二端口网络理论
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电感怎么转化成二端口y参数模型1. 引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍电感的基本概念和其在电路中的重要作用,以及为什么要将电感转化为二端口y参数模型。
以下是一个简单的示例:"电感是电路中常见的被动元件之一,它具有存储和释放磁能的能力。
当电流通过电感时,会在其周围产生一个磁场,该磁场在电感内部储存了能量。
电感在电子设备中扮演着重要的角色,广泛应用于滤波、谐振、能量传输等电路中。
为了更好地理解和分析电感在电路中的作用,人们发展了多种电感模型。
其中,二端口y参数模型是一种常用的表示方法。
通过将电感转化为y参数模型,我们能够更方便地进行电路分析和设计。
y参数模型提供了描述电感的电流-电压关系的数学表达式和参数值,使得我们能够准确地预测电感在电路中的行为和性能。
本文将介绍电感的基本概念,包括电感的物理特性、符号表示以及常见的应用场景。
随后,我们将详细讨论将电感转化为二端口y参数模型的方法和步骤。
通过本文的阅读,读者将能够理解电感的工作原理,以及如何将其转化为y参数模型进行电路分析。
接下来,我们将详细描述电感的二端口y参数模型转化方法,请继续阅读第2.2节。
"文章结构是指文章的组织框架,包括各个部分的标题和内容。
本文将按照以下结构来展开对电感转化为二端口y参数模型的讨论:1. 引言1.1 概述引出电感的作用和重要性,指出需要建立电感的数学模型来进行电路分析和设计的需求。
1.2 文章结构介绍文章的整体结构,包括引言、正文和结论三个主要部分,以及各个部分的内容概要。
1.3 目的阐明文章的目的,即研究电感转化为二端口y参数模型的方法,以帮助读者更好地理解和应用相关电路理论。
2. 正文2.1 电感的基本概念简要介绍电感的定义、基本特性和电路中的应用,包括其作用和作用原理。
2.2 电感的二端口y参数模型转化方法详细讨论如何将电感转化为二端口y参数模型,包括建立电感的等效电路、电感的y参数表示和计算方法等。
第一章 网络理论基础第一节 网络及其元件的基本概念一.网络基本表征量 1. 分类基本变量:)()()()(t t q t i t u ψ高阶基本变量:βαβα,()()(i u 是不为0,-1的任意整数)基本复合量:)()(t w t p2.关系ττd i t q dtt dq t i t ⎰∞-==)()()()( (1-1-1)ττψψd u t dtt d t u t ⎰∞-==)()()()( (1-1-2))()()()(t i t u dtt dw t p == (1-1-3)τττττd i u d p t W tt ⎰⎰∞-∞-==)()()()( (1-1-4)二.多口元件和多端元件 1.二端元件 多端元件 (1) 二端元件: R 、L 、C元件约束为一个方程描述,两个独立变量。
(二端网络:一个方程描述,两个独立变量。
)(2) n 端元件:有n -1个电流和n -1个电压是独立变量,共(2n -2)个,有n -1个约束方程。
2.多端元件和“端口”的概念 (1)“双口”是最简单的多口。
(2)端口:端口电流相等。
条件:端口与端口之间无任何联系。
例: N 1不是双口网络,N 2 是双口网络。
3.n +1端元件与n 端元件等效 (p2图1-1-1)例:三极管任选一点为参考点,则为二端口元件。
三.容许信号与赋定关系1. 容许信号偶(Admissible Signal Pair ) p2或:元件给定的电流(压)时的电压(流)值,记{})(),(t i t u ,是一对激励和响应的关系。
2. 赋定关系(Constitutive Relation ) p2 四.网络及其元件分类依据 1. 集中参数元件 p3分布元件附:均匀传输线特性方程:p3 本书只讨论集中参数网络。
2. 时不变元件(Time-invariant )时变元件(Time-varying ) (1) 定义:p3 (2) 应用例1:判断独立电压源t E t u ωsin )(=是否是时不变元件。
输电线路绝缘配合设计方法的探讨摘要:输电线路的绝缘配合能够有效的提高线路的防雷水平。
本文主要对输电线路绝缘配合设计的方法进行探讨,首先对绝缘配合的设计原则进行了介绍,其次分析了绝缘配合设计以及其设计流程,最后从电气间隙、爬电距离和固体绝缘三个方面对绝缘配合设计的方法进行了研究。
