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1、=基础#应用 谈二端口的变换作用卢 雅 琴( 武警上海指挥学院 训练部, 上海 200435)=摘 要 讨论了二端口的几种变换作用, 介绍了二端口变换作用在现代电路分析与综合中的运用。=关键词 二端口; 变换; 作用; 运用二端口在现代电路分析与综合中具有特定的变换作用: 二端口电路不仅能改变输出端电压、 电流的大小, 起到变标的作用, 还可以改变输出阻抗的性质及大小, 起到阻抗变换的作用, 以实现匹配网络或补偿网络; 还可进行阻抗的倒逆, 把跨接在输出端口上的某一品类的二端元件映射成另一品类的二端元件, 从而改 变元件的品种。这不仅可以大大简化电路, 有助于电路的高度模块化、 集成化, 同时
2、降低了成本。二端口的变换作用主要可分为如下几种类型:1 变换电压、 电流的大小任何二端口, 一般来说其输出端电压或电流的大小都可以随输入端电压或电流的变化而改变, 或随二端 口网络中某一支路电压或电流的变化而改变。利用二端口的这种变换作用制成最常用的二端口元件, 如: 理想变压器、 变标器、 回转器等。利用这些双口元件和单口元件( 如电阻器、 电感器、 电容器等) 的组合, 我们可以得到电子工程中大量运用的晶体管、 运算放大器及其他网络模型。 1. 1 理想变压器理想变压器不仅有变压特性, 而且还具有变流的特性。当初级与次级线圈的匝数比 N1BN2= n 时, 利用其传输参数, 初、 次级端口
3、电压、 电流的构造关系可表示成如下矩阵形式:图 1V1I1=n001/ nV2- I2即: V2( t) = ( 1/ n) V1( t) ; I2( t) = - nI1( t) 可见输出端的电压是输入端电压的 1/ n 倍, 输出端电流是输入端电流的- n 倍。1. 2 电压、 电流变标器电压变标器只改变输入端的电压而不改变输出端的电流。其传输矩阵为:A=kv001即: V2( t) = ( 1/ kv) V1( t) ; I2( t) = I1( t)图 2我们可以用一个带有受控源的简单二端口网络来实现。如图 1 所示: 电流变标器只改变输出端的电流而不改变输出端的电压。其传输矩阵为:A
4、=100ki即: V2( t) = V1( t) ; I2( t) = ( l/ ki) I1( t)我们也可以用一个带有受控源的简单二端口网络来实现。如图 2 所示:1. 3 回转器回转器能以 g 的回转比把输入电压变换成输出电流, 以 1/ g 的比率把输入电流变换成为输出电压。其 传输矩阵为:82001 年 12 月 武警工程学院学报 Dec.2001 第 17 卷第 6 期 JOURNAL OF ENGG COLLEGE OF ARMED POLICE FORCE Vol. 17 No. 6收稿日期: 2001) 06) 22 作者简介: 卢雅琴( 1969) ) , 女, 1991
5、年毕业于上海师范大学物理系, 现为武警上海指挥学院训练部文化教研室讲师。A=01/ gg0即: V2( t) = ( 1/ g) I1( t) ; I2( t) = gV1( t)利用二端口的这种变换作用, 我们还可以把一个独立的电源和受控源作适当的组合, 成为一个新的含源一端口, 这种组合可以使独立电压源( 电流源) 的电压( 电流) 倍增。2 变换阻抗 2. 1 改变阻抗大小, 形成匹配网络在理想变压器的输出端跨接一个电阻器, 其电阻值为 R, 则从输入端看进去, 其电阻值为:Rin=V1 I1=nV2 (- 1/ n) I2=n(- I2) R (- 1/ n) I2= n2R这个 Ri
6、n元件就是理想变压器和 R 元件两者的整体。由于变化比 n 是可以按需要设计而选定的, 因此在客 观效果上具有变换阻抗的特性。理想变压器的这种阻抗变换特性常用来匹配具有不同阻抗的电路。如在收音机中, 扬声器的输入阻抗一般为 88, 而功率放大器所需的输出阻抗一般为 8008, 为了达到两者的匹配, 在放大器的输出端和扬声器的输入端之间需连接一个 n2= 800/ 8= 100 的变压器。又如一个二端口网络, 如图 3 所示:当满足 ZS= Zc1、 ZL= Zc2时, 能实现无反射的全匹配, 使传输过程中能量的损失达到最小( 其中 Zc1、 Zc2分别为 二端口网络的入端特性阻抗和出端特性阻抗
