第十六章二端口网络
第十六章 二端口网络

6
§16.1 二端口网络
三、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;
但是二端口的串联、并联和级联是需要满足一定条件 的,即不能因为某种联接而破坏了端口处的端口条件。
几个二端口网络在做各种连接以后,可以用一个等效 的二端口来等效。考虑到在做不同联接时的参数方程的特 点,其等效二端口也应有不同的网络参数与其对应。
44
§16.3 二端口的连接
一、级联(链接,cascade)
17
§16.2 二端口的参数和方程
在端口
2
上外施电流
•
I
2
,把端口
1
开路,如图所示,由
Z
参数方程得:
18
§16.2 二端口的参数和方程
由以上各式得 Z 参数的物理意义: Z11 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。
故
A Aa Ab
等效A参数矩阵为两个级联二端口的A参数之矩阵之积。
48
§16.3 二端口的连接
二、串联和并联:
1、串联:
1
i
1
u
二端口网络课件

2. Y 参数表达旳等效电路(宜选用形等效电路)
I1
I2
Y11 Y21
Y12 Y22
U1 U 2
••
II11
++
••
UU11
--YY1122 YY111++YY1122
I2
••
II22
YY222++YY1122
++
••
UU22
(Y21 Y12 )U1
假如网络是互易旳,上图变为型等效电路。
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。
16-6 回转器和负阻抗转换器
1. 回转器
回转器是一种线性非互易旳多端元件,能够用晶体管电路
或运算放大器来实现。理想回转器是不储能、不耗能旳无源
线性两端口元件。
i1 理想回转器旳基本特征 +
uu12
ri2 ri1
第16章 二端口网络
工程实际中,研究信号及能量旳传播和信号变换时,经 常遇到如下两端口电路。
n:1 R
C
C
变压器
传播线
滤波器
(1)线性一端口网络旳外部性能用戴维南或诺顿等效电路替 代去分析;
(2)线性二端口网络旳端口处旳i, u 间旳关系可经过某些只 取决于构成二端口本身旳元件及连接方式旳参数表达。
us
u2
uc
N
4(t) V
uc
运算电路模型: I1(s)
12 V
s
N
uc (t ) 4 3e0.231t V (t 0)
I2(s)
1s U2(s) 1s V
12 s 3U2 (s) 13I2 (s)
电路 第十六章 二端口网络

第十六章 二端口网络16.1 基本概念16.1.1 二端口网络的端口条件和端口变量1. 端口条件:在端口网络的任意端口上,由一端流入的电流必须等于由另一端流出的电流,这叫做双口网络的端口条件; 2. 端口变量:包括两个端口电压21u u ,和两个端口电流21i i ,。
16.1.2 二端口网络的方程和参数二端口网络的对外电气性能可以用一些参数表示。
即以这些参数组成的方程对外电路表示二端口网络的电气性能。
在分析二端口的参数时,按正弦稳态情况考虑。
本章讨论的二端口是由线性电阻、电感、电容和线性受控源组成,不含任何独立电源。
如图16-1所示为一线性二端口。
11'22'116-图1. Y 参数方程用21U U ∙∙,表示21I I ∙∙,(1) 方程⎪⎩⎪⎨⎧+=+=∙∙∙∙∙∙22212122121111U Y U Y I U Y U Y I (2) 参数的物理意义。
分别把入口和出口短路出口的驱动点导纳导纳入口与出口之间的转移导纳出口与入口之间的转移入口的驱动点导纳----=----=----=----==∙∙=∙∙=∙∙=∙∙∙∙∙∙22220211201221011111122U U U U U I Y U I Y U I Y U I Y由于以上参数是在入口和出口分别短路情况下的参数,所以称为短路参数。
对于线性无源网络(指即不包含独立电源,也不包含受控源),2111Y Y =,只有三个独立参数,又称互易双口;当2211Y Y =时,称为对称双口,只有两个独立参数。
2. Z 参数方程用∙∙21I I ,表示∙∙21U U , (1)⎪⎩⎪⎨⎧+=+=∙∙∙∙∙∙22212122121111I Z I Z U I Z I Z U (2)参数的物理意义。
分别把入口和出口开路,出口驱动点阻抗入口对出口的转移阻抗出口对入口的转移阻抗入口驱动点阻抗----=----=----=----==∙∙=∙∙=∙∙=∙∙∙∙∙∙22220211201221011111122I I I I I U Z I U Z I U Z I U Z对于互易双口,2112Z Z = ,只有三个独立参数; 对于对称双口,1211Z Z =,只有两个独立参数。
第十六章 二端口网络

1、一般情况
+
I1 z11–z12 z22–z12
-
I2
++
U1
z12
(z21–z12)I1 U2
-
-
2、如果二端口网络满足互易条件,即z12= z21
z11–z12 z22–z12
+
I1
U1
z12
I2
+
U2
-
-
二、用Y参数表示的等效电路 1、一般情况
+ I1
-Y12
I2
+
U1
U2
-
- ( Y21-Y12 )U1
. 1 I1
+.
