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1、第11章,二端口网络可连接激励源与负载，完成对信号的放大、变换及匹配等功能。是非常重要的电路形式之一，在实际应用中具有极其重要的作用。二端口网络对外部电路的功能及特点表现在端口的电压、电流关系上。本章讨论表示二端口网络端口电压、电流关系的网络参数与方程，端口接信号源和负载时电路的分析以及二端口网络的连接等。对典型的多端元件运算放大器及其所构成的典型功能电路进行分析讨论。作为应用介绍晶体三极管小信号微变等效电路。,二端口网络及多端元件,電子工業出版社,11.1 二端口网络 11.2 具有端接的二端口 11.3 二端口网络的连接 11.4 互易二端口 11.5 含源二端口网络 11.6 运算放大器
2、电路 11.7 回转器和负阻抗变换器 11.8 应用,第11章 二端口网络及多端元件,電子工業出版社,11.1 二端口网络,二端口网络满足：i1 = i1 ， i2 = i2,二端口网络一定是四端网络， 但四端网络不一定是二端口网络。,定义双端口网络,本节研究由线性电阻、电容、电感、互感及受控源组成的且不含独立源及非零初始条件的线性定常二端口网络。,電子工業出版社,Z 参数,电路,描述方程,自变量,因变量,電子工業出版社,22端开路时的输入阻抗,22端开路时的转移阻抗,11端开路时的反向转移阻抗,11端开路时的输出阻抗,Z 参数的四个值,开路阻抗参数,電子工業出版社,例11-1,如图二端口网络
3、又称为T形电路，求其Z参数。,解: 按定义可求得该网络的Z参数,该二端口网络有z12 = z21,電子工業出版社,例11-2,求如图所示二端口网络的Z参数。,解：列写二端口网络端口的伏安关系为,由图中结点可得 ，即 ，代入上式可得,即:,该例中z12 z21。一般当电路中含有受控源时，z12 z21,電子工業出版社,Y 参数,方程,自变量,因变量,電子工業出版社,22 端短路时11端的策动点导纳；,11 端短路时的反向转移导纳；,22 端短路时的正向转移导纳；,11 端短路时22 端的策动点导纳。,Y 参数的4个值,短路导纳参数,電子工業出版社,例11-3,如图所示的二端口网络又称为形电路，求
4、其Y参数。,解： 按定义可求得该网络的Y参数,该二端口网络有：y12 = y21。,電子工業出版社,例11-4,则其Y参数矩阵,以 为自变量，得,可得Z参数矩阵,解 ： 由耦合电感的伏安关系：,求如图所示耦合电感的Z参数矩阵、Y参数矩阵。,電子工業出版社,H 参数,因变量,自变量,自变量与因变量互换,形式为H 混合参数方程,(略),電子工業出版社,11 端开路时的反向电压传输函数；,22 端短路时的正向电流传输函数；,11 端开路时22 端的策动点导纳。,22 端短路时11 端的策动点阻抗；,H 参数的4个值,由于H参数既有阻抗、导纳，又有电流比、电压比，故又称为混合参数,電子工業出版社,T
5、参数,当两个自变量同时取自二端口网络的22 端口，因变量则同时在网络的11 端口时，可得到二端口网络的传输参数方程,自变量,因变量,電子工業出版社,22 端开路时的反向电压传输函数；,22 端短路时的转移阻抗；,22 端开路时的转移导纳；,22 端短路时的正向电流传输函数。,传输参数矩阵,T参数的4个值,電子工業出版社,例11-5,由理想变压器的伏安关系可见，其Z参数矩阵、Y参数矩阵不存在。,解：由理想变压器的伏安关系：,求如图所示理想变压器的H参数矩阵、T参数矩阵。,所以T参数矩阵,可得其H参数矩阵,又因为,電子工業出版社,11.1.2二端口的等效电路,1、Z 参数等效电路,与一端口等效相同