关键词:绝缘配合;设计流程;电气间隙;爬电距离1绝缘配合设计原则绝缘体的设计是否良好,直接决定了输电线路的防雷性能水平,在设计原则上来说,依照相关规定,输电线路耐雷能力必须大于或等于常规线路,这是输电线路绝缘配合设计的最基本原则。
深入来看,因为雷击现象很容易引发输电线路设备跳闸,所以跳闸是影响输电线路最频繁的电力事故,必须在设计时严格控制跳闸出现的概率,以此提高输电线路的稳定性。
输电线路防雷性能水平规定如下:(1)中平原地区220kV输电线路防雷性能水平规定。
在中平原地区,其电压为220kV的输电线路防雷性能水平需要维持在110-76kA的区间之内。
对输电线路跳闸事故发生概率进行控制方面,需要维持62/2018.03在0.25次/(km·a),最优为0.315次/(km·a)。
(2)中平原地区110kV输电线路防雷性能水平规定。
在中平原地区,其电压为110kV的输电线路防雷性能水平需要维持在41-63kA的区间之内。
对输电线路跳闸事故发生概率进行控制方面,需要维持在0.83次/(km·a),最优为0.525次/(km·a)。
通过上述可以了解到输电线路绝缘配合设计的基本原则与标准,在进行设计时必须围绕上述原则标准来进行设计。
此外,因为绝缘配合设计属于户外装置,其容易受到户外地理环境等因素的侵蚀,因此为了避免设计受到干扰,设计时还需要考虑到防污的性能水平。
2绝缘配合设计分析2.1半波输电线路参数模型在输电线路短于电磁波波长的条件下,输电线路的电压将会维持相同的变化状态,此时可以通过集中模型对此进行描述。
10种复杂电路的分析方法1.基本电路分析法:基本电路分析法是最常见和最简单的分析电路方法之一、它通过应用欧姆定律、基尔霍夫定律和电流分流法等基本电路定理,对电路进行分析和计算。
2.等效电路分析法:等效电路分析法通过将复杂的电路简化为等效电路,以便更好地理解和分析。
这种方法通常包括电位器等效电路和戴维南定理等。
3.直流戴维南定理:直流戴维南定理是分析含直流电源的复杂电路的一种有效方法。
它通过将电源和负载电阻分别简化为等效电路,从而降低了分析电路的复杂度。
4.交流戴维南定理:交流戴维南定理是分析含交流电源的复杂电路的一种方法。
它类似于直流戴维南定理,但还包括复数和矢量运算等。
5.电压和电流分布法:该方法通过分析电路中的电压和电流分布来推导电路的整体性能。
它依赖于电路中的节点和网孔等概念,通常用于分析高频电路和复杂电路。
6.参数扫描法:参数扫描法是一种通过调节电路中的一些参数并分析其影响来理解和优化电路的方法。
它通常用于分析射频电路和混频器等。
7.稳态响应分析法:稳态响应分析法用于分析电路的稳态行为,即电路在稳定工作条件下的性能。
它通常涉及使用复数技术、矩阵分析和频域分析等方法。
8.传递函数法:传递函数法是分析电路的频率响应的一种方法。
它通过将输入输出关系表示为传递函数的形式,以便分析和设计滤波器、放大器和控制系统等。
9.相位平面分析法:相位平面分析法用于分析电路的相位响应特性。
它通过绘制相位频率响应曲线和利用极点和零点等概念来分析电路。
10.二端口网络分析法:二端口网络是指具有两个输入端口和两个输出端口的网络。
该方法通过线性系统理论和矩阵方法来分析和设计二端口网络。
大连理工大学2018年硕士研究生入学考试大纲科目代码:853 科目名称:电路理论试题以主观题为主,包括计算题和问答题等。
具体复习内容如下:一、变量、元件和基尔霍夫定律1、电流、电压、电位、电动势,它们的定义、单位、参考方向;电功率与能量。
2、电阻、电容、电感、独立电源、受控电源,它们的特性、参数;电荷,磁链。
3、基尔霍夫定律的内容及物理含义。
4、电路模型与集中参数的概念。
二、线性直流电路的分析1、电阻的串联和并联、戴维南电路、诺顿电路,二者的等效变换规律。
2、电阻的星形和三角形联结,等效变换,电桥电路。
3、支路电流法、回路电流法、节点电压法,这些方法的原理与步骤。
三、电路定理1、齐性定理、叠加定理、等效电源定理、最大功率传输定理,它们的内容与典型应用。
2、置换定理、特勒根定理、互易定理,它们的内容与简单应用。
四、正弦交流电路1、正弦电路的特点,正弦量的概念,正弦量的相量变换(即相量表示)。
2、基尔霍夫定律的相量形式,单一元件(电阻、电感、电容)电压与电流关系的相量形式。
3、RLC串联电路的阻抗,RLC并联电路的导纳,等效阻抗与等效导纳的概念,相量图。
