16.3 二端口的等效电路
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本章重点:1. 两端口的参数和方程2. 两端口的等效电路3. 两端口的转移函数16.1 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,经常碰到如下两端口电路——三极管、传输线、变压器、放大器、滤波器,如图。
1. 端口(前面已介绍概念的复习)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。
2. 二端口●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。
(如上图例)注意强调:二端口网络与四端网络的关系——都为四个引脚,但两端口网络每两个引出端表现为成对特性,电流方向相反、大小相等;四端网络则四个引出端的电流可以是完全不同的,无论大小还是方向。
●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。
如上图放大器,最外端的四个端口构成一个二端口网络,而内部部分的四个引脚表现的特性是四端网络。
3. 研究二端口网络的意义●两端口的分析方法易推广应用于n端口网络;●大网络可以分割成许多子网络(两端口)进行分析;●仅研究端口特性时,可以用二端口网络的电路模型进行研究。
4. 分析方法●分析前提:讨论初始条件为零的线性无源二端口网络;●找出两个端口的电压、电流关系的独立网络方程,这些方程通过一些参数来表示。
16.2 二端口的方程和参数在本章讨论仅限于如下内容:1. 讨论范围:线性R、L、C、M与线性受控源,不含独立源。
2. 端口电压、电流的参考方向如图。
针对上图,可以看到:⏹ 端口物理量4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(三组)参数描述二端口网络。
2121u u i i ⇔;2211i u i u ⇔;2121u i i u ⇔;1. Y 参数和方程● Y 参数方程(Y → 短路导纳参数) 采用相量形式(正弦稳态)。
将两个端口各施加一电压源,则端口电流可视为电压源单独作用时产生的电流之和。
即:⎪⎩⎪⎨⎧+=+=22212122121111U Y U Y I U Y U Y I写成矩阵形式为:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡212221121121U U Y Y Y Y I I Y 参数矩阵:⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22211211Y Y Y Y ][Y 注意:Y 参数值由内部元件参数及连接关系决定。
§13.4 二端口的等效电路13.4.1 不含受控源的二端口的等效电路 根据等效变换的概念,当两个网络具有相同的端口特性时,这两个网络就称为等效网络。
对于二端口而言,当两个二端口具有相同的参数时,这两个二端口的端口特性也是相同,两者就互为等效网络。
对于不含受控源的二端口而言,其四个参数中只有三个是独立的,所以不管其内部电路有多复杂,都可以用一个仅含三个阻抗(导纳)的二端口来等效替代。
仅含三个阻抗(导纳)的二端口只有两种形式,即T 型电路和π型电路,分别如图13-11(a )(b )所示。
(a) (b)图13-11 二端口的等效电路当二端口的参数是以Z 参数的形式给出时,宜采用T 型电路作为等效网络。
图13-11(a )所示的T 型电路的端口特性方程为232122212111)()(IZ I I Z U I I Z I Z U ++=++= (13-7)若某二端口的参数是以Z 参数的形式给出的,其端口特性方程应如式(13-2)所示,考虑到对于不含受控源的二端口有2112Z Z =,为方便和式(13-7)比较,式(13-2)又可写为21222211222112112111)()()()(IZ Z I I Z U I I Z I Z Z U -++=++-= (13-8)根据等效变换的定义,式(13-7)和(13-8)中各对应系数应相等,即等效条件为12111Z Z Z -=,122Z Z =,12223Z Z Z -=当二端口的参数是以Y 参数的形式给出时,宜采用π型电路作为等效网络。
和上面的推导方法类似,可以证明其等效条件为12111Y Y Y +=,21122Y Y Y -=-=,21223Y Y Y +=若二端口的参数是以H 参数或T 参数给出,可以先求出其Z 参数或Y 参数,再求其等效T 型电路或等效π型电路。
13.4.2 含受控源的二端口的等效电路若二端口的内部含受控源,那么二端口的四个参数将是相互独立的,故其等效二端口中应含有至少四个元件。