哈工大电路分析课件19-20学时

第五章双口网络双口网络或双口(twopart)在工程实际中，研究信号及能量的传输和信号变换时，需因各个子网在电路中的作用进行划分，而有些双口网络本身就是不可分割的整体。当一个电路与外部电路通过两个端口连接时称此电路为双口网络或二端口网络。定义：变压器n:1滤波器电路RCC传输线晶体管放大电路例输入端口，常称端口1输出端口，常称端口2双口的端口电压、电流是分析的主要对象，有时是唯一的对象。1.端口(port)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。N+u1i1i12.二端口（two-port)i1N+u1i1i2i2+u2i2i1i1i2是双口网络吗？具有公共端的双口网络。i4i3i1i2是双口网络吗？四端网络22'211'1iiiiiiii不满足端口条件1-1’2-2’3-3’4-4’例:i1i2i2i1u1+–u2+–2211Rii1i23344是双口网络不是双口网络，是四端网络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。3.研究二端口网络的意义（1）两端口应用很广，其分析方法易推广应用于n端口网络；（2）大网络可以分割成许多子网络（两端口）进行分析；（3）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（1）分析前提：讨论初始条件为零的无源二端口网络；（2）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。§5-1双口网络的流控型和压控型VCR端口物理量4个i1u1i2u2若在两端口施加电流源，is2is1u1=（电流源i1单独作用在端口1产生的电压）+（电流源i2单独作用在端口1产生的电压）+（只由网络N中所有独立源作用在端口1产生的电压）N依据叠加定理得端口1的VCR：1oc212111111uirir'''u''u'u则端口电压为因变量流控型VCR约定：每一个端口的电压、电流是关联参考方向。0u,0i11111oc2iur0u,0i21121oc1iur0i,0i11oc21uu双口内部电源置零且电流源2开路时，端口1的开路策动点电阻双口内部电源置零且电流源1开路时，端口1的开路反向转移电阻两端均开路时端口1的开路电压其中：is2is1N1oc2121111111uirir'''u''u'uu同理，可得端口2的VCR：2oc2221212uiriru其中：0u,0i12212oc2iur0u,0i22222oc1iur0i,0i22oc21uu双口内部电源置零且电流源2开路时，端口2的正向转移电阻双口内部电源置零且电流源1开路时，端口2的开路策动点电阻两端均开路时端口2的开路电压is2is1Nis2is1N2oc2221212uiriru1oc2121111uirirui1u1i2u2体现了将双口网络作为一整体时的端口的约束关系。:u,u,r,r,r,r1oc1oc22211211取决于网络内部各元件的一次参数和网络的结构。2oc2221212uiriru1oc2121111uiriru将两端口的电压写成矩阵形式：2oc1oc212221121121uuiirrrruur参数矩阵或开路电阻矩阵引入向量：T21)i,i(IT21)u,u(UT2oc1ococ)u,u(U)r(Rij得：ocUIRU单口网络VCR的推广双口网络的流控型等效电路或r参数等效电路：212221121121iirrrruu若双口网络内不含独立源，则双口流控型VCR为：2oc1oc212221121121uuiirrrruu戴维南定理的推广+-+-1U1I2I2UN双口网络的压控型VCR：2sc2221212iugugi1sc2121111iugugi其中：0i,0u11111sc2uig0i,0u21121sc1uig0i,0u12212sc2uig0i,0u22222sc1uig端口1的短路策动点电导端口1的短路反向转移电导端口2的短路正向转移电导端口2的短路策动点电导0u,0u11sc21ii0u,0u22sc21ii短路电流压控型VCR的矩阵形式：scIUGIG：短路电导矩阵，其中各个参数称为g参数。(或Y参数)双口网络的压控型等效电路或g参数等效电路：212221121121uuggiigg若双口网络内不含独立源，则双口压控型VCR为：例5-1求所给双口的r参数解：)(10402020iur0i11112)(5.710/uu75.0iur110i12212110i2u75.015515uu212222i0u1525r9.375()i40220i1u8.020520uu1)(5.7375.9/uu8.0iur220i21121例5-2求所给双口的r参数。