6、，当两个二端口网络具有相同的端口伏安特性时，这两个二端口网络等效。只要知道二端口网络的端口伏安特性，就可以给出该二端口网络的等效电路。,改写端口网络的Z参数方程,由方程作图,電子工業出版社,2、二端口Y 参数等效电路,電子工業出版社,3、二端口H 参数等效电路,電子工業出版社,11.1.3各组参数间的互换,電子工業出版社,11.2 具有端接的二端口,二端口网络常连接在信号源与负载之间，用于完成特定功能。,電子工業出版社,分析原则,1、所给网络的参数方程约束,2、信号源支路提供约束为,3、负载阻抗提供约束为,4、联立方程求解相关数值,電子工業出版社,1、分析输入阻抗与输出阻抗,電子工業出版社,2
7、 转移函数,采用不同的二端口网络参数方程，所得结果相同，但计算的繁简相差很大。如采用Y参数求电压传输函数Au要比采用Z参数简便的多,電子工業出版社,例11-6,端接二端口网络如图所示，已知 =3 V，Zs = 2 ，二端口的Z参数： z11 = 6 ，z12= j5 ，z21=16 ，z22=5 。求负载阻抗等于多少时将获得最大功率？并求最大功率。,当ZL = Zo* 时负载可获得最大功率，因此ZL = Zo* = 5 j10 ,解：由已知条件可得二端口的Z参数方程为：,代入信号源支路伏安关系,则最大功率,消去 、 得,電子工業出版社,11.3 二端口网络的连接,Y = Ya+Yb,Z = Z
8、a+Zb,多个二端口适当的连接可构成一个新的二端口网络，若连接后原二端口的端口条件不因连接而破坏，则称连接后构成的新二端口网络为复合二端口，相互连接的二端口网络称为子二端口 。,二端口网络的连接主要有：串联、并联、串并联、并串联、级联等,1、串联、并联,電子工業出版社,H = Ha+Hb,H = Ha+Hb,2、串并联、并串联,電子工業出版社,T = TaTb,二端口级联,3、级联,電子工業出版社,11.3.2 连接的有效性,复合二端口要求连接的子二端口的端口条件不因连接而破坏。,当两个二端口网络以某种方式连接时，它们的端口条件不一定仍能满足，若连接后二端口的端口条件被破坏，则它们蜕变为四端网
9、络，不能再用二端口的参数描述其特性，当然不能再用二端口网络参数去计算连接后的网络参数。,因此连接的有效性 是有条件的！,電子工業出版社,例11-7,如图所示的两个T形二端口网络的输入口和输出口分别串联，求连接后的网络的Z参数，并判别连接后的网络是否为复合二端口。,解：按Z参数定义可求得连接后的网络的Z参数，即,Z11 = 6+2+(6/3)+2 = 12 ；Z12 = 2+(6/3)+2 = 6 ； Z21 = 2+(6/3)+2 = 6 ； Z22 = 3+2+(6/3)+2 = 9 ,即Z参数矩阵,由电路可得，两个T形二端口网络的Z参数矩阵分别为,两矩阵相加, 不是复合二端口,電子工業出版
10、社,二端口串联有效性检测,时，端口条件不被破坏,電子工業出版社,二端口并联有效性检测,检验电路要求输入端（或输出端）加电压源且子网络输出端（或输入端）短路。,電子工業出版社,二端口串-并联有效性检测,電子工業出版社,二端口并-串联有效性检测,電子工業出版社,11.4 互易二端口,z12 = z21 y12 = y21 h12 = -h21 T = AD BC = 1,z11 = z22 y11 = y22 H = h11h22h12h21 = 1 A = D,对称互易二端口进一步满足：,互易二端口满足：,互易二端口等效电路只需三个独立元件即可构成。,对称互易二端口只有两个独立的网络参数,電子工
11、業出版社,1 、开路短路阻抗参数,11 端开路时22 端的策动点阻抗或开路输出阻抗；,22 端短路时11 端的策动点阻抗或短路输入阻抗；,22 端开路时11 端的策动点阻抗或开路输入阻抗；,11 端短路时22 端的策动点阻抗或短路输出阻抗。,开路短路阻抗参数定义为互易二端口网络一个端口开路或短路时，另一个端口的策动点阻抗。,電子工業出版社,开路短路阻抗参数中只有三个参数是独立的，因此它只能用来描述互易二端口。,开路短路阻抗参数特点,如果互易二端口是对称的，则只有两个独立的参数,電子工業出版社,*特性阻抗与传输系数,Zi = Zs= Zc1 ，Zo = ZL = Zc2时,電子工業出版社,*例1