4、正弦电路的相量分析法。
5、正弦电路的各种功率,功率因数的提高,正弦电路中的最大功率传输。
五、磁耦合元件1、磁耦合现象与互感元件,互感元件的等效化简。
2、含互感元件的正弦交流电路。
3、电磁变压器,理想变压器。
六、三相电路1、三相制,三相电源和三相负载的连接。
2、对称三相电路的计算,不对称三相电路的特点。
3、三相电路功率。
七、线性非正弦周期电流电路1、非正弦周期信号的频谱、有效值、平均值、平均功率。
2、非正弦周期电流电路的计算,原理与步骤。
八、电路的频率特性1、RLC串联电路的频率特性,RLC并联电路的频率特性。
2、串联谐振、并联谐振,包括谐振条件、谐振特点。
3、网络函数的定义、计算、应用。
九、运算放大器及其应用1、实际运算放大器的特点,理想运算放大器的特性。
第十四章 二端网络一、是非题是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√ "表示对,用"×"表示错)1. 双口网络是四端网络,但四端网络不一定是双口网络。
[√]2. 三端元件一般都可以用双口网络理论来研究。
[√]3.不论双口网络内是否含有电源,它都可以只用Y参数和Z参数来表示。
[×]4. 对互易双口网络来说,每一组双口网络参数中的各个参数间存在特殊的关系。
因此,互易双口网络只需用三个参数来表征。
[√]5. 如果互易双口网络是对称的,则只需用两个参数来表征。
[√]6. 含受控源而不含独立源的双口网络可以用T形或π形网络作为等效电路。
[×] 二、选择题选择题(注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论)1. 如图所示双口网络是(C)。
(A)对称、互易的; (B)对称、非互易的; (C)不对称、非互易的。
解:3. 直流双口网络中,已知U1=10V,U2 =5V,I1 =2A, I2 = 4A, 则Y参数 Y11 , Y12, Y21 , Y22 依次为____ 。
(A) 0.2S, 0.4S, 0.4S, 0.8 S (B) 0.8S, 0.4S, 0.4S, 0.2S (C)不能确定 4. 在下列双口网络参数矩阵中, (A)所对应的网络中含有受控源。
(A)Y= 31106− − S (B) T=101j L ω(C) Z= 5445− Ω− (D) H= 2554S Ω−解:互易的条件:Y 12=Y 21,Z 12=Z 21,T 11*T 22-T 12*T 21=1,H 12=-H 21。
5. 图示双口网络中,参数(A)和(D)分别是节点①和节点②间的自导纳,参数(B)和(C)是节点①和节点②的互导纳。
(A) Y11 (B) Y12 (C) Y21 (D) Y22解:2121111U Y U Y I &&&+= 2221212U Y U Y I &&&+=211)(U Y U Y Y I B B A &&&−+= 212)(U Y Y U Y I C B B &&&++−=6. 图示双口网络的T参数矩阵为(A)。
扼流圈原理抗扼交变电流的电感性线圈。
利用线圈电抗与频率成正比关系,可扼制高频交流电流,让低频和直流通过。
根据频率高低,采用空气芯、铁氧体芯、硅钢片芯等。
用于整流时称“滤波扼流圈”;用于扼制声频电流时称“声频扼流圈”;用于扼制高频电流时称“高频扼流圈”。
高频扼流圈和低频扼流圈都是电感线圈。
电感线圈有抑制电流变化的特性,电感越大这个效应越明显。
这个效应对电流的阻碍作用感抗,感抗的大小和电感的工作频率和它本身电感的大小有关。
共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。
原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。
因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。
共模电感在制作时应满足以下要求:1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。
2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。
3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。
