第8章 无源网络传递函数的综合 《电网络理论》课件
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目录1. 基本网络元件与网络性质 (1)1.1 网络变量 (1)1.2 基本网络元件 (2)1.2.1 电阻元件 (2)1.2.2 电容元件 (3)1.2.3 电感元件 (4)1.3 网络性质 (5)1.3.1 线性与非线性网络 (5)1.3.2 时变与时不变网络 (6)1.3.3 元件的无源性和有源性 (6)1.3.4 网络的无源性和有源性 (9)1.4 二端口元件 (9)1.4.1 阻抗变换器 (9)1.4.2 阻抗逆变器 (11)1.5 零器和泛器 (12)2. 网络图与网络方程 (15)2.1 网络图论基础 (15)2.2 拓扑矩阵 (18)2.2.1 关联矩阵 (18)2.2.2 回路矩阵 (18)2.2.3 割集矩阵 (19)2.2.4 拓扑矩阵之间关系 (20)2.3 矩阵形式的基尔霍夫定律 (21)2.4 直接法分析 (24)2.5 网络矩阵方程 (26)2.6 改进的结点方程 (29)2.7 混合变量方程 (31)2.8 含零泛器的结点方程 (32)2.9 撕裂法 (34)3. 网络函数 (40)3.1 多端口网络的短路参数矩阵 (40)3.2 多端口网络的开路参数矩阵 (42)3.3 多端口网络的混合参数矩阵 (43)3.4 含独立源的多端口网络 (46)3.5 多端网络的不定导纳矩阵 (47)3.6 原始不定导纳矩阵 (48)3.9 不定阻抗矩阵 (57)4. 网络状态方程分析 (60)4.1 网络状态变量的选取 (60)4.2 线性非常态网络的状态方程 (62)4.3 建立状态方程的系统公式法 (64)4.4 含受控源的系统公式法 (67)4.5 多端口法 (68)4.6 状态方程的时域解 (70)4.7 状态方程的变换域解 (73)5. 网络定理与网络等效 (77)5.1 特勒根定理 (77)5.2 伴随网络 (78)5.3 互易定理 (82)5.4 对偶网络 (83)5.5 网络等效 (86)5.5.1 等效网络 (86)5.5.2 保留结点集合 (87)5.5.3 边界结点集合 (89)5.6 戴维南等效与诺顿等效 (90)6. 网络变动计算与灵敏度分析 (94)6.1 参数变动定理 (94)6.2 补偿法 (96)6.2.1 矩阵求逆辅助定理 (96)6.2.2 变动网络的补偿法计算 (97)6.3 灵敏度 (99)6.4 增量网络法 (100)6.5 伴随网络法 (102)7. 二阶RC有源滤波器 (108)7.1 二阶滤波函数 (108)7.2 运放的时间常数 (111)7.3 有限增益正反馈滤波器 (113)7.4 无限增益多路负反馈滤波器 (118)7.5 多运放二阶RC滤波器 (121)7.6 基于电流传输器的RC滤波器 (123)7.6.1 电流传输器 (124)7.6.2 电流传输器运算单元 (125)7.6.3 基于电流传输器的滤波电路 (127)8. 滤波器综合基础 (129)8.2.1 电抗函数的性质 (133)8.2.2 福斯特综合法 (134)8.2.3 考尔综合法 (135)8.3 二端口带载LC网络实现 (138)8.4 滤波器的逼近函数 (140)8.4.1 巴特沃思滤波器 (141)8.4.2 切比雪夫滤波器 (145)9. 高阶有源滤波器 (150)9.1 滤波函数的转换 (150)9.2 元件模拟实现 (154)9.2.1 仿真电感实现 (155)9.2.2 频变负电阻实现 (156)9.3 运算模拟实现 (157)9.4 级联法实现 (159)10. 开关网络分析 (164)10.1 分析直流变换器的状态平均法 (164)10.2 准谐振变换器的分析 (167)10.3 传递函数转换 (170)10.4 开关电容网络的分析 (174)11. 非线性电阻网络 (180)11.1 非线性电阻网络方程 (180)11.2 分段线性化方法 (182)11.3 牛顿 拉夫逊法 (184)11.4 友网络模型法 (186)12. 非线性动态网络 (190)12.1 相空间、轨线 (190)12.2 平衡点类型 (193)12.2.1 平衡点领域的线性化 (193)12.2.2 二阶线性状态方程组的平衡点 (194)12.3 稳定性分析 (197)12.4 周期解与极限环 (199)12.4.1 极限环形式 (199)12.4.2 一些极限环的判据 (200)12.4.3 拟周期振荡 (201)12.5 非线性电路的分岔 (203)12.6 混沌振荡电路 (206)12.6.1 混沌振荡的特点 (206)12.6.2 李雅普诺夫(Lyapunov)指数 (209)12.6.4 超混沌电路 (213)13. 非线性动态网络解法 (216)13.1 动态网络的数值解法 (216)13.2 摄动法 (219)13.3 平均值法 (221)13.4 谐波平衡法 (223)13.5 铁磁谐振电路的分析 (224)13.5.1 铁磁谐振电路的谐波解 (226)13.5.2 铁磁谐振电路中的次谐波 (229)1. 基本网络元件与网络性质这里所称的网络是指电气网络,即电路。
