第16章二端口网络ppt课件

1、 本章介绍二端口本章介绍二端口(网络网络)及其方程，二端口的及其方程，二端口的Y、Z、T(A)、H等参数矩阵以及它们之间的相互关系，等参数矩阵以及它们之间的相互关系，还介绍还介绍T型和型和型等效电路及二端口的连接。型等效电路及二端口的连接。 对于二端口网络，主要分析端口的电压和电流，对于二端口网络，主要分析端口的电压和电流，并通过端口电压电流关系来表征网络的电特性，而并通过端口电压电流关系来表征网络的电特性，而不涉及网络内部电路的工作情况。不涉及网络内部电路的工作情况。本章作业本章作业161、162、164、165N11i1i1二端网络二端网络根据根据KCL， i1= i1一端口网络一端口网络

2、N11i1i122i2i2四端网络四端网络假设：假设：i1= i1，i2= i2则为二端口网络则为二端口网络如变压器如变压器 三个端钮也可构三个端钮也可构成二端口网络。如成二端口网络。如晶体三极管晶体三极管I1I2I1 I2 二端口网络二端口网络可见：二端网络与一可见：二端网络与一端口网络相同，四端端口网络相同，四端网络与二端口网络不网络与二端口网络不是一个概念。是一个概念。研究对象：研究对象：线性、无独立源二端口网络线性、无独立源二端口网络研究的意义：研究的意义：1、仅对端口、仅对端口u、i感兴趣感兴趣2、集成电路内部不可测、集成电路内部不可测研究的内容：研究的内容：u1、u2、i1、i2之

3、间的关之间的关系系1、已知二端口网络，求端口电压电流的表达式、已知二端口网络，求端口电压电流的表达式2、已知端口电压电流的表达式求等效的二端口网络。、已知端口电压电流的表达式求等效的二端口网络。研究的方法：研究的方法：列方程、求参数列方程、求参数商定商定1. 讨论范围讨论范围含线性含线性 R、L、C、M与线性受控源与线性受控源不含独立源不含独立源2. 参考方向参考方向线性线性RLCM受控源受控源i1i2i2i1u1+ +u2+ +NIU=ZIUI=YU可见：表征一端口网络电可见：表征一端口网络电特性的参数只有一个，两特性的参数只有一个，两种表示方法种表示方法Z、Y。NI1U1U2I21221二

4、端口的四个物理量二端口的四个物理量 U1、 I1、U2、 I2 中任取两个为自变量，中任取两个为自变量，两个为因变量，可得到两个为因变量，可得到 C4=62组表征这个二端口网络的组表征这个二端口网络的方程。方程。一、一、Y参数参数I1、 I2 、为因变量，、为因变量， U1 U2、 、为自变量，、为自变量，NI1U1U2I21221利用网孔电流法，列方程利用网孔电流法，列方程Zl1 +Zl2 + +Zll =0I1I2IlZ11 +Z12 + Z11 +Z12 + +Z1l =+Z1l =I1I2Il U1Z21 +Z22 + +Z2l =I1I2Il U2Z31 +Z32 + +Z3l =0

5、I1I2Il 方程中方程中 为为N中的网孔电流中的网孔电流I3IlI1I2解方程组解方程组I1 =1111U1+2121U2=Y11 +Y12U1U2I2 =1212U1+2222U2=Y21 +Y22U1U2矩阵形式矩阵形式I1I2=Y11 Y12Y21 Y22U1U2二、二、Y参数的计算及意义参数的计算及意义1、令：、令： =0U2=Y21 +Y22I2U1U2=Y11 +Y12I1U1U2那么：那么：Y11=I1U1 =0U211端入端导端入端导纳纳Y21=I2U1 =0U2转移导纳转移导纳2、令：、令： =0U1那么：那么：Y12=I1U2 =0U1转移导纳转移导纳Y22=I2U2 =

