雙口網(wǎng)絡概述與分析
雙口網(wǎng)絡(two-port network) 只具有兩個外接端口的電路,又稱二端口網(wǎng)絡。
端口數(shù)n等于2的多端網(wǎng)絡。又稱雙口。兩個端口中接電源的稱為入口,接負載的稱為出口。端口上的電壓V1、V2和電流i1、i2分別稱為端口電壓和端口電流,又統(tǒng)稱為端口變量。二端口網(wǎng)絡有無源和有源、線性和非線性、時不變和時變之分,它既可能是一個異常復雜的網(wǎng)絡,也可能是相當簡單的網(wǎng)絡。變壓器、放大器等的電路模型都可歸結(jié)為雙口網(wǎng)絡。在電路圖上,二端口網(wǎng)絡可統(tǒng)一表達成圖中所示形式。表達4個端口變量之間關系的方程稱為二端口網(wǎng)絡方程。同一個二端口網(wǎng)絡可以有6組不同形式的方程。其矩陣形式與多端網(wǎng)絡的約束關系類似。6組方程右端變量前的4個系數(shù)稱為二端口網(wǎng)絡的參數(shù),共6組,分別稱為短路導納參數(shù) 、開路阻抗參數(shù)、第一類混合參數(shù)、第二類混合參數(shù)、傳輸參數(shù)和反向傳輸參數(shù)。6組參數(shù)都可用來表征二端口網(wǎng)絡。對于一個網(wǎng)絡究竟選用哪一組參數(shù),視具體情況而定。電子電路中會經(jīng)常遇到二端口網(wǎng)絡的相互連接。它們之間的連接有5種方式,分別為串聯(lián)、并聯(lián)、串-并聯(lián)、并-串聯(lián)和級聯(lián)。這樣連接而成的網(wǎng)絡仍為二端口網(wǎng)絡。例如,電力系統(tǒng)中用于模擬遠距離輸電線的鏈型電路就是一些二端口網(wǎng)絡級聯(lián)而成的。
雙口網(wǎng)絡的外部特性,即端口上電壓、電流之間的關系,可以用有兩個方程的方程組來表示。由于可以用I1、U2、I1、I2中的任意兩個量來表示另外兩個,所以有 多種組合,表1列出了常用的五種雙口網(wǎng)絡方程。這些 方程組中的系數(shù)稱作雙口網(wǎng)絡參數(shù);這幾套參數(shù)都是 描述雙口網(wǎng)絡外部特性的,它們之間可以相互換算。這些參數(shù)都是網(wǎng)絡某一端口開路或短路時,端口電壓、電 流等電量之比。例如在Z參數(shù)中,Z11是2-2'端口開路時U1與I1之比,記作Z11=U1/I1|I2=0,類似地有Z22=U2/I2|I1=0,Z12=Ul/I2|I1=0,Z21 =U2/I1|I2=0等,它們都是端口開路時電壓與電流之比,所以又稱Z參數(shù)為開路阻抗參數(shù)。同樣,在Y參數(shù)中有Y11=I1/U1|U2=0,Y22=I2/U2|U1=0 ,Y12=I1/U2|u1=0,Y21=I2/U1|U2=0,它們都是端口短路時電流與電壓之比,所以又稱Y參數(shù)為短路導納參數(shù)。雙口網(wǎng)絡的具體電路給定以后,它的網(wǎng)絡參數(shù)也就隨之確定。
雙口網(wǎng)絡的外部特性有時還用影像參數(shù)和散射參數(shù)來描述。影像參數(shù)是在端口終接影像阻抗負載條件 下定義的。它是網(wǎng)絡影像參數(shù)設計法的基礎。散射參數(shù)是在端口終接實際負載條件下定義的,常用于微波網(wǎng)絡以及濾波器、匹配網(wǎng)絡等的分析設計。若兩個雙口網(wǎng)絡的某一套參數(shù)對應相等,則這兩個雙口網(wǎng)絡等效。利用雙口網(wǎng)絡等效,可以減少網(wǎng)絡元件數(shù)目,使元件數(shù)值大小適當,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更為合理,還可使理論研究工作得到簡化。