7、。 ) 2. 2 改变阻抗性质, 形成补偿网络 一个常见的负阻抗变换器 NIC, 可以把一个正电阻器转变成一个负电阻器, 如图 4 所示。根据理想线性 运算放大器的特性, 即它的两个输入端口的电流都必须为零, 故 I1全部流经 R1, I2全部流经 R2; 又根据理想 线性运算放大器的另一特性, 它的两个输入端口的电压之差必须等于零, 故我们有: V1= V2则: V1- V R1= I1(1)V - V2 R2= I2(2)由( 1) 和( 2) 得: R1I1= - R2I2 当在其输出端跨接一个电阻值为 RL的负载时, 则输出端的电压为: V2= I2RL则: V1 R1I1=V2 -
8、R2I2=I2RL - I2R2= -RL R2推得: V1 I1= ( -R1 R2) RL图 5即从其输入端看进去的电阻值为( -R1 R2) RL。如果把这个通扩了的运算放大器电路用一个二端口黑盒子来 等效, 则经过二端口黑盒子的中间连接, 可以把 一个正值电阻器变成一个负值电阻器。负阻抗变换器的这种显著效用是在电信线路中作为补偿网络, 用来补偿原有的正电阻, 从而使整个线路成为零电阻, 这正是电信技术中所需要的。 ( 下转第 28 页)9武警工程学院学报 2001 年第 6 期5 结束语实现指挥自动化网络环境下的工作流应用服务器, 需研究和解决以下技术问题: ( 1) 指挥自动化网络环
9、境下的工作流应用服务器的体系结构和应用编程接口; ( 2) 构建指挥自动化网络环境下的工作流应用服务器 的组件对象模型; ( 3) 以HTML 文档为核心的非结构化或半结构化数据的存储、 组织、 管理、 维护、 编辑、 浏览及共享等的机制以及可行的实现方法; ( 4) 在指挥自动化网络环境下实现基于规则的消息传递和文档同步复制的机制和有关算法; ( 5) 在指挥自动化网络环境下进行表单传递、 工作状态跟踪、 超时报警等的机制和实现方法; ( 6) 在指挥自动化网络环境下完成异步/ 同步协同工作的机制和实现方法; ( 7) 在指挥自动化网络环境 下实现工作流应用的安全保密机制和实现方法。总之,
10、指挥自动化网络环境下的工作流应用服务器, 不仅能实现指挥自动化网络环境下的工作流应用系统实用化, 而且, 其原型系统还可作为开发指挥自动化网络环境下的办公自动化系统、 远程群体协同工作系 统等实用系统的基础平台。参考文献 1 A. Sheth, ef al,Report from the NSF workshop on workflow and process automation in information systems, ACM Softw. Eng. Notes, 22( 1) ,1997 2 T he workflow reference model, T he workflow
11、management coaltion specification, WFMC -T C00 -1003 3 Agostini,A; De Michelis, G; Patriarca, S; T inini,R. ( 1994) .A Prototype of an Integrated Coordination Support System. Computer Supported Co -operative Work( CSCW) ;An International journal. Kluwer Academic Press, Dordrecht( 上接第 9 页) 3 变换元件品种利用
12、回转器, 可以使电容变换成电感, 下面请看图 5 这样一个简单的二端口电路:由前面可知回转器的传输矩阵为: A=01/ gg0, 则方程为:V1= ( 1/ g) I2I1= gV2从输入端看进去的输入阻抗 Zi=V1 I1=( 1/ g) I2 gV2=1 g2ZL= jXc g2从上式可看到 Zi具有感抗的性质, 设c g2= L, 则 Zi= jXL, 实现了从电容到电感的转变。这种利用二端口的变换作用来实现变换元件品种的二端口电路称为变类器, 变类器的概念如图 6 所示:图 6其实我们不仅可以实现从 C ) L, 而且还可以实现 R) L、 R) C 和 L ) C 的各种类的变换。变类器的使用, 在电路的设计和综合中具有极其重要的意义。众所周知, 我们很难做出一种微型电感器, 因此在集成电路的设计和研制中, 我们通过变类器, 在 R) L 变类器的输出端口处跨接一个线性定常电阻器, 或在 C) L 变 类器的输出端口处跨接一个线性定常电容器, 模拟出一个线性定常电感器, 便会使电感器的集成化成为可能。28张龙军、 任 鑫: 工作流管理系统在指挥自动化网络中的应用