6、0U122端入端导端入端导纳纳Y参数又称为短路参数。参数又称为短路参数。NI1U1U2I21221YaYbYc1122I1I2U1U2例例1：求二端口网络的求二端口网络的Y参数参数解：解： 将将2222端短端短路路Y11=I1U1 =0U2=Ya+YbY21=I2U1 =0U2= Yb 将将1 11 1端短端短路路Y12=I1U2 =0U1= YbY22=I2U2 =0U1=Yb+Yc=Y11 +Y12I1U1U2=Y21 +Y22I2U1U2Y =Ya+Yb YbYbYb+YcU2网络中不含受控源时，网络中不含受控源时，Y12=Y21只有三个独立参数。网络对称时只有三个独立参数。网络对称时Y

7、11=Y22，只有两个独立参数。，只有两个独立参数。U11 例例2：1122ZY =1Z1Z1Z1Z1122Z1Z2Y =Z1+Z21Z1+Z21Z1+Z21Z1+Z211122Z不存在不存在Y参数参数例例3：1122+U1U2I1I2852I12求二端口网络的求二端口网络的Y参数参数解：解： 将将2222端端短路短路11U1I1I2852I1可以看出：可以看出：2、5电阻电阻上无电流；受控电流源两上无电流；受控电流源两端无电压。端无电压。Y11=I1U1 =0U2=18Y21=I2U1 =0U2=0方法一：根据参数的定义方法一：根据参数的定义续例续例3：1122+U1U2I1I2852I12

8、 将将1 11 1端短端短路路5 +2( + )2 =0I2I1 I2I1 U2=7U2I2Y22=I2U2 =0U1=175 8 =0I2 I1 U257U2 8 =0I1 U2Y12=I1U2 =0U1= 281Y =180 28117 可见：含有受控源可见：含有受控源的二端网络的二端网络Y12Y21方法二：利用结点电压法方法二：利用结点电压法1122+U1U2I1I2852I12UnUn=U18+U252I1281+51+21=335 +8 40U1 U2I18 = I1 U1 Un从上面两式可解出：从上面两式可解出： =81I1U1281U2Y11=81Y12= 281同理：同理：5

9、= I2 U2 Un将将 、 代入，可解出：代入，可解出：Un I1= 0I2U1U2+71Y21=0Y22=71Y =180 28117三、三、Z参数参数I1、I2为因变量，为因变量，U1 U2、 为自变量，为自变量，NI1U1U2I21221U2=Z21 +Z22I1I2U1=Z11 +Z12I1I2Z =Z11 Z12Z21 Z22Z11 =U1I1 =0I211端输入阻端输入阻抗抗Z21 =U2I1 =0I2转移阻抗转移阻抗Z12 =U1I2 =0I1转移阻抗转移阻抗Z22 =U2I2 =0I122端输入阻端输入阻抗抗Z参数又称为开路参数。参数又称为开路参数。网络中不含受控源时，网络中

10、不含受控源时，Z12=Z21只有三个独立参数。只有三个独立参数。网络对称时网络对称时Z11=Z22，只有两个独立参数。，只有两个独立参数。例：例：1122+U1U2I1I2852I12求二端口网络的求二端口网络的Z参数参数解：令解：令 =0I2U1 =8 +2 2I1I1I1=8I1Z11 =U1I1 =0I2=8U2 =2 2I1I1=0Z21 =U2I1 =0I2=0解：令解：令 =0I1=2U1I2Z12=2=7U2I2Z22=7方法一：根据参数的定义方法一：根据参数的定义Z =8 20 7方法二：利用回路电流法方法二：利用回路电流法1122+U1U2I1I2852I12=8 +2( +

11、 )2 U1I1I1 I2I1 =8 +2I1I2=5 +2( + )2 U2I2I1 I2I1=7I2U2=Z21 +Z22I1I2U1=Z11 +Z12I1I2Z =8 20 7四、四、T参数参数 (A参数参数)(传输参数传输参数)用端口用端口2表示端口表示端口1NI1U1U2I21221=A B U1U2I2=C D U2I2I1T =A BC DI1=A BC DU1U2I2A=U1U2 =0I2转移电压比转移电压比(无量纲无量纲)B=U1I2 =0U2短路转移阻抗短路转移阻抗()C=U2 =0I2I1开路转移导纳开路转移导纳(S)D=I2 =0U2I1转移电流比转移电流比(无量纲无量

