二端口的参数和方程

时间:2023-03-11作者:佚名
 用二端口概念分析电路时,仅对端口处的电压电流之间的关系感兴趣,这种关系可以通过一些参数表示,而这些参数只决定于构成二端口本身的元件及它们的连接方式,一旦确定表征二端口的参数后,根据一个端口的电压、电流变化可以找出另一个端口的电压和电流。
  1.二端口的参数
  
线性无独立源的二端口网络,在端口上有 4 个物理量 二端口的参数和方程,如图16.4所示。在外电路限定的情况下,这 4 个物理量间存在着通过两端口网络来表征的约束方程,若任取其中的两个为自变量,可得到端口电压、电流的六种不同的方程表示,即可用六套参数描述二端口网络。其对应关系为:
      二端口的参数和方程   二端口的参数和方程   二端口的参数和方程
  由于每组方程有有两个独立方程式,每个方程有两个自变量,因而两端口网络的每种参数有 4 个独立的参数。本章主要讨论其中四套参数,即 Y、Z、A、H 参数。
  讨论中设端口电压、电流参考方向如图 1 所示。 二端口的参数和方程
图 1
  2. Y 参数和方程
  1) Y 参数方程
  将二端口网络的两个端口各施加一电压源如图 2所示,则端口电流可视为两个电压源单独作用时的响应之和,即:
   二端口的参数和方程
  上式称为 Y 参数方程,写成矩阵形式为:
    二端口的参数和方程
二端口的参数和方程
图 2
  其中二端口的参数和方程称为两端口的Y参数矩阵。矩阵中的元素称为Y参数。显然Y参数属于导纳性质。 需要指出的是Y参数值仅由内部元件及连接关系决定。
  2) Y 参数的物理意义及计算和测定
   在端口1 上外施电压二端口的参数和方程,把端口2 短路,如图3所示,由 Y 参数方程得:
   二端口的参数和方程
  同理,在端口 2 上外施电压二端口的参数和方程,把端口 1 短路,如图4所示,由 Y 参数方程得:
   二端口的参数和方程
二端口的参数和方程
图 3
二端口的参数和方程
图 4
  由以上各式得 Y 参数的物理意义:
   Y11 表示端口 2 短路时,端口 1 处的输入导纳或驱动点导纳;
   Y22 表示端口 1 短路时,端口 2 处的输入导纳或驱动点导纳;
   Y12 表示端口 1 短路时,端口 1 与端口 2 之间的转移导纳;
   Y21 表示端口 2 短路时,端口 2 与端口 1 之间的转移导纳,因 Y12Y21 表示一个端口的电流与另一个端口的电压之间的关系。故 Y 参数也称 短路导纳参数。
   3) 互易性两端口网络
   若两端口网络是互易网络,则当二端口的参数和方程时,有二端口的参数和方程,因此满足:二端口的参数和方程
   即互易二端口的 Y 参数中只有三个是独立的。
   4) 对称二端口网络
  若二端口网络为对称网络,除满足二端口的参数和方程外,还满足二端口的参数和方程, 即对称二端口的 Y 参数中只有二个是独立的。
  注意:对称二端口是指两个端口电气特性上对称,电路结构左右对称的一般为对称二端口,结构不对称的二端口,其电气特性可能是对称的,这样的二端口也是对称二端口。
  3. Z 参数和方程
  
1) Z 参数方程
  将二端口网络的两个端口各施加一电流源如图5所示,则端口电压可视为两个电流源单独作用时的响应之和,即:

     二端口的参数和方程
  上式称为Y 参数方程,写成矩阵形式为:
  二端口的参数和方程

二端口的参数和方程
图 5
  其中 二端口的参数和方程称为 Z 参数矩阵。矩阵中的元素称为 Z 参数。显然 Z 参数具有阻抗性质。 需要指出的是 Z 参数值仅由内部元件及连接关系决定。
   Z 参数方程也可由 Y 参数方程解出 二端口的参数和方程得到, 即:
      二端口的参数和方程
  其中 =Y11Y22Y12Y21 。 Z 参数矩阵与 Y 参数矩阵的关系为:二端口的参数和方程
2) Z 参数的物理意义及计算和测定
  在端口 1 上外施电流 二端口的参数和方程,把端口 2 开路,如图6所示,由 Z 参数方程得:
   二端口的参数和方程
二端口的参数和方程
图 6
  在端口 2 上外施电流 二端口的参数和方程,把端口 1 开路,如图7所示,由 Z 参数方程得:
     二端口的参数和方程
   由以上各式得 Z 参数的物理意义:
二端口的参数和方程
图 7
   Z11 表示端口 2 开路时,端口 1 处的输入阻抗或驱动点阻抗;
   Z22 表示端口 1 开路时,端口 2 处的输入阻抗或驱动点阻抗;
   Z12 表示端口 1 开路时,端口 1 与端口 2 之间的转移阻抗;
   Z21 表示端口 2 开路时,端口 2 与端口 1 之间的转移阻抗,因 Z12Z21 表示一个端口的电压与另一个端口的电流之间的关系。故 Z 参数也称开路阻抗参数。
   3) 互易性和对称性
   对于互易二端口网络满足: 二端口的参数和方程
   对于称二端口网络满足: 二端口的参数和方程
   因此互易二端口网络 Z 参数中只有 3 个是独立的,而对称二端口的 Z 参数中只有二个是独立的。
  注意:并非所有的二端口均有Z,Y 参数,如图8所示的两端口网络,端口电压和电流满足方程:
  二端口的参数和方程  即: 二端口的参数和方程
   由 二端口的参数和方程知该 两端口的 Z 参数不存在。
 图9所示的两端口网络,端口电压和电流满足方程:
   二端口的参数和方程即: 二端口的参数和方程
   由 二端口的参数和方程知该 两端口的 Y 参数不存在。
 图10所示的理想变压器电路,端口电压和电流满足方程
     二端口的参数和方程
   显然其 Z 、 Y 参数均不存在。
二端口的参数和方程
图 8
二端口的参数和方程
图 9
二端口的参数和方程
图 10
  4. T 参数和方程
  
1) T 参数方程
  在许多工程实际问题中,往往希望找到一个端口的电压、电流与另一个端口的电压、电流之间的直接关系。 T 参数用来描绘两端口网络的输入和输出或始端和终端的关系。

  定义图11 的两端口输入、输出关系为:
    二端口的参数和方程
  上式称为 T 参数方程,写成矩阵形式为:
  二端口的参数和方程

二端口的参数和方程
图 11
  其中 二端口的参数和方程称为 T 参数矩阵。矩阵中的元素称为 T 参数。 T 参数也称为传输参数 或 A 参数。 T 参数的值也仅由内部元件及连接关系决定。
  注意: 应用 T 参数方程时要注意电流 二端口的参数和方程前面的负号。
   2) T 参数的物理意义及计算和测定
   T 参数的具体含义可分别用以下各式说明:
    二端口的参数和方程为端口2开路时端口1与端口2的电压比,称转移电压比;
    二端口的参数和方程为端口2短路时端口1的电压与端口2的电流比,称短路转移阻抗;
    二端口的参数和方程为端口2开路时端口1的电流与端口2的电压比,称开路转移导纳;
    二端口的参数和方程为端口2短路时端口1的电流与端口2的电流比,称转移电流比;
   3) 互易性和对称性
  由 Y 参数方程可以解得:
     二端口的参数和方程      二端口的参数和方程
  由此得 T 参数与 Y 参数的关系为:
     二端口的参数和方程  二端口的参数和方程  二端口的参数和方程  二端口的参数和方程
  对互易二端口,因为二端口的参数和方程,因此有:二端口的参数和方程,即 T 参数中只有 3 个是独立的,
  对于对称二端口,由于 二端口的参数和方程,因此有二端口的参数和方程,即 T 参数中只有二个是独立的。
  5.H 参数和方程
  
1) H 参数和方程
   定义图11的两端口输入、输出关系为:
      二端口的参数和方程
   上式称为 H 参数方程,写成矩阵形式为:
      二端口的参数和方程
   其中 二端口的参数和方程称为 H 参数矩阵。矩阵中的元素称为 H 参数。 H 参数也称为混合参数,H 参数的值也仅由内部元件及连接关系决定,它常用于晶体管等效电路。
   2) H 参数的物理意义计算与测定
    二端口的参数和方程称为短路输入阻抗    二端口的参数和方程称为开路电压转移比
    二端口的参数和方程称为短路电流转移比   二端口的参数和方程开路输入端阻抗
   3) 互易性和对称性
  对于互易二端口 H 参数满足:二端口的参数和方程,即 H 参数中只有3个是独立的,
  对于对称二端口 H 参数满足:二端口的参数和方程,即H 参数中只有2个是独立的。

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