1-8 网络元件及网络的无源性和有源性二端网络元件无源性的定义:网络元件的有源性和无源性与能量的传递有关,若W (t 0)为二端元件于t 0时刻贮存的能量,W (t 0, t )为在t 0至t 时间内从电源传送至二端元件的能量,即∫=tt o d i u t t W τττ)()(),(0式中u 、i 为该元件的端电压和电流。
,0−∞>t 对所有的如果对所有的初始时刻,o t t ≥以及对所有的容许信号偶(u 、i ),均有ot t W t W ≥+),()(00成立,则该二端元件是无源的(passive)。
该定义表明,二端元件的无源性,要求元件在t 0时的贮能与从t 0至t 时间内由电源吸收能量之和不能小于零。
也即是说元件在任一时间区间[t 0, t ]中,经其二端传送至电路其它部分的能量不能大于它在t 0时的贮能。
二端网络元件有源性的定义:如果对某些初始时刻t 0,对某些,0t t ≥以及对某些容许信号偶(u 、i ),有),()(00<+t t W t W 则该二端元件是有源的(active )。
1-8-1 电阻元件的无源性和有源性二端电阻元件的无源性定义为:如果对所有的t 0>–∞,对所有的t >t 0,对所有的容许信号偶(u ,i ),均有式∫≥=tt d i u t t W 00)()(),(0τττ成立,该二端电阻元件称为无源的。
反之,若对于某些,0−∞>t 对某些,0t t >对某些容许信号偶(u 、i ),有∫<=tt o d i u t t W 0)()(),(0τττ则该二端电阻元件称为有源的。
以上定义表明,无源电阻在任何情况下都只能消耗能量,而有源电阻在某些情况下则能对与其连接的其它电路部分提供能量。
就一般非线性时变电阻而言,当且仅当其特性曲线在所有时间t均位于i-u平面的第一和第三象限,ui>0,该电阻元件是无源的。
否则,只要在某一时刻的特性曲线的某一部分位于i-u平面的第二或第四象限,ui<0,该电阻元件就是有源的。
第8章无源网络传递函数的综合第1-2节内容总结 二端口网络的电压比传递函数是网络综合常用的另一个指标,本章介绍无源网络传递函数的综合。
主要内容有:转移参数的性质,传输零点,梯形RC 网络,一臂多元件的梯形RC 网络,并联梯形网络,梯形LC 网络,单边带载LC 网络和双边带载LC 网络的达林顿实现。
8.1 转移参数的性质网络综合的一般问题应是给出多端口网络的各种参数矩阵来综合网络。
但在本章,只讨论较有代表性的传递函数)()()(12s V s V s H =的综合。
图8-1 利用开路参数计算传递函数如图8-1所示,当02=I ,由双端口网络的开路参数方程可得:)()()()()(112112s Z s Z s V s V s H == (8-1) 或由双口网络的短路参数方程可得: )()()()()(222112s Y s Y s V s V s H -==(8-2) 式(8-1)、式(8-2)的分母是策动点函数。
为讨论上述转移参数的特性,应采用特勒定理并考虑端口电流方向得*=***∑=+=j b j j TI V I V I V I V 32211 (8-3) 其中T V 是端口的电压向量,*I 是端口电流流向的共轭,式(8-3)右边为)()(1)()(000s F s V ss sM s F =++ (8-4) 即 )(s F I V T =*(8-5) 其中)(s F 为正实数。
端口电压向量 ZI V = (8-6)设111jb a I += 222jb a I +=,Z I Z I V T T T T ==其中 Z 是双端口的开路参数矩阵,将上式和)()(2112s Z s Z =代入式(8-5)得 )()(2212121222221111212212122222111s F b b a a Z I Z I Z I Z I I Z I I Z I Z I Z I I V T T =+++=+++==**** (8-7)因此得 )(2)()()()(21212222211121b b a a I s Z I s Z s F s Z +--= (8-8)设)(s F 、)(11s Z 、)(22s Z 、)(21s Z 在jw 轴上某极点处留数分别为k 、11k 、22k 、21k 显然k 、11k 、22k 各自大于等于零 ,故有)(221212122222111b b a a k I k I k k +++= (8-9) 其中212121b a I +=,222222b a I +=,代入式(8-9)后得 0)2()2(222221211121222221211121≥+++++k b b b k k b k a a a k k aa 、b 为任意实数时均需满足,,所以每个括号项分别均应为非负。