-U1
1
.
I2
+. 2
NIC
-U2
2
T参数
电流反向型
. U. 1 = 1 I1 0
. 0 U. 2 -k -I2
电压反向型
. U. 1 = -k I1 0
0 U.. 2 1 -I2
1、负阻抗变换器应用
电路设计中,实现负阻抗——负R、L、C
.
.
I1 1
- Z1
+. U1
I2
2
.+
例1 求Y 参数。
I1
Yb
I2
I1 Y11U 1 Y12U 2 +
+
I2
Y21U 1
Y22U 2
U1
Ya
Yc
U2
解:
I1
+
U1
U1 0
第16章二端口网络

Z12
U 1 I2
I1 0 Zb
Z22
U 2 I2
I1 0 Zb Zc
例2.
I1
+
U1
Za Zb
Zc
Z I1
+
I2
+
U2
Z11
U 1 I1
I2 0 Za Zb
Z21
U 2 I1
I2 0 Zb Z
Z12
U 1 I2
Y22
I2 U 2
U 2 0 Yb Yc
3. 互易二端口(满足互易定理)
Y12
I1 U 2
U1 0
Y21
I2 U 1
U 2 0
当 U 1 U 2时, I1 I2
Y12 Y21
上例中 Y12 Y21 Yb
互易二端口四个参数中只有三个是独立的。
I1 I2
Y11 Y21
Y12 Y22
U U
1 2
[Y
]
Y11 Y21
Y12
Y22
[Y] 称为Y 参数矩阵.其值由内部参数及连接关系所决定
2. Y参数的计算和测定
I1 I2
Y11U 1 Y21U 1
U 2 I1
I2 0
Z12
U 1 I2
I1 0
Z 22
U 2 I2
I1 0
3. 对互易二端口: Z12 Z21 对对称二端口: Z11 Z22
第十六章二端口网络优秀课件

1. 确定二端口处电压、电流之间的关系,写出参数矩阵, 在分析中一般使用相量法或运算法。
2. 利用端口参数比较不同的二端口的性能和作用。
3. 对于给定的一种二端口参数矩阵,会求其它的参数矩阵。
4. 对于复杂的二端口,可以看作由若干简单的二端口组 成。由各简单的二端口参数推导出复杂的二端口参数。
16-2 二端口的方程和参数
+ i1 u1 -
i2 + u2 -
端口物理量4个 i1 i2 u1 u2
下:
•
•
I1
•
U1
•
I2 U 2
•
•
U
•
1
U
•
2
I1 I2
•
•
U
•
1
I1
•
I2 U 2
假 一、设Y 端 参数口 和U 方1电 和 程U压 2已知• , + I• 1
端口电 I1和 流 I2未知 •
U1
•
-
线性 无源
•
I2
+
•
-U 2
U
•
1
I1
•
U 2 I2
端U1口和电U流2共同I1和 作用I可2 产视生为。
1
外
NS
电
1 Req +
路
uoc
1’
1’
-
(a)
1 +
外电路 开路电压
第16章 二端口网络
+ & U
2
−
Y’ C
Y’’ − C
Y C = Y’ + Y’’ C C
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例2: + : & U
& I11 YB
2
1
YA
YC
−
+ & & U2 gU1
& I2
−
总结: 1)线性无源(包含受控源)二端口,Y12=Y21不再成立,需要 四个独立的参数来表示这个二端口网络。 章目录 返回 上一页 下一页
2、已知Z参数方程确定T型电路 、已知Z参数方程确定T
①画等效电路 ③对照系数
②根据电路建立方程
& & & ( Za + Zb ) I1 + Zb I 2 = U 1 & & & Zb I1 + ( Zb + Zc ) I 2 = U 2
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已知[Y],求等效电路。 例 已知 ,求等效电路。
二、 Z参数及方程 参数及方程 N 1、方程的建立 、 1) 由Y参数方程导出 参数方程导出 (已知 求 )
Z参数方程 参数方程
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2)应用迭加原理 ) 单独作用
−
单独作用
& " U1
" 2
& U
迭加 方程
章目录 返回 上一页 下一页
矩阵形式
2. Z参数的意义和性质 参数的意义和性质 1)意义 意义
章目录 返回 上一页 下一页
二、四端网络 在工程实际中, 在工程实际中,网络中伸出四个端子与外电路 相连。称为为四端网络 四端网络。 相连。称为为四端网络。
