二端口网络
二端口网络
Z21
U 2 I1
I2 0为22’端开路，其电压与11’端口电流的比值，
称为22’端口与11’端口间的转移阻抗。
上述参数决定于网络内部元件及其连接方式，它们都是在一
个端口开路的情况下计算或测试得到，也称其为开路阻抗参数
(open-circuit impedance parameters)
Z参数方程的矩阵形式：UU 12
电流则可看作其响应。叠加定理得：
I1 Y11U1 Y12U 2
U 1
N
U 2
I2 Y21U1 Y22U 2
1'
2'
Y11
I1 U 1
U 2 0
为22’端短路，11’端口的电流与电压的比值，
称为输入导纳或驱动点导纳(driving po int admit tan ce)
Z22
U 2 I2
I1 0
为11’端开路，22’端口的电压一与、电Z流参数的方比值程，
称为22’端口的驱动点阻抗;
Z12
U 1 I2
I1 0 为11’端 开 路 ， 其 电 压 与22’端 口 电 流 的 比 值 ，
称为11’端口与22’端口间的转移阻抗(transfer impedance);
2'
T
A C
DB称为传输参数矩阵（transmission
par二am、etTer参s 数m方atr程ix）
各参数的定义：
A
U 1 U 2
I2 0,
B
U 1 I2
U 2 0,
C
I1 U 2
I2 0,
二端口网络
二端口网络二端口网络是指由两个终端设备所构成的网络系统。
它是一种基于计算机网络技术的网络结构，可以实现设备间的数据传输与通信。
二端口网络常见于家庭或小型企业的局域网（LAN）环境中，用于连接电脑、打印机、路由器、交换机以及其他网络设备。
二端口网络扮演着传输信息的“管道”角色，它为设备间的信息交换提供了可靠的通道。
二端口网络的特点之一是它结构简单、易于构建。
二端口网络通常包括一个网络连接线（如网线或无线信号传输）、两个设备端口和一系列网络服务协议。
这些协议负责设备间信息交换的数据格式和协议规则。
二端口网络的结构简单明了，易操作，对于初学计算机网络的用户来说十分友好。
二端口网络的工作原理是基于分组交换技术。
在数据传输中，发送端将数据传输成一组组数据包（packet），每个数据包都有包头和数据体部分。
包头包含了目标设备的地址信息和其他控制信息；数据体则是实际要传输的数据。
数据包在传输过程中经过多个中继器（如路由器和交换机），每个中继器将数据包解析后转发至下一站，直至传输到目标设备。
在传输过程中，中继器需要参照网络服务协议解析数据包，将数据包放置在正确的端口。
通过这种方式，二端口网络实现了设备间信息的传输与通信。
二端口网络的优点是显而易见的。
首先，它支持松耦合的系统设计。
二端口网络结构简单，设备之间相对独立，可以同时支持多个设备与主机的连接。
其次，二端口网络可以在不同的操作系统平台之间实现联通。
不同设备之间可以使用标准的网络协议通信，从而实现数据传输。
此外，二端口网络还可以实现设备远程控制的功能，对于设备管理和监控来说非常有帮助。
在使用二端口网络的同时，也需要注意一些问题。
首先，网络的带宽和容量限制是不可忽视的。
网络带宽和容量可能会出现瓶颈，影响网络的传输效果。
相比于现代的多端口交换机，二端口网络的传输能力不及多端口交换机，因此在实际应用中需要注意搭建并优化网络结构。
其次，二端口网络传输的数据安全性较低，仅使用协议规则验证。
第16章-b-二端口网络
L di1 dt
L r 2C
BACK NEXT
从端口1看，u1, i1关系为一等效电感关系，L= r2C. 若 r =50k, C =1F 则 等效电感 L=2500H ！
3. 回转器不消耗功率(能量)，也不储能。是线性无源元件。
u1i1 u2i2 ri2i1 ri1i2 0
4. 回转器是非互易元件。
T11 T21
T12 T11
T22
T21
T12 T22
UI22
得 T T T
结论： 级联后所得复合二端口T 参数矩阵等于级联旳二 端口T 参数矩阵相乘。上述结论可推广到n个二端 口级联旳关系。
...