12、1-8,相移系数: = 0,求如图所示网络的特性阻抗和传输系数,解: 其开路短路阻抗分别为,特性阻抗为:,传输系数为:,衰减系数:,電子工業出版社,*11.5 含源二端口网络,二端口两端均开路时22 端的开路电压,二端口两端均开路时11 端的开路电压,1、含源二端口流控型伏安关系,z11、z12、z21、z22 二端口内部独立电源置零时网络Z参数,電子工業出版社,y11、y12、y21、y22 二端口内部独立电源置零时网络Y参数,二端口两端均短路时11 端的短路电流,二端口两端均短路时22 端的短路电流,*2含源二端口压控型伏安关系,電子工業出版社,h11、h12、h21、h22 二端口内部独
13、立电源置零时网络H参数,二端口22 端短路时11 端的开路电压,二端口11 端开路时22 端的短路电流,*3、含源二端口混合型伏安关系,電子工業出版社,*11.5.2 等效电路,電子工業出版社,例11-9,22 端电压,解： 将网络内部独立源置零，求得其Z参数矩阵为,求如图所示含源二端口网络的流控型伏安关系。,11 端电压,流控型伏安关系为：,電子工業出版社,11.6 运算放大器电路,运算放大器（简称运放）是采用集成电路技术制作的一种多端器件。,它在一块硅片上集成了许多相连的晶体管、二极管、电阻及小容量电容等元件，封装后对外具有多个引脚。它是发展最早、应用最广泛的模拟集成电路器件之一，因其早期
14、主要用于完成信号的加法、积分、微分等运算而得名。,尽管运算放大器内部结构复杂，且其内部组成也不尽相同，但就其引脚对外电路所表现出的伏安特性而言可建立相同的电路模型。,特别是其理想化后，对外电路具有非常简单的伏安特性。,電子工業出版社,1、多端元件,三端电路元件,超过三端电路元件,電子工業出版社,2、运算放大器,其中，Ri为输入电阻，Ro为输出电阻，受控源表明了运放的电压放大作用。当在运放同相输入端输入电压u+，反相输入端输入电压u时，受控源电压为A(u+ u)。A为运放的电压增益，u+ u被称为差动输入电压。,電子工業出版社,理想运算放大器,理想运算放大器满足：,理想运放电路模型,理想化运算放
15、大器，满足A ，Ri ，Ro 0。此时，由于A ，且输出uo为有限值，则输入：u+ u = 0；又由于Ri ，所以有i+ = i = 0。,電子工業出版社,11.6.3 含理想运算放大器电路,所以,u = u+ = 0,因为,1、反相放大器,可见，输出信号uo与输入信号ui反相,上式表明反相放大器电压增益仅由外接电阻Rf与R1之比决定，与理想运算放大器参数无关，故其又称为反相比例运算电路。,電子工業出版社,2、同相放大器,图11-35为同相放大器，输入信号ui加在同相输入端。,同相放大器的电压增益,此时，输出信号uo与输入信号ui同相，上式表明同相放大器电压增益总是大于或等于1。,電子工業出版社,例11-10,由i = i+ = 0，则i1 = if,求图示电路输出电压uo与输入电压ui之比Au,解：,可得,電子工業出版社,3、加(减）法器,当R1 = R2 = R3 = R时，可得,又因为i = 0，则 if = i1 + i2 + i3,因为u = u+ = 0，所以有,所以有,输出,電子工業出版社,4、微、积分器,图11-37(a)为微分器电路。因为u = u+ = 0,输出uo等于输入ui的微分,图11-37(b)为积分器电路。因为u = u+ = 0，i =0，,输出uo等于输入ui的积分。,電子工業出版社,例11-11,可见，输出等于两输入量之差，故图
