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电路理论

电路理论. 华中科技大学电气与电子工程学院 何仁平. 2013 年 9 月. 第十章 双口网络. +. P. u s. -. 第十章 双口网络. 端口的概念. 端口（ port) 定义：. 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。. i 1. i 2. +. +. i 2. i 1. u 1. u 2. + u 2 –. -. -. + u 1 –. N 2. N. N. N 1. 双口网络的定义：. 大网络 N 划分为两个单口网络和一个双口网络. i 2. i 1.

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Presentation Transcript

  1. 电路理论 华中科技大学电气与电子工程学院 何仁平 2013年9月

  2. 第十章 双口网络

  3. + P us - 第十章 双口网络 端口的概念 端口（port)定义： 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。

  4. i1 i2 + + i2 i1 u1 u2 + u2 – - - + u1 – N2 N N N1 双口网络的定义： 大网络N划分为两个单口网络和一个双口网络

  5. i2 i1 + u2 – + + u1 – Rs N RL us – N2 N1 输入端 输出端 对绝大部分应用来说，N1 和 N2 分别为输入源网络和输出负载网络，而 N 一般为放大电路、滤波电路、变换电路等等。 双口网络的完整定义：由四个端钮、四个变量构成的电路网络。由端钮11’ 构成的端口称为端口 1，端钮22’ 构成的称为端口 2。

  6. R C C 滤波器 三极管 n:1 传输线 变压器 在工程实际中，研究信号及能量的传输和信号变换时，经常碰到二端口网络。 例

  7. i2 i1 + + 线性RLCM 受控源 u1 u2 – – i1 i2 约定 1. 讨论范围 线性R、L、C、M与线性受控源 不含独立源 2. 参考方向

  8. 明确的双口网络：除了两对端口以外，没有其他任何途径和方式再与外部电路发生联系的双口网络。明确的双口网络：除了两对端口以外，没有其他任何途径和方式再与外部电路发生联系的双口网络。 明确的意义： （1）双口网络的 VAR 只与自身的元件参数和结构有关，与外接电路无关。 （2）若含有受控源，则受控源的控制支路也在双口网络内或者在端口上（端口电流或端口电压）。 （3）由于双口网络可以有外电路供电，因此，网络内可以没有独立源，大部分情况下，我们就是对此类网络感兴趣。

  9. 端口物理量4个 i1 i2 + + i1 i2 u1 u2 u1 u2 - - 二端口网络的端口特性方程 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。 我们采用相量形式（正弦稳态)来讨论。

  10. 6组方程中的系数，分别称为Z参数、Y参数、H参数、T参数、g参数及反T参数。下面主要讨论Z，Y，H，T4种参数。 6组方程中的系数，分别称为Z参数、Y参数、H参数、T参数、g参数及反T参数。下面主要讨论Z，Y，H，T4种参数。 • (1) Z参数—开路阻抗参数 • (2) Y参数—短路导纳参数 • (3) H参数—混合参数 • (4) T参数—传输参数

  11. + + 线性 无源 - - & & = + Z I Z I 11 1 12 2 & U 1 & U 2 §10-1 双口网络的参数方程 一、 阻抗型参数方程 Z参数矩阵 其矩阵形式为

  12. + + 线性 无源 - - & & = + Z I Z I 11 1 12 2 & U 1 & U 2 二、 阻抗型参数的物理意义 入端阻抗 转移阻抗 转移阻抗 出端阻抗 Z参数又称开路阻抗参数 互易二端口 对称二端口

  13. 三、 阻抗型参数的求法 方法： ①直接根据参数的物理意义求。 ②列写网络方程及其它方法求。

  14. • • I1 I2 5 + + • • 20 U2 U1 15 – – • • U1 I1 I2= 0 20(5+15) 20+(5+15) z11 = = = 10 • • • U2 I2 I1= 0 15(5+20) 15+(5+20) z22 = = = 9.375 • • • U1 I2 I1= 0 15×20 20+5+15 z12 = = = 7.5 • • • U2 I1 I2= 0 20×15 20+5+15 z21 = = = 7.5 • 例求 z 参数。 解：本题为无源纯电阻双口网络，因此其 z 参数都是实数。根据 z 参数定义，可得