4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。
5) 通常情况下,同时注意选择所需滤波的频段,共模阻抗越大越好,因此我们在选择共模电感时需要看器件资料,主要根据阻抗频率曲线选择。
另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响,主要关注差模阻抗,特别注意高速端口在老式甲类音频功率放大器中的低频扼流圈,其作用就是“通直流,阻交流”。
但是这个理想情况是无法满足的,只能近似于“通直流,阻交流”。
只要满足放大器的需要,稍微损耗一小部分交流成分也是允许的。
第26卷第3期 2007年6月 声学技术
Technical Acoustics Vo1.26,No.3
Jun.,2007
二端口网络在功率超声设计中的应用 郑书友 ,徐西鹏2 (华侨大学机电学院石材加工研究实验室,福建泉州362021) 摘要:依据二端口网络理论,利用力电类比方法,从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发。建立了机械二端口网 络的数学模型及传输特性方程,进而给出了功率超声振动系统中各部分的二端口网络传输参数;建立功率超声频率 跟踪及恒定功率控制方案的网络分析方法。 关键词:功率超声;换能器;变幅杆;频率跟踪;恒定功率 中圈分类号:TB556 文献标识码:A 文章编号:1000-3630(2007)-03-0534-05
Application of two-port network in power ultrasonic design
ZHENG Shu-you XU Xi-peng (Laboratory ofStone Machining,Hua Qiao University,Quanzhou 362021,China)
Abstract:Based on the theory oftwo-port network and the motion equation ofthe rod that vibrates in one dimension longitudinally,a two-port mechanical network model and its transfer function are derived using the mechanic-electric analogy.Further,mechanical networkparameters ofdiverse parts ofthe power ultrasonic system and the network analysis method for frequency tracking and constant power control are presented Key words:power ultrasound;transducer;horn;frequency tracking;constant power control
1 二端口网络理论
网络理论是一种非常普遍的处理问题的方法,它把系统用一个由若干端口对
外的未知网络表示。微波网络理论是微波工程强有力的工具,主要研究微波网络
各端口的物理量之间的关系,实际的微波/射频滤波器也是用网络分析仪进行测
量。微波网络分为线性与非线性,有源与无源,有耗与无耗,互易与非互易。
双口元件[18][19][20]是在微波工程中应用最多的一种元件,主要有滤波器、移
相器、衰减器等。与单口元件相似,双口元件一般采用网络理论进行分析,但是,
值得指出的是元件的网络参数本身还是需要用场论方法求得,或者实际测量得
到,从这个意义上讲,场论是问题的内部本质,而网络则是问题的外部特性。
几乎所有的微波元件都可以由一个网络来代替,并且可以用网络端口参考面
上的变量来描述其特性(在传输线上端口所在的位置,与能流方向垂直的横截面
通常称为“参考面”)。选择参考面的原则是在该参考面以外的传输线上只传输主
模。
微波网络有不同的网络参量:阻抗参量Z、导纳参量Y和A参量反映的是
参考面上电压与电流的关系;散射参量S、传输参量T反映的是参考面上归一化
入射波电压和归一化反射波电压之间的关系。在微波频率下,阻抗参量Z、导纳
参量Y和A参量不能直接测量,所以引入散射参量S和传输参量T。利用S参
数,射频电路设计者可以在避开不现实的终端条件以及避免造成待测器件损坏的