T1
T2
... Tn
T=[T1][T2] …. [Tn]
BACK NEXT
例
4
Z11 Z 21
Z12
Z
22
结论：
串联后复合二端口Z 参数矩阵等于原二端口Z 参数 矩阵相加。可推广到n端口串联。
BACK NEXT
注意： （1）串联后端口条件可能被破坏。
2A
2 Z” 2
1A
1.5A
3A 1¸
3 1¸ 1.5A
2A
1A
1¸
1¸
1.5A
1.5A 2
2A
2 2 端口条件破坏
1A
[Z] [Z'][Z"]
i2
+ u1
UNIC
+ u2
电压反向型
ui11
ku2 i2
u1
i1
k
0
0 u2
1
i
2
T 参数矩阵
BACK NEXT
二端口网络
二端口网络
在计算机网络中，二端口网络是指由两个端口组成的网络连接系统。
这种网络
拓扑结构通常用于简单的局域网或个人网络中。
每个端口代表一个连接点，可以是物理端口或逻辑端口，用于连接设备或网络节点。
二端口网络通常用于小型网络，涉及少量设备之间的通信。
二端口网络的优点
1.简单性：由于只有两个端口，二端口网络的配置和管理相对简单，
不需要复杂的路由配置或协调。
2.高效性：通过直接连接两个设备，二端口网络在数据传输方面通常
比较高效，减少了中间节点的延迟。
3.安全性：相对于复杂的网络拓扑结构，二端口网络的安全性更高，
减少了外部攻击的可能性。
二端口网络的应用
1.个人网络：在家庭或小型办公室环境中，二端口网络常常用于连接
个人计算机、打印机或其他设备，实现简单的数据共享和通信。
2.嵌入式系统：一些嵌入式系统或物联网设备采用二端口网络，用于
设备之间的数据传输和控制。
3.虚拟网络：在虚拟化环境中，二端口网络可以用于连接虚拟机与物
理主机之间，提供基本的通信支持。
二端口网络的发展趋势
随着物联网和边缘计算的发展，二端口网络在一些特定领域仍将发挥重要作用。
同时，随着网络技术的不断进步，二端口网络也可能发展出更多应用场景和改进方面，以适应不断变化的需求。
结语
二端口网络作为一种简单而有效的网络连接系统，在特定的场景下具有独特的
优势，对于一些小型或特定需求的网络环境具有一定的适用性。
同时，二端口网络在简化配置、提高效率和增强安全性方面也有着明显的优势，可以作为一种常见的网络拓扑结构之一。
二端口网络
Y 参数 Y12 Y21
Z 参数 Z12 Z21
H参数 h12 h21
T 参数 ABCD 1
对称二端口网络
如果将互易二端口网络的 11 端口与 2 2端口互相交
换（即
•
U1
与
•
U2
互换，I•1
与
•
I2
互换），而两端口电压、电流
关系仍能保持不变，这种互易二端口网络称为对称二端口
网络。 对于对称二端口网络，除了满足互易二端口网络的参数
1 I1
+
I 2
2
+
U1
N
U 2
-
-
1
2
参数Y11、Y12、Y21、Y22都具有 导纳的量纲，上面的方程称为二端 口网络的Y参数方程。
•
•
•
I1 Y11 U1 Y12 U 2
•
•
•
I2 Y21 U1 Y22 U 2
Y方程是一组以二端口网络的电压
•
U1
和
•
U 2 表征电流
İ1和İ2的方程
。二端口网络以电压
网络方程:
描述网络输入、输出端口电压、电流关系的方程。
1
I 1
为了便于讨论，以正弦电
+
Z
S
流电路中的二端口网络为例 +
进行分析。
U
-S
U1
-
N
1
•
•
•
•
针对未知量 U1 、I1 、U 2 、I 2 需要四个方程求解
其中两个方程由信号源端和负载端决定：
I 2
2
+
U
Z
2
-
二端口网络精彩分析课件
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
定义：二端口网络是一种线性 网络，其输入和输出端口之间 存在线性关系
二端口网络：由两个端口组成 的网络，可以描述为两个端口 之间的相互关系
分类：二端口网络可以分为无 源二端口网络和有源二端口网
