一、内容提要:
本章介绍了二端口(网络)及其方程,二端口的Y、Z、T(A)、H等参数矩阵以及它们之间的相互关系,还介绍转移函数,T型和Π型等效电路及二端口的连接。最后介绍了两种可用二端口描述的电路元件——回转器和复阻抗变换器。
二、典型题解析:
例16.1 求图16.1所示双口网络的Y参数矩阵。
分析 求Y参数矩阵,首先设两端的电压与电流,使参考方向关联,根据KCL直接列出表示电流与电压关系的方程。
解 直接列方程
[评注] 注意阻抗单位。如本题给的是导纳单位,并联时,总导纳为两个导纳之和。
例16.2 求图16.2所示电路,试确定Z参数矩阵。
分析
代入上述两式中,化简得
[评注] 如果直接列不出方程,则应分别使输出口或输入口开路,根据参数得定义求解。
例16.3 求图16.3(a)所示双端口电路的A参数和H参数。
分析 只要按照A参数和H参数的标准形式,直接列写出方程即可。
解 设端口电压与电流,另外,根据理想变压器的变压变流关系,可求出初级线圈上电压与电流。如图16.3(b)所示,由图示可得
整理得
[评注] 在求参数之间得关系时,不必死记硬背公式,只要知道参数方程的标准形式,直接转化,就可由一种参数求出另一种参数。
例16.4 已知双口网络N的Z参数矩阵,求图16.4所示电路的输入阻抗。
分析 知道N网络的端口电压、电流关系,再加上负载电阻的伏安关系,联立求解,就可解出Zin。
解 设电压、电流方向如图16.4所示。
(16.41)
(16.42)
又
将代入式(16.42),得
得
代入式(16.41),得
[评注] 求解时,往往不仅要利用已知的参数方程,而且要列出某些相关元件输出(或输入)的伏安关系,联立求解,才可得到指定的某种网络函数。
例16.5 已知双口网络N的Y参数,求图16.5(a)所示正弦稳态电路的电压比。S
分析 把时域模型转换成相量模型,如图16.5(b)所示,并与例16.4一样,除了列出Y参数方程外,把输入、输出的伏安关系列出来。
解 由Y参数方程,有
(16.51)
(16.52)
将式(16.51)和式(16.52)代入以下过程中,即
[评注] 4个方程5个变量,只能得到其中两个变量的比例关系。在解题的过程中,要注意保留与输出要求有关的变量,消去其他的变量。
例16.6 如图16.6所示二端口网络,已知N的Y参数矩阵S。问复合网络Y参数等于多少?
分析 这个题似乎应该用3个子网络级联方法来求,但这样需要求3个子电路的A参数,再矩阵相乘,过于麻烦,不妨用参数的定义来求。
[评注] 当网络并接电阻时,对两端电压不影响,只影响到流入N网络的电流,所以计算各式中分母不变,只是分子变化。总网络的电流分别等于原双口网络的电流加上并联电阻的分流。
例16.7 如图16.7(a)所示二端口电路N中不含独立源,其Z参数矩阵如下。已知原电路已处于稳态,当t=0时,开关闭合。求t≥0时的i(t)。Ω。
分析 既然N网络中不含电源,则整个电路就只有—个直流电流源作用,且从Z参数矩阵得知,N网络中不含动态元件,所以整个电路是直流激励下的一阶动态电路,可以用三要素公式求解。对N网络用参数等效电路对其等效。
解: 将N网络等效为Z参数等效电路,整个网络的等效电路如图16.7(b)所示,求i(t)的三要素。
解得 i(0+)=1.2A
当t→∞时,电容断开,等效电路如图16.7(d)所示,受控电压源电压为8V,由叠加特性求得
i(∞)=1A
时间常数 τ=RC
R=5Ω
τ=RC=0.5s
代入三要素公式,有
[评注] 无论Z参数是什么形式,无源双口网络都可以等效成如图所示的等效电路。此题等效为仅含受控源的电阻电路,因此整体电路是一阶动态电路,有时把双口网络和戴维南等效定理、互易定理及动态电路结合在一起,将其等效为具体电路,不失为一个好方法。
三、习题