12、纲)网络中不含受控源时，网络中不含受控源时，ADBC=1只有三个独立只有三个独立参数。网络对称时参数。网络对称时A=D，只有两个独立参数。只有两个独立参数。五、五、H参数参数(混合参数混合参数)NI1U1U2I21221=H11 +H12U1I1U2=H21 +H22I1U2I2H =H11 H12H21 H22H12:转移电压比转移电压比(无量纲无量纲)H11:短路输入阻抗短路输入阻抗()H22:开路输入导纳开路输入导纳(S)H21:转移电流比转移电流比(无量纲无量纲)网络中不含受控源时，网络中不含受控源时，H21= H12只有三个独立参数。只有三个独立参数。网络对称时网络对称时H11H22

13、H12H21=1，只有两个独立参数。，只有两个独立参数。另外两种参数这里不再介绍。另外两种参数这里不再介绍。例：例：2 : 13U1U2I1I2求：图示二端网络的求：图示二端网络的 Z、Y、T、H参数。参数。I1 =2U1U2(1)I1 = 12I2(2)解：解：求求Z参数参数Z11 =U1I1 =0I2=3 =0, =0, =0=0I2I1 ()Z21 =U2I1 =0I2=U1I1 =0I221=32Z12 =U1I2 =0I1 =0时时, = 3 , I1I1 U1Z22 =U2I2 =0I1(Zi=n2ZL, =U234I2)=32=34U132I2 = = Z =3323234=A

14、B U1U2I2=C D U2I2I1求求Y Y参数参数2 : 13U1U2I1I2I1 =2U1U2I1 = 12I2Y11=I1U1 =0U2=Y参数不存在。参数不存在。求求T T参数参数=2U1U2=I113+I1 U1=23U212I2T =202312求求H H参数参数=H11 +H12U1I1U2=H21 +H22I1U2I2=2U1U2I1 = 2I2= 2( )I113U1 = 2 + I143U2H =20432计算二端口的参数要掌握如下要点：计算二端口的参数要掌握如下要点： 1、掌握与每种参数相对应的二端口网络方程，、掌握与每种参数相对应的二端口网络方程，理解这些方程各自对

15、应的参数的物理意义。这样就不理解这些方程各自对应的参数的物理意义。这样就不难找出各个参数与端口物理量之间的关系。难找出各个参数与端口物理量之间的关系。 2、一般情况下，线性、无独立源的二端口网络、一般情况下，线性、无独立源的二端口网络的独立参数有四个。但对互易的二端口网络，仅有三的独立参数有四个。但对互易的二端口网络，仅有三个独立参数，对称的二端口网络，仅有两个独立参数。个独立参数，对称的二端口网络，仅有两个独立参数。 3、选用二端口网络何种参数要看实际需要。并非、选用二端口网络何种参数要看实际需要。并非任何线性、无独立源二端口网络都能任选各种参数进任何线性、无独立源二端口网络都能任选各种参数

16、进行分析，如理想变压器就没有行分析，如理想变压器就没有Z参数和参数和Y参数。参数。六、六、Z、Y、T、H参数之间的相互转换参数之间的相互转换1、YZ=Y21 +Y22I2U1U2=Y11 +Y12I1U1U2U1=I1Y12Y22I2Y12Y22Y11Y21=Y22Y12I1I2U2=I1Y11Y21 I2Y12Y22Y11Y21Y21+Y11I1I2= Z =Y22Y12Y21 Y112、YT由式由式(2)可解出：可解出：=Y11 +Y12I1U1U2(1)=Y21 +Y22I2U1U2(2)U1 = Y22 Y21U2+Y211I2(3)将将(3)代入代入(1)得：得：T =Y22 Y21