络
无源二端口网络：由电阻、电 容、电感等无源元件组成的二
端口网络
有源二端口网络：由晶体管、 集成电路等有源元件组成的二
端口网络
阻抗：描述二端口网络内部电阻和电容 的阻抗特性
导纳：描述二端口网络内部电导和电纳 的导纳特性
传输参数：描述二端口网络内部信号传 输的特性
反射系数：描述二端口网络内部信号反 射的特性
输入阻抗：描述二端口网络内部信号输 入端的阻抗特性
PART SIX
网络函数：描 述二端口网络 频率特性的数
学表达式
频率响应：二 端口网络在不 同频率下的应的图形
工具
阻抗匹配：二 端口网络在不 同频率下的阻
抗特性
频率响应法：通过 测量网络在不同频 率下的响应，得到 频率特性曲线
阻抗法：通过测量 网络在不同频率下 的阻抗，得到频率 特性曲线
信号传输中的能量守恒：信号在传输过程中，能量不会增加或减少，只会在传输 过程中进行转换
信号传输中的能量转换：信号在传输过程中，电能可以转换为磁能，磁能可以转 换为电能
能量守恒在信号传输中的应用：在信号传输过程中，可以通过能量守恒定律来优 化信号传输效率，提高信号传输质量。
功率匹配：在信号传输过程中，输入功率与输出功率相等 功率不匹配：输入功率与输出功率不等，可能导致信号失真或能量损失 功率匹配条件：输入阻抗等于输出阻抗 功率匹配方法：调整输入阻抗或输出阻抗，使两者相等
二端口网络的网络参数
测量原理：利用频谱分析仪的频率扫描功能，对二端口网络的传输函数进行测量。
测量步骤：将二端口网络接入频谱分析仪，设置合适的频率范围和分辨率，进行频率扫描， 记录传输函数的幅度和相位信息。
测量精度：频谱分析仪的频率精度和幅度分辨率决定了测量精度，高精度的频谱分析仪可以 提高测量准确性。
参数计算的意义：通过计算电压反射 系数，可以了解网络对不同频率和幅 值的入射电压的响应特性，从而优化 网络设计。
定义：电流反射系数是描述二端口 网络输入端口对入射波和反射波的 幅度和相位变化的参数
物理意义：电流反射系数反映了网 络对入射波的反射能力，其值范围 在-1到1之间
添加标题
添加标题
添加标题
影响因素：网络阻抗与源阻抗的差异越大，电压反射系数越大
意义：电压反射系数是二端口网络的重要参数，用于分析网络的性能和稳定性
定义：电流反射系数是指入射波 与反射波的幅度之比
意义：电流反射系数反映了网络 对入射波的反射能力，是二端口 网络的重要参数之一
计算公式：反射系数 = (Z_2 Z_1) / (Z_2 + Z_1)，其中 Z_2为输出阻抗，Z_1为输入 阻抗
调整网络分析仪的 参数设置
记录测量结果并进 行数据处理
验证测量结果的准 确性和可靠性
测量步骤：将信号发生器连接到二端口网络的输入端，将示波器连接到输出端，调整信号发生器输出信号的幅度 和频率，观察示波器上的输出波形
注意事项：确保信号发生器和示波器的性能良好，连接正确，避免外界干扰对测量结果的影响
测量结果：通过示波器观察到的输出波形可以计算出二端口网络的参数，如电压放大倍数、输入阻抗等
添加标题
课16 二端口网络
U 1
Y′
U 2
U 1
U 2
− Y0 ⎞ ⎟ ⎟ Y0 ⎟ ⎠
⎛ Y ′+ Y ⎜ 11 0 Y =Y′+ Y′′=⎜ ⎜ Y ′−Y ⎝ 21 0
29
30
5
法2
′=Y ′U +Y ′U I 1 11 1 12 2 ′ ′ ′ =Y U +Y U I
2 21 1 22
1
1 U
1'
2 U
2'
端口1-1'开路时的转移阻抗
1
端口1-1'开路时,端口2-2'处的输入阻抗
2⎤ ⎡ U 2⎤ B⎤⎡ U ⎥⎢ ⎥=T ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ D⎥ 2 ⎦ ⎣− I ⎦ ⎣ − I 2⎦
7
8
⎡A T=⎢ ⎢C ⎣
线性无源： 对称：
B⎤ ⎥ D⎥ ⎦
AD−BC=1