已知：g=1/60S解：)gu1(30u22)V(205.0130u2)V(50)gu1(6010u21(a)令端口2开路，端口1加一1A电流源。则：)(50A1ur111)(20A1ur221(a)(b)令端口1开路，端口2加一电流源。)gu1(30u22)V(205.0130u2)V(102010ugu30u221因此：)(20A1ur222)(10A1ur112例5-3求所给双口的压控型VCR。已知：g=2S解：本题是求g参数和Us在两端口形成的短路电流，然后求双口的VCR。1、令端口2短路，us置零，在端口只施加u1。)(50A1ur111)(20A1ur221S59u)5/u(u2u)5/u(u2uiguuig1111331231111S51i5iuig2212212、另端口1短路，us置零，在端口2只施加u2。S51u5/uu5/uuig222322223、现考虑us的作用5uiiS2SC1SCSuuuuuguuig595/25/2222332112因此，该双口网络的VCR为：SS2121u51u51uu5159ii5159§5-2双口网络的混合型VCRNNu2+-i1混合(hybrid)I型u1+-i2混合(hybrid)型下面以混合I型为例进行分析：Nu2+-i1u1=（电流源i1单独作用在端口1产生的电压）+（电压源u2单独作用在端口1产生的电压）+（只由网络N中所有独立源作用在端口1产生的电压）1oc212111111uuhih'''u''u'u依据叠加定理：0u,0u11111oc2iuh0u,0i11oc21uu双口内部电源置零且电压源2短路时，端口1的短路策动点电阻双口内部电源置零且电流源1开路时，端口1的开路反向转移电压比端口1开路，端口2短路，端口1的开路电压其中：0u,0i21121oc1uuh同理，可得端口2的VCR：2SC2221212iuhihi0i,0u12212SC2iih0u,0i22SC21ii双口内部电源置零且电压源2短路时，端口2的短路正向转移电流比双口内部电源置零且电流源1开路时，端口2的开路策动点电导端口1开路，端口2短路，端口2的短路电流其中：0i,0i22222SC1uih混合I型VCR的矩阵形式：2SC1oc212SC1oc212221121121iuuiHiuuihhhhiuh参数矩阵若网络内不含独立源表达式同时告诉了我们这些参数的测定方法。混合I型等效电路或h参数等效电路：2SC2221212iuhihi1oc2121111uuhihuNu1+-i2对混合型2OC1SC2121uiiu'Hui22211211'h'h'h'h'H其中：例求所示电路的H参数22121URII21/10RRH1I2I++1U2UR1R21Iβ111IRU22212122121111UhIhIUhIhU（晶体管微变等效电路）§5-3双口网络的传输型VCR（1）以输入端口的电压u1和电流i1为自变量的VCR；（2）以输出端口的电压u2和电流i2为自变量的VCR；N传输型VCR不能用外加激励的方法求得。传输型的双口网络内一般不含独立电源，可由前面推导出的参数方程得到传输型VCR的方程。2221212ugugi2121111ugugig参数方程：221112212211121iggu)gggg(i221221221ig1uggu输出端口的实际电流与图示i2相反。传输I型传输型221112212211121iggu)gggg(i221221221ig1uggu令：2112212211g1agga21112122111221ggagggga22得传输I型或正向传输型VCR：其中，四个a参数的实验测定：0i21112uua0u21122iua0u21222iia0i21212uia开路反向转移电压比端口2的短路策动点阻抗开路反向转移导纳短路反向转移电流比)i(auai)i(auau222221121221112211iuAiu22211211aaaaA其中：传输I型VCR的矩阵形式：A参数矩阵,正向传输矩阵(或T参数矩阵)2221212ugugi2121111ugugi同理，由g参数方程)i('au'ai)i('au'au122121211211121122iu'Aiu22211211'a'a'a'a'A其中：传输型VCR的矩阵形式：A’参数矩阵,反向传输矩阵(或T’参数矩阵)211ini则n100nA即2211100iunniun:1i1i2++u1u221nuu例1求所示电路的A参数)i(auai)i(auau22222112122111例2求传输A参数2I5.0IIIa110U21222++122I1I2U1U25.1221UUa0I21112++122I1U1U2+122I1I2U1S5.0UIa0I21212Ω4I5.0)]2//2(1[IIUa110U21122)i(auai)i(auau22222112122111