17、1Y21Y21Y22Y12Y11Y11 Y21=I1Y21Y11I2Y12Y11 Y21Y22U2+(4)=A B U1U2I2=C D U2I2I1假设：假设：Y12=Y21则有则有:ADBC=1假设：假设：Y11=Y22则有则有:A=D由二端口的参数方程求等效电路由二端口的参数方程求等效电路一、线性、无受控源二端口等效电路一、线性、无受控源二端口等效电路因为二端口网络中不含受控源时，只有三个参数独立。因为二端口网络中不含受控源时，只有三个参数独立。因此，二端口最简的等效电路可以只包含三个元件。因此，二端口最简的等效电路可以只包含三个元件。I1U1U2I2YaYbYc1221 型型U222I

18、1U1I211T型型Z1Z2Z31、已知、已知Y参数求等效电路参数求等效电路Y =Y11 Y12Y21 Y22用用型电路等效型电路等效 型电路型电路Y参数为：参数为：Y11=Ya+YbY12=Y21= YbY22=Yb+Yc若要电路等效，二者的若要电路等效，二者的Y参数必然相等。参数必然相等。即：即：Y11、Y12、Y21、Y22已知，可解出：已知，可解出：Ya=Y11+Y12Yb= Y12Yc=Y22+Y21I1U1U2I2YaYbYc1221 型型2、已知、已知Z参数求等效电路参数求等效电路Z =Z11 Z12Z21 Z22用用T型电路等效型电路等效U222I1U1I211T型型Z1Z2Z

19、3T型电路型电路Z参数为：参数为：Z11=Z1+Z2Z12=Z21=Z2Z22=Z2+Z3若要电路等效，二者的若要电路等效，二者的Z参数必然相等。参数必然相等。即：即：Z11、Z12、Z21、Z22已知，可解出：已知，可解出：Z1=Z11Z12Z2= Z12Z3=Z22Z21U1U2I1I2Z11Z22二、线性、含受控源二端口等效电路二、线性、含受控源二端口等效电路1、已知、已知Z参数参数U2=Z21 +Z22I1I2U1=Z11 +Z12I1I2方法一方法一:用用CCVS代替代替+Z12 I2+Z21 I1方法二方法二:将原方程变换为将原方程变换为=(Z11Z12) +( + )Z12I1U

20、1I1 I2U2=Z12( + )+(Z21Z12) +(Z22Z12)I1I2I1 I2U222I1I211U1Z11Z12Z12Z22Z12+(Z21Z12)I12、已知、已知Y参数参数=Y21 +Y22I2U1U2=Y11 +Y12I1U1U2方法一方法一:用用VCCS代替代替U1U2I1I2Y11Y22方法二方法二:将原方程变换为将原方程变换为=(Y11+Y12) Y12( )I1U1 U2U1=Y12( )+(Y21Y12) +(Y22+Y12)I2U1 U2U1U2U2U1I1Y11+Y12Y12I2Y22+Y12(Y21Y12) U1Y12 U2Y21 U13、已知、已知H参数参

21、数=H11 +H12U1I1U2=H21 +H22I1U2I2I1U1I1H11+H12U2U2I2H22H21ubeuceibicebcic=hfeib+hoeuceube=hieib+hreuce例：晶体三极管例：晶体三极管hie+hreucehoehfeibubeuceibicebc连接方式：连接方式：N1 U1 U2I1 I1 I2 N2I1 I1 U1I2 U2级联级联(链联链联)N1 U1 U2I1 I1 I2 N2I1 I1 U1I2 U2串联串联并联并联N1 U1 U2I1 I1 I2 N2I1 I1 U1I2 U2混联混联串并联串并联并串联并串联N1N2N1N21、级联、级联

22、I1=U1U2I2 T1I1=U1U2I2T2 =U2 U1 =I2 I1 =T1T2U2I2 =U1 U1 =I1 I1 =U2 U2 =I2 I2 I1U1=T1T2U2I2=TU2I2T=T1T2N1 U1 U2I1 I2 N2I1 I1 U1I2 U2 U1U1I1U2I2假设：假设：T=T1T2T1=A B C DT2=A B C D 那那么么:T=AA+BC AB+BDCA+DC CB+DD例例易求出易求出 10 411T 1S 25. 0012T 10 613T 4 6 4 4T1 2.5S 0.25 1621061125. 001 1041 321TTTT得得 4 6T3T2