1⎤ ⎡U ⎡ I1⎤ ⎢ ⎥= Y ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ U 2⎦ ⎣ I 2⎦
1⎤ 1⎤ ⎡I ⎡U ⎢ ⎥= Z ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ I 2⎦ ⎣ U 2⎦ 1⎤ ⎡ ⎡U I1 ⎤ ⎢ ⎥=H ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ U 2⎦ ⎣ I2 ⎦
§16-3 二端口的等效电路
1
三、二端口网络的T参数方程 端口2-2'开路时,端口1-1'处的输入阻抗 （二端口网络的A参数方程
T参数（传输参数，一般参数） A参数）
I1 I2
线性 无独立源 2
端口2-2'开路时的转移阻抗
1= A U 2− B U I2 2− D I1= C U I2
1⎤ ⎡ A ⎡U ⎢ ⎥= ⎢ ⎢ ⎥ ⎢ ⎣ I1 ⎦ ⎣ C
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二端口网络重点：两端口的方程和参数的求解 难点：二端口的参数的求解本章与其它章节的联系：学习本章要用到前几章介绍的一般网络的分析方法。
预备知识： 矩阵代数§16.1 图的矩阵表示1. 二端口网络端口由一对端钮构成，且满足端口条件：即从端口的一个端钮流入的电流必须等于从该端口的另一个端钮流出的电流。
当一个电路与外部电路通过两个端口连接时称此电路为二端口网络。
在工程实际中，研究信号及能量的传输和信号变换时，经常碰到图 16.1 所示的二端口网络。
图 16.1(a)放大器图 16.1(b) 滤波器图 16.1(c) 传输线图 16.1（d ）三极管图 16.1（e ）变压器注意：1）如果组成二端口网络的元件都是线性的，则称为线性二端口网络；依据二端口网络的二个端口是否服从互易定理，分为可逆的和不可逆的；依据二端口网络使用时二个端口互换是否不改变其外电路的工作情况，分为对称的和不对称的。
2）图16.2(a)所示的二端口网络与图(b)所示的四端网络的区别。
图 16.2（b ）四端网络图 16.2（a）二端口网络3）二端口的两个端口间若有外部连接，则会破坏原二端口的端口条件。
若在图16.2(a)所示的二端口网络的端口间连接电阻 R 如图16.3所示，则端口条件破坏，因为图 16.3即1-1'和2-2'是二端口，但3-3'和4-4'不是二端口，而是四端网络。
2. 研究二端口网络的意义1）两端口应用很广，其分析方法易推广应用于 n 端口网络；2）可以将任意复杂的图16.2（a）所示的二端口网络分割成许多子网络（两端口）进行分析，使分析简化；3）当仅研究端口的电压电流特性时，可以用二端口网络的电路模型进行研究。
3. 分析方法1）分析前提：讨论初始条件为零的无源线性二端口网络；2）…..3）分析中按正弦稳态情况考虑，应用相量法或运算法讨论。
§16.2 二端口的参数和方程用二端口概念分析电路时，仅对端口处的电压电流之间的关系感兴趣，这种关系可以通过一些参数表示，而这些参数只决定于构成二端口本身的元件及它们的连接方式，一旦确定表征二端口的参数后，根据一个端口的电压、电流变化可以找出另一个端口的电压和电流。
1.二端口的参数线性无独立源的二端口网络，在端口上有 4 个物理量，如图16.4所示。
在外电路限定的情况下，这 4 个物理量间存在着通过两端口网络来表征的约束方程，若任取其中的两个为自变量，可得到端口电压、电流的六种不同的方程表示，即可用六套参数描述二端口网络。
其对应关系为：由于每组方程有有两个独立方程式，每个方程有两个自变量，因而两端口网络的每种参数有4 个独立的参数。
本章主要讨论其中四套参数，即 Y、Z、A、H 参数。
讨论中设端口电压、电流参考方向如图16.4 所示。
