与实验参数之间的关系为： out0outC2in0inC1ZZZZZZ；由上式可见，特性阻抗仅由二端口网络的参数决议，且与外接电路无关，即特性阻抗为网络本身所固有，因之称为二端口网络的特性阻抗。 在有端接的二端口网络中，假设负载阻抗等于特性阻抗，我们称此时的负载为匹配负载，网络任务在匹配形状。由于对称二端口网络的一个端口上接匹配负载时，在另一个端口看进去的输入阻抗恰好等于该阻抗，因此又称特性阻抗为反复阻抗

23、。 11212221C222211211C1AAAAZAAAAZ；参看课本P155页例10.5。 二端口网络任务在匹配形状下，对信号的传输能力用传输常数表示， 上式可变换为： ln212211IUIU 式中的称为衰减常数，表示在匹配形状下信号经过二端口网络时其视在功率衰减的程度，单位是奈培Np；式中的称为相移常数，表示在匹配形状下电压、电流经过二端口网络时产生的相移，单位是弧度rad；式中的(u-i)表示电流I2滞后I1的相位差角。jjIUIUIUIUiu )(21ln21 ln2122112211 在网络对称情况下：jjIIjUUiu ln ln2121 实践运用中，衰减常数普通邓常用对数的10倍，其单位采用分贝dB，即：)dB(log102211IUIU 奈培与分贝之间的换算关系为：0.1151Np1dB8.686dB1Np了解无源线性二端口网络的实践运用。 相移器是一种在阻抗匹配条件下的相移网络。在规定的信号频率下，使输出信号与输入信号之间到达预先给定的相移关系。相移器通常由电抗元件构成，由于电抗元件的值是频率的函数，所以一个参数值确定的相移器，只对某一特定频率产生预定的相移。另外，电抗