23、222221121111IU TTTTIU2、并联、并联N1N2U2U1 U1 U2U1 U2 I2I1I1 I2 I2 I1 I1 I2 =Y1 U1 U2I1I2 =Y2U1U2 I1I2=I1 I2 +I1I2 =Y1 U1 U2+Y2U1U2 U1U2= Y1+Y2Y=Y1+Y2(1) 两个二端口并联时，其端口条件可能被破坏两个二端口并联时，其端口条件可能被破坏, 此时上此时上述关系式就不成立。述关系式就不成立。102A1A1A1A52.5 10V+ 5V +2A2A1A1A 1A1A2.5 2.5 10V +5V + 1A留意：留意：不是二端口不是二端口不是二端口不是二端口并联后端口

24、条件破坏并联后端口条件破坏4A-1A2A1A2A 2A002A1010V5V1A1A52.5 2.5 2.5 + +YYY 4A4A1A1A例例R1R4R2R3R1R2R3R4(2) 具有公共端的二端口，将公共端并在一起将不会破具有公共端的二端口，将公共端并在一起将不会破坏端口条件。坏端口条件。3、串联、串联Z=Z1+Z2N1N2 U1 U2U1 U2 I2I1I1 I2 I2 I1 U1U2I1 I2 =Z1 U1 U2I1I2 =Z2U1U2 I1 I2 I1I2 =Z1+Z2=+ U1 U2U1U2 U1U2I1I2= Z1+Z24、串并联、串并联N1N2 U1U1 I1I1 I1 U1

25、U2 U2U2 I2I2 I2 =H2I2 U1 I1 U2 I2U1I2 U1=+I2 U1 =H1I1 U2+H2I1 U2 I2 U1=H1I1 U2= H1+H2I1U2H=H1+H2例例1：Y1Y2求：二端口网络的求：二端口网络的T参数参数解：将原网络分解成两解：将原网络分解成两 个二端口网络的级联个二端口网络的级联 N1N2T1= 0Y2 1T2= 0 1Y11T=T1T2=1Y11Y21+Y1Y2例例2：Z2Z1Z1Z3将所给二端口网络分解成将所给二端口网络分解成两个二端口网络的连接。两个二端口网络的连接。方法一：分解成两个网络的并联方法一：分解成两个网络的并联Z2Z1Z1Z3方

26、法二：分解成方法二：分解成两个网络的串联两个网络的串联Z3Z1Z1Z2例例. 已知二端口网络的已知二端口网络的Z参数为参数为 4223Z,us的波形如图示，的波形如图示，iL(0-)=0，求电压，求电压u并画出其变化曲线。并画出其变化曲线。ut(s)t(s)1 10 09V9VS SN Nus s11ui3H3Hi1解解 ：法：法1：122us1i1ui3H+_RiU03Hu 2122114223IIuIIuu1= us-I1U0= us/2 3022suiIURN Nus s11ui3H3Hi1法法2： 4223ZU0为为I2=0时的时的u2us = 4I1Ri为为us=0时入端电阻时入端电

27、阻 2122114223IIuIIIus2121II +_3u03Hut(s)t(s)1 10 04.5V4.5Vu00 t 19480515111.)( eiL84421.)( Lu)(.18442 tLeuuLt4.51.655-2.844课程总结：课程总结：电路分析电路分析稳态电路稳态电路(稳态响应稳态响应)暂态电路暂态电路(全响应全响应)二端口网络二端口网络直流电路直流电路正弦交流电路正弦交流电路非周期电流电路非周期电流电路一阶电路一阶电路高阶电路高阶电路单相交流电路单相交流电路含有互感电路含有互感电路谐振电路谐振电路三相交流电路三相交流电路电路的分析方法总结电路的分析方法总结理论依据：理论依据：KCL、KVL分析方法：分析方法：等效变换等效变换列方程组列方程组定理定理无源元件的等效变换无源元件的等效变换有源元件的等效变换有源元件的等效变换支路电流法支路电流法回路回路(网孔网孔)电流法电流法结点电压法结点电压法叠加定理叠加定理戴维宁戴维宁(