图 16.42. Y 参数和方程1） Y 参数方程将二端口网络的两个端口各施加一电压源如图 16.5 所示，则端口电流可视为两个电压源单独作用时的响应之和，即：上式称为 Y 参数方程，写成矩阵形式为：图 16.5其中称为两端口的Y参数矩阵。
矩阵中的元素称为Y参数。
显然Y参数属于导纳性质。
需要指出的是Y参数值仅由内部元件及连接关系决定。
2）Y 参数的物理意义及计算和测定在端口1上外施电压，把端口2 短路，如图16.6所示，由 Y 参数方程得：图16.6图 16.7同理，在端口 2上外施电压，把端口 1 短路，如图16.7所示，由 Y 参数方程得：由以上各式得 Y 参数的物理意义：Y11表示端口 2 短路时，端口 1 处的输入导纳或驱动点导纳；Y22表示端口 1 短路时，端口 2 处的输入导纳或驱动点导纳；Y12表示端口 1 短路时，端口 1 与端口 2 之间的转移导纳；Y21表示端口 2 短路时，端口 2 与端口 1 之间的转移导纳，因Y12和Y21表示一个端口的电流与另一个端口的电压之间的关系。
故 Y 参数也称短路导纳参数。
3）互易性两端口网络若两端口网络是互易网络，则当时，有，因此满足：即互易二端口的 Y 参数中只有三个是独立的。
4）对称二端口网络若二端口网络为对称网络，除满足外，还满足，即对称二端口的 Y参数中只有二个是独立的。
注意：对称二端口是指两个端口电气特性上对称，电路结构左右对称的一般为对称二端口，结构不对称的二端口，其电气特性可能是对称的，这样的二端口也是对称二端口。
3. Z 参数和方程1） Z 参数方程将二端口网络的两个端口各施加一电流源如图 16.8 所示，则端口电压可视为两个电流源单独作用时的响应之和，即：上式称为Y 参数方程，写成矩阵形式为：图 16.8其中称为 Z 参数矩阵。
矩阵中的元素称为 Z 参数。
显然 Z 参数具有阻抗性质。
需要指出的是 Z 参数值仅由内部元件及连接关系决定。
Z 参数方程也可由Y 参数方程解出得到，即：其中△=Y11Y22–Y12Y21。
Z 参数矩阵与 Y参数矩阵的关系为：2）Z 参数的物理意义及计算和测定在端口 1 上外施电流，把端口 2 开路，如图 16.9 所示，由 Z 参数方程得：图 16.9在端口 2 上外施电流，把端口 1 开路，如图 16.10 所示，由 Z 参数方程得：由以上各式得 Z 参数的物理意义：图 16.10Z11表示端口 2 开路时，端口 1 处的输入阻抗或驱动点阻抗；Z22表示端口 1 开路时，端口 2 处的输入阻抗或驱动点阻抗；Z12表示端口 1 开路时，端口 1 与端口 2 之间的转移阻抗；Z21表示端口 2 开路时，端口 2 与端口 1 之间的转移阻抗，因Z12和Z21表示一个端口的电压与另一个端口的电流之间的关系。
故 Z 参数也称开路阻抗参数。
3）互易性和对称性对于互易二端口网络满足:对于称二端口网络满足:因此互易二端口网络Z 参数中只有 3个是独立的，而对称二端口的Z 参数中只有二个是独立的。
注意：并非所有的二端口均有Z,Y 参数，如图16.11所示的两端口网络，端口电压和电流满足方程：即：由知该两端口的 Z 参数不存在。
图16.12所示的两端口网络，端口电压和电流满足方程：即：由知该两端口的 Y 参数不存在。
图16.13所示的理想变压器电路，端口电压和电流满足方程显然其 Z 、 Y 参数均不存在。
图 16.11 图16.12 图 16.134. T 参数和方程1）T 参数方程在许多工程实际问题中，往往希望找到一个端口的电压、电流与另一个端口的电压、电流之间的直接关系。
T 参数用来描绘两端口网络的输入和输出或始端和终端的关系。
定义图 16.14 的两端口输入、输出关系为：上式称为T 参数方程，写成矩阵形式为：图 16.14其中称为T 参数矩阵。
矩阵中的元素称为T 参数。
T 参数也称为传输参数或 A 参数。
T 参数的值也仅由内部元件及连接关系决定。