第16章 二端口网络ppt课件
–
1 Z 1 Z
Z1 1
Z2 1
1 Z
1
2 2
2 2
1
Y=
Z1+Z 21
Z1+Z
2
1 Z1+Z 21 Z1+Z
2
不存在Y参数
例3:
I1 1
8
U1
1
I1 8 1 U1
2
1
+ –
求二端口网络的Y参数
5 I2 方法一:根据参数的定义
2
2
解:① 将2—2 端
2I1
U2
短路 可以看出:2 、5 电阻
2
上无电流;受控电流源两 端无电压。
2、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 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 任何线性、无独立源二端口网络都能任选各种参数进 行分析,如理想变压器就没有Z参数和Y参数。
六、Z、Y、T、H参数之间的相互转换
= –Yb
U1 U2=0
= U2 U1=0
I2
Y21
= –Yb
= U1 U2=0
I2 Y22
=Yb+Y
= U2 U1=c0
Ya+Yb –Yb Y=
–Yb Yb+Y
c
网络中不含受控源时,Y12=Y21 只有三个独立参数。网络对称时 Y11=Y22,只有两个独立参数。
例2:
1 1
Z
2 2
Y
=
1
Z
–
1 Z
5
I2
Y11= I1 U1
=
U2=0
第十六章二端口网络
电压转移函数
U 2 (s) Z 21 ( s )Y11 ( s ) = U1 ( s ) 1 + Z ( s ) 1 − Z ( s )Y ( s ) 22 21 21 R Z 21 ( s ) R = Z11 ( s )[R + Z 22 ( s )] − Z12 ( s ) Z 21 ( s )
Y参数的确定可通过输入端口、输出端口 短路测量或计算确定。
ɺ I1
+
ɺ I2
ɺ U1
_
ɺ U2 = 0
ɺ I1 Y11 = ɺ U1 Uɺ
2
ɺ I2 Y21 = ɺ U1 Uɺ
2
ɺ I1
ɺ U1 = 0
ɺ I2
+ _
ɺ U2
ɺ I1 Y12 = ɺ U2
ɺ U1 = 0
ɺ I2 Y22 = ɺ U2
二、接有负载阻抗时的转移函数
转移导纳
I 2 ( s ) Y21 ( s ) / R = U1 ( s) Y ( s ) + 1 22 R
转移阻抗
U 2 ( s) RZ 21 ( s ) = I1 ( s ) R + Z 22 ( s)
电流转移函数
I 2 (s) Y21 ( s) Z11 ( s ) = I1 ( s ) 1 + Y22 ( s) R − Z12 ( s )Y21 ( s) = Y21 ( s ) / R 1 Y11 ( s) + Y22 ( s ) − Y12 ( s)Y21 ( s) R
所以对上述电路,从输入端看,相当于一个 电感元件,它的电感值为 L = r 2C = C / g 2 。
H11 H = H 21
H12 ——混合参数矩阵 H 22
十六章 二端口网络
U 2
11
二端口网络的Y、Z参数特性:
1、对于线性R、L(M)、C元件构成的 任何无源二端口,Z12=Z21,Y12=Y21
2、对于对称的二端口,Z11=Z22,Y11=Y22 3、Z=Y-1参数
I 1 I 2
方法一:分别求Z四个 参数
+ -
+
-
U 1
第十六章 二端口网络(369)
$16-1 二端口网络 一、定义: N0由线性电阻、电感、 电容和受控源组成,不包括 独立电源。 端口条件: i1
i1
i1
i2
N0
i2
i1
i2 i2
满足端口条件的为双口网络,否则为四端网络。 放大器、滤波器、变压器等均可认为二端口网络
1
二端口网络分析特性: 1、对于二端口网络,主要分析端口的电流和电压, 不涉及内部电路的工作状况。因此,本章主要讨论 端口u、i为变量的电路方程(二端口VAR约束方程) 2、二端口网络端口有四个物理量(u1、i1、u2、i2), 若其中两个为自变量,另两个为应变量,可有六组 表征网络特性的独立方程:
4
方法二:分别求出四个Y参数,从而得出Y矩阵
根据方程
1 Y1 1U 1 Y1 2U 2 I 2 Y2 1U 1 Y2 2U 2 I
0 ,U 1V,则如图 1、令 U 1 2
I Y1 2 1 U2
I 1 U 1
0 U 1
I 1
二、电流控制型二端口VAR方程
+