前提下,用两端口网络的分析方法来确定几乎所有射频器件的特征,故S参量是
微波网络中应用最多的一种主要参量。
图2.5 二端口网络示意图
S参量是根据某端口上接匹配负载的情况下所得到的归一化波来定义的。设
an表示第n个端口的归一化入射波电压,bn表示第n个端口的反射波归一化电压。
二端口
网络[S]
U1
U2
a1
a2
b2 b1
I2
1 端口
2 端口
I1
所谓归一化波,就是各端口的波用其对应端口的参考阻抗进行归一化后得到
的波,它们与同端口的电压的关系为
cn
n
Z
U
a
(2-21a)
cn
n
Z
U
b
(2-21b)
对于线性二端口网络(如图2.5所示),归一化入射波a和反射波b之间存
在如下关系
2121111
aSaSb
(2-22a)
2221212
aSaSb
(2-22b)
式(2-22)写成矩阵形式为
b=Sa (2-23)
矩阵S称为二端口网络的散射矩阵或S矩阵,表示为
22211211SSSSS
(2-24)
式(2-24)中的矩阵元素称为网络的散射参量,各项矩阵参量的物理意义为:
011112 a
abS
表示端口2匹配时,端口1的反射系数;
022221 a
abS
表示端口1匹配时,端口2的反射系数;
021121 a
abS
表示端口1匹配时,端口2到端口1的传输系数;
012212 a
abS
表示端口2匹配时,端口1到端口2的传输系数;
ai=0表示第i个端口接匹配负载,该端口不存在反射波。
有一点非常重要,就是所有的参量都是在对应负载匹配的情况下定义的,如
果对应的负载不匹配,那么相应的反射系数和传输系数就不再等于S参量。
二端口网络有几个重要的特性参量,它们与散射参量也有着密切的关系。
滤波器可以等效为如图2.6所示的二端口网络。
P
R
PAGeneratorFilterInputOutputLoadPIP
L
图2.6 滤波器等效二端口网络
图2.6中,PI表示入射功率,PR表示反射功率,PA表示吸收功率,根据能
量守恒关系,有
ARI
PPP
(2-25)
通过滤波器的功率被负载吸收称为负载功率PL,显然PL≤PA;如果滤波器无
损耗,则PL=PA;如果输入端又无反射,PR=0,则PL=PI。
从源得到的最大入射功率PI为
G
G
I
RVP4
2
(2-26)
而反射损耗LR为
log2011log10log10ILRPPL
(2-27)
其中为驻波系数,为反射系数。
2谐振与耦合
谐振器是微波滤波器的重要组成部分,微波谐振器与集总参数谐振回路在结
构上不同,但是它们的物理本质却完全相同。谐振回路的品质因数Q0都可以定
义为
L
PWQ000损耗功率
谐振时总的储能
(2-28)
其中ω0为谐振时的角频率,PL为谐振时的功率损耗。
品质因数还可以表示为
ffQ
0
0
(2-29)
Q0越高,谐振器的选择性越好。Q0为无载品质因数,在考虑负载的情况下,
即谐振器之间进行耦合时,必然导致系统的品质因数Q0降低。
在串联谐振电路中,负载等效为串联电阻,在并联电路中,负载等效为并联
电阻。电路谐振时,损耗在该附加电阻上的功率记为Pe,外观品质因数Qe为
e
ePWQ0
(2-30)
与谐振电路的品质因数的定义相类似,微波谐振器品质因数也定义为储能与
功耗的比值。仍然用Q0表示空载品质因数,Qe表示外观品质因数,QL表示有载
品质因数。微波谐振器谐振时,电储能的最大值We和磁储能Wm的最大值相同,
都等于总储能。
dVEdVEEWWVVe2*2121
(2-31a)
dVHdVHHWWVVm2*2121
(2-31b)
其中ε为介质介电常数,μ为介质磁导率,V为谐振腔体积。
功率损耗包括介质损耗与导体损耗,介质损耗功率Pd为
dVEPVdd221
(2-32)
其中σd为有损介质的电导率。
壁面导体损耗功率Pc为
dSHdSJJRPstssc
212
1
*
(2-33)
其中ζ为电导率,S为腔内壁总面积,Rs为导体表面电阻,δ为趋肤深度。
若只考虑导体损耗时,Q0记为Q0c
dSH
dVH
P
WQstVcc2002
(2-34)
若只考虑介质损耗,Q0记为Q0d
dVdVd
ddVEdVHPWQtan1220000
(2-35)
其中,tanδd为介质的损耗角正切。
同时考虑介质损耗以及导体损耗,Q0为:dcdPPWQ00,由此得出
dcQQQ000
111
(2-36)
对于不同的谐振模式,场分布是不同的,Q值和谐振波长都有所不同,谐振
器的Q值和谐振波长都是对于某一特定的振荡模式而言的。