注意：应用 T 参数方程时要注意电流前面的负号。
2）T 参数的物理意义及计算和测定T 参数的具体含义可分别用以下各式说明：为端口2开路时端口1与端口2的电压比，称转移电压比；为端口2短路时端口1的电压与端口2的电流比，称短路转移阻抗；为端口2开路时端口1的电流与端口2的电压比，称开路转移导纳；为端口2短路时端口1的电流与端口2的电流比，称转移电流比；3）互易性和对称性由Y 参数方程可以解得：由此得 T 参数与 Y 参数的关系为：对互易二端口，因为，因此有：，即T 参数中只有 3 个是独立的，对于对称二端口，由于，因此有，即T 参数中只有二个是独立的5.H 参数和方程1) H 参数和方程定义图 16.14 的两端口输入、输出关系为：上式称为H 参数方程，写成矩阵形式为：其中称为H 参数矩阵。
矩阵中的元素称为H 参数。
H 参数也称为混合参数，H 参数的值也仅由内部元件及连接关系决定，它常用于晶体管等效电路。
2）H 参数的物理意义计算与测定称为短路输入阻抗称为开路电压转移比称为短路电流转移比开路输入端阻抗 3）互易性和对称性对于互易二端口 H 参数满足：，即H 参数中只有3个是独立的，对于对称二端口 H 参数满足：，即H 参数中只有2个是独立的例16－1：求图示两端口电路的Y 参数。
例 16-1 图解：根据Y 参数的定义得：例16－2：求图示两端口电路的Y 参数。
例 16-2 图解：应用 KCL 和 KVL 直接列方程求解，有：比较Y 参数方程：得：注意：当，即不含受控源的线性两端口网络满足互易性。
例16－3：求图示两端口电路的Y 参数。
例 16-3 图解：根据Y 参数的定义得：注意：该电路满足，，所以为互易对称两端口网络。
例16－4：求图示两端口电路的Z 参数。
例 16－4 图解：解法1，根据Z 参数的定义得：解法2，直接列方程求解， KVL 方程为：所以 Z 参数为：例16－5：求图示两端口电路的Z 参数。
例 16－5 图解：直接列方程求解，KVL 方程为：所以 Z 参数为：注意：当存在受控源时两端口网络一般不满足互易性。
例16－6：求图示两端口电路的Z 、 Y 参数。
例 16-6 图解：直接列方程求解， KVL 方程为：所以 Z 参数为：Y 参数为：例16－7：求图示理想变压器的T 参数。
例 16-7 图解：理想变压器的端口特性为：即：例16－8：求图示两端口电路的T 参数。
例 16-8 图解：根据T 参数的定义得：例16－9：求图示两端口电路的H 参数。
例 16-9 图解：直接列方程求解， KVL 方程为：KCL 方程为：比较H 参数方程：得：§16.3 二端口的等效电路一个无源二端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： 1）等效条件：等效模型的方程与原二端口网络的方程相同；2）根据不同的网络参数和方程可以得到结构完全不同的等效电路；3）等效目的是为了分析方便。
1. Z 参数表示的等效电路Z 参数方程为：方法1 ：直接由 Z 参数方程得到图16.15 所示的等效电路。
方法 2 ：把方程改写为：图 16.15由上述方程得图 16.16 所示的等效电路，如果网络是互易的，图中的受控电压源为零，变为 T 型等效电路等效电路。
注意等效电路中的元件与 Z 参数的关系。
图 16.162. Y 参数表示的等效电路Y 参数方程为：方法1 ：直接由Y 参数方程得到图 16.17 所示的等效电路。
方法 2 ：把方程改写为：图 16.17由上述方程得图 16.18 所示的等效电路，如果网络是互易的，图中的受控电流源为零，变为 p 型等效电路。
注意等效电路中的元件与 Y 参数的关系。
注意：图 16.181) 等效只对两个端口的电压，电流关系成立。
对端口间电压则不一定成立。
2) 一个二端口网络在满足相同网络方程的条件下，其等效电路模型不是唯一的；3) 若网络对称则等效电路也对称。