I 1
U 1 -
No
+
i2 ) u1 f(i1 , i2 ) u 2 f(i1 , 结构电 路 如 图
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Z11 Z 21 ∆= ⋮ Zl1
Z12 ⋯ Z1l Z 22 Zl 2 ⋯ Z2l ⋮ Z ll
为代数余因式
ɺ ɺ ɺ I 1 = Y11 U 1 + Y12 U 2 ɺ ɺ ɺ I 2 = Y 21 U 1 + Y 22 U 2
矩阵 形式
I1 U1
•
•
I2
线性 无源
Y Y = 11 21 Y Y 12 Y 22
Z 12 = Z 21 Z 11 = Z 22
( Z 12 = Z 21 )
若 矩阵 Z 与 Y 非奇异
Y = Z−1
I1
U1 −
•
Z = Y−1
Za Zc Zb −
•
r I1
•
+ I2 +
•
U2 −
•
ɺ ɺ ɺ ɺ U 1 = Z a I1 + Z b ( I1 + I 2 ) ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ U 2 = rI 1 + Z c I 2 + Z b ( I 1 + I 2 )
Za + Zb Z= r + Zb
Zb Zb + Zc
传输参数) 三、T 参数 (传输参数 和方程 传输参数
• •
U2
•
→
U1
•
I1 U1
•
•
I2
线性 无源 +• U2 -
•
+ -
I2
U1
ɺ ɺ ɺ U1 = T11U 2 + T12 ( − I 2 ) ɺ ɺ ɺ I1 = T21U 2 + T22 ( − I 2 )
Ω I1 2Ω + • U1 − 互易 5Ω Ω
•
10Ω Ω 10Ω Ω
I2
•
Ω I1 2Ω + • U2 − + • U1 − 2Ω Ω 4Ω Ω 2Ω Ω
•
I2
•
+ • U2 −
Y =Y 12 21
Z 1−1′
Z 2− 2′
16 = 2 + (5 // 10) = Ω 3
16 = 10 //[10 + (5 // 2)] = Ω 3
I1
其矩阵形式为
•
I2
线性 无源 +• U2 -
•
U1
•
+ -
ɺ U 1 Z 11 ɺ = U 2 Z 21
ɺ Z 12 I 1 ɺ Z 22 I 2
Z参数的实验测定 参数的实验测定
Z11 Z12 Z= Z21 Z22 称为Z参数矩阵 称为 参数矩阵
例:
约定 1. 讨论范围 线性 R、L、C、M与线性受控源 与线性受控源 不含独立源 2. 参考方向 + u1 – i1 线性RLCM 线性 受控源 i1 i2 i2 + u2 –
§2 二端口的参数和方程 + u1 i1 i2 + u2 端口物理量4个 端口物理量 个 i1 i2 u1 u2
端口电压电流有六种不同的方程来表示,即可用六套 端口电压电流有六种不同的方程来表示,即可用六套 参数描述二端口网络。 参数描述二端口网络。 我们采用相量形式(正弦稳态 来讨论 来讨论。 我们采用相量形式(正弦稳态)来讨论
1 2
i1 二端口 i2 i1
i2
i2 i1 具有公共端的二端口
i3 i4 四端网络 三端口或六端网络
3.
二端口的两个端口间若有外部连接, 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。 口的端口条件。 1 i1 3 3′ ′ i i1′ 1′ ′ i1 R i2′ 4′ ′ i2 2′ ′ 4 i2 2
ɺ U1 T11 = ɺ U ɺ I1 T21 = ɺ U
Y11Y22
2 Y21
+
Y12Y21
2 Y21
−
Y11Y22
2 Y21
=1
ɺ U 1 T11 ɺ = I 1 T21
T12 T22
ɺ U2 ɺ − I 2
ɺ I2 =0
ɺ ɺ I 1 = Y11U 1 + Y12U 2 ɺ ɺ ɺ ɺ I 2 = Y21U 1 + Y22U 2
代入(1)得 将(3)代入 得: 代入
Y22 T11 = − Y21
由(2)得: 得
(1) ( 2)
ɺ = − Y22 U + 1 I ɺ ɺ U1 2 2 Y21 Y21
( 3)
+ u1 –
+ u2 –
1-1’ 2-2’是二端口 是二端口 3-3’ 4-4’不是二端口,是四端网络 不是二端口, 不是二端口
' i1 = i1 − i ≠ i1 ' i2
= i2 + i ≠ i2
端口条件破坏
二.