  15. Za Zc  + + + Zb   例 求Z参数 解 列KVL方程：

  16. 线性 无源 + + - - 二、 二端口网络的导纳型参数（Y参数） 一、 导纳型参数方程 Y参数矩阵 矩阵 形式

  17. 二、 阻抗型参数的物理意义 自导纳 自导纳 转移 导纳 转移 导纳 Y短路导纳参数

  18. Yb + + Ya   三、 导纳型参数的求法 方法： ①直接根据参数的物理意义求。 ②列写节点方程及其它方法求。 例 求Y参数

  19. Yb + Ya  Yb + Ya  方法一：直接由物理意义求。

  20. 方法二 Yb + + Ya   ① ② 非互易二端口网络（网络内部有受控源）四个独立参数。

  21. • • I1 I2 30 • • • • • • • • • U1 = 10I1 + 30(I1 – µU2)+ U2 U2 = 30(I1 + I2 – µU2) + + 10 • • U2 U1 • U2 µ – 30 – • • 30µ–1• 1 40 40 整理得 I1 = U1 + U2 • 30µ+1• • • 30µ+1 30µ–1 • 1 30 40 30 40 I2 = U2 – I1 = – U1+ ( – )U2 • 30µ+1 • 1 40 120 = – U1 + U2 例 求 y 参数。 解：列回路方程得

  22. • • • • U2 I2 U1= 0 I1 U1 U2 = 0 30µ+1 120 1 40 y11 = = S y22 = = S • • • • • • I1 U2 U1 = 0 I2 U1 U2 = 0 30µ–1 40 1 40 y12 = = S y21 = = – S • • • • • • （2）若计算 z 参数，则将它们整理成 U1 (或 U2 )等于 I1 和 I2 线性 组合的形式 • • • • （3）若计算 y 参数，则将它们整理成 I1 (或 I2 )等于 U1 和 U2 线性 组合的形式 根据 y 参数定义得 总结 （1）对于复杂双口网络，可利用回路分析法或节点分析法列方程 （4）也可以直接根据 y 参数和 z 参数的定义求解

  23. 1 + + 2  3    例 求Y参数 解

  24. jL + + R   例 求Y参数 解 直接列方程求解

  25. 3 6 + + 3 15   例 求Y参数 为互易对称两端口 解

  26. jM + * + * R1 R2 jL1 jL2   求Z、Y参数 例 解

  27. 可以证明，线性无源元件构成的双口网络是互易双口网络，即可以证明，线性无源元件构成的双口网络是互易双口网络，即

  28. + + 线性 无源 - - 三、 二端口网络的混合型参数 一、 H型参数方程 H 参数也称为混合参数，常用于晶体管等效电路。 H 参数方程 H参数矩阵 矩阵形式

  29. + + 线性 无源 - - 开路参数 短路参数 H 参数的物理意义 电压转移比 入端阻抗 电流转移比 出端导纳 互易二端口 对称二端口

  30. + + R1 R2   例、求H参数 解：根据电路可得

  31. 1  6  + + 4    例 求H参数 解

  32. + + +    例 已知双口网络 参数矩阵及其它参数如图所示。 求该网络 的电压增益 等于多少？ 解 根据已知 参数矩阵 可得网络端口的伏安关系方程，即： 求解以上方程得： 根据KCL和KVL列出端口所接 外电路的伏安关系方程，即

  33. + + 线性 无源 - - & & & = + - U A U B ( I ) 1 2 2 & & & = + - I C U D ( I ) 1 2 2 四、 二端口网络的传输型参数 一、 正向传输参数 (注意负号） T参数矩阵

  34. & & & = + - U A U B ( I ) 1 2 2 & & & + = + - I C U D ( I ) + 1 2 2 N   开路参数 短路参数 T 参数的物理意义 转移电压比 转移导纳 转移阻抗 转移电流比

  35. n:1 + +   则 即 例 求T参数

  36. I2 I1 1 2 + + U2 U1 2   I2 I1 I1 1 2 1 2 + + + U2 U1 2 U1 2    例 求T参数

  37. + + +    例 已知双口网络T参数矩阵及其它参数如下图所示，求该网络的输出端口看进去的戴维南等效电路。 根据已知的T参数矩阵，可得网络端口的伏安关系方程，即： 解

  38. + + +    出端口开路时，则

  39. + +   + + +    + +   应用加压求流的方法 可解得

  40. 小结 1. 六套参数，还有逆传输参数和逆混合参数。 2 .为什么用这么多参数表示 （1）为描述电路方便，测量方便。 （2）有些电路只存在某几种参数。 Z不存在 Z,Y均不存在 Y不存在

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