二端口网络研究的问题 + u1 – i1 线性RLCM 线性 受控源 i1 E i2 i2 + u2 –
31 1 32 2 3l l
+ -
+ -
U2
Hale Waihona Puke •解得ɺ ∆ ɺ ∆ ɺ I 1 = 11 U 1 + 21 U 2 ∆ ∆ ∆ ɺ ∆ ɺ ɺ I 2 = 12 U 1 + 22 U 2 ∆ ∆
⋮
ɺ ɺ ɺ Z l 1 I 1 + Z l 2 I 2 + ⋯ Z ll I l = 0
∆ 11 ∆ 12 ∆ 21 ∆ 22
ɺ = Y − Y11Y22 U + Y11 I ɺ ɺ2 I 1 12 2 Y21 Y21
T12 = −1 Y 21
Y12Y21 − Y11Y22 T21 = Y21
Y11 T22 = − Y21
互易二端口 T11 T22- T12 T21 =1 对称二端口 T11= T22 T 参数的实验测定
其矩阵形式
ɺ U 1 T11 ɺ = I 1 T21 T12 T22 ɺ U2 ɺ − I 2
(注意负号) 注意负号) 注意负号
T11 T= T21
T12 T22
称为T 称为 参数矩阵
T参数亦可由 参数方 程导出 参数亦可由Y参数方 参数亦可由
第16章 二端口网络 章
§1 概述
端口条件 i i 1 . 端口(port)定义: 端口( 定义: 定义 端口由一对端钮构成,且满足如下端口条件: 端口由一对端钮构成,且满足如下端口条件:从 一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电 流。 P A i R i 一. 二端口网络 + us -
i入 = i出
非互易二端口网络(网络内部有受控源)四个独立参数。 非互易二端口网络(网络内部有受控源)四个独立参数。
二、Z 参数和方程
• • •
I1
•
I2
线性 无源 +• U2 -
•
I1
→
U1
•
U1
•
+ -
I2
U2
ɺ ɺ I 1 = Y11U 1 + Y12U 2 ɺ 由Y 参数方程 ɺ ɺ ɺ I 2 = Y21U 1 + Y22U 2 Z12 Z11
ɺ U2 =0
= Ya + Yb
ɺ U 2 =0
= −Yb − g
Yb gU1
•
I2
+ • U2 −
•
U1 = 0
•
Ya
ɺ I1 Y12 = ɺ U2 ɺ I2 Y22 = ɺ U2
ɺ U1 = 0
= −Yb
= Yb
ɺ U1 = 0
解二 +
I1 U1 −
•
•
Yb gU1
•
I2
+ • U2 −
•
Ya
电气对称
Y11 = Y22 =
1 Z 1−1′ 1 Z 2− 2′
3 = s 16 3 = s 16
3 Y =Y = s 11 22 16
例2 + 解一 +
•
I1 U1 − I1
•
•
Yb gU1
• •
I2
+ • U2 − 求Y参数 参数
•
Ya Yb gU1
•
I2
U1 −
I1
•
•
Ya
ɺ I1 Y11 = ɺ U1 • ɺ U2 = 0 I2 Y21 = ɺ U1
• •
I1 → U1 • • I2 U2
•
•
U1 U2 • ← • I1 I2
•
•
U1 → I1 • • U2 I2
一、 Y 参数和方程
• •
I1 U1
•
•
I2
1 线性 无源 2
•
U1 I1 →• • I2 U2
设有 l 个独立回路
ɺ ɺ ɺ ɺ Z 11 I 1 + Z 12 I 2 + ⋯ Z 1l I l = U 1 ɺ ɺ ɺ ɺ Z 21 I 1 + Z 22 I 2 + ⋯ Z 2 l I l = U 2 ɺ ɺ ɺ Z I + Z I +⋯Z I = 0
•
+ 令
+ -
U2
•
ɺ ɺ I1 Y11 Y12 U1 ɺ = ɺ Y21 Y22 U2 I2
称为Y 参数矩阵. 称为 参数矩阵. 方框中无受控源(互易网络 时有 方框中无受控源 互易网络)时有 12=Y21 ( ∆ 12 = ∆ 21 ) 互易网络 时有Y