第6章 多端网路实验技能

A +
10V
2
R3 2'
RL
1'
图 6-1-6 测量有负载时的输入电阻
70
表 6-1-3 实验内容测量数据 U11' (V) I1 (mA)
含有负载时的输入电阻测量 表 6-1-1 中数据 A1= C1= ，B1= ，D1= ， 。 Ro1= Ro2= R i= R 表 6-1-2 中数据 ；R∝1= ；R∝2= ； ；
(6-1-2)
输入电阻/阻抗、输出电阻/阻抗，可以根据网络参数计算得到，也可以通过实验得到。
*4．互易二端口网络的特性阻抗 ZC：
二端口网络特性阻抗定义为在二端口的两个端口分别接以匹配的信号源内阻和负载阻 抗条件下，从输入端和输出端看进去的阻抗。即如图 6-1-2(b)、(c)中，把 Zi = Zs，Zo = ZL 时 的 Zi、Zo 定义为网络的特性阻抗 Zc1、Zc2。 也就是说，当二端口输入端及输出端分别接以特性阻抗 Zc1 与 Zc2 时，从输入端和输出 端看进去的阻抗恰好分别也是 Zc1 与 Zc2，则 Zc1 与 Zc2 为网络的特性阻抗。由于此时，在输 入端向左右两边看去阻抗均为 Zc1，而在输出端向左右两边看去阻抗均为 Zc2，输入端两边和 输出端两边的阻抗互为影象，故又称为影象阻抗。 按特性阻抗定义，由式(6-1-1)、式(6-1-2)可得
二、原理与说明
1．传输参数： 对于无源线性二端口网络 （如图 6-1-1 所示） ， 可以用网络参数来表征其特性，这些参数只决定 1 + 于二端口网络内部的元件和结构，而与输入（激 励）无关。网络参数确定后，两个端口处的电流、 U1 电压关系即网络的特性方程就唯一确定了。 1' 若将二端口网络的输出端电压 U2 和电流−I2 作为自变量，输入端电 U1 和电流 I1 作为因变量， 则有方程 U 1 = AU 2 + B (− I 2 ) I 1 = CU 2 + D(− I 2 )
2．开路短路参数的测量：如图 6-1-5 所示接线图，分别测量表 6-1-2 中的数据，然后计 算两个网络的开路短路参数。
1 R1 A + 10V 1' (a) 22'端开路短路情况 2' 1' (b) 11'端开路短路情况 R3 V R2 2 1 V R1 R2 A 2 + 6V 2'
R3
图 6-1-5 测量电路开路短路参数 表 6-1-2 开路短路参数测量 (a)电路 22'端开路 U1 (V) U1(V) I1 (mA) I1(mA) 11'端开路 (b)电路 I2(mA) I2(mA) U2(V) U2(V)
z ∞1 z ∞ 2 AD = = z o1 z o2 BC
3．二端口网络的输出端接负载：
在二端口网络的输出 22'端接一个负载电阻 RL（或 ZL） ，在 11'输入端接一个内阻为 RS 的电压源 US（如图 6-1-2a 所示） ，则二端口的输入 11'端的电压、电流之比为 U Zi n= 1 I1
可见，传输参数可以用实验的方法求得。当二端口为互易网络时，有关系式 AD−BC=1， 因此，4 个参数中只有 3 个为独立的。在电力传输和电信工程中，常用传输参数（T 参数） 方程来描述网络的特性。
2．开路短路阻抗参数：
67
对于传输距离很远的输电线路， 可以等效成无源线性二端口网络， 但是不宜采用 1 中介 绍的方法来实验测量，可以采用测量开路短路阻抗参数的方法来分析。即 11'端作为输入， 22'端作为输出，时，测量输出短路和开路时的 11'端输入阻抗
1' (c)输出阻抗
图 6-1-2
端接互易二端口
称为输入阻抗，根据传输参数（T 参数）的方程，得输入阻抗 Zi Zi = 图 6-1-2c 所示为输出阻抗 ZO，则
Z + zo2 AZ L + B = z ∞1 ⋅ L Z L + z∞2 CZ L + D
(6-1-1)
68
ZO=
Z + z o1 DZ S + B = z∞2 ⋅ S Z S + z ∞1 CZ S + A
z∞2 =
& =0 I 1
(11'端开路时 22'端的输入阻抗或输入电阻)；
zo2 =
& U 2 & I 2
& =0 U 1
(11'端短路时 22'端的输入阻抗或输入电阻)；
这四个参数与 T 参数中 A、B、C、D 对照，具有下面的关系
z ∞1 =
且
A B D B ； z o1 = ； z∞2 = ； zo2 = C D C A
根据表 6-1-1、表 6-1-2、表 6-1-3 中的实验数据计算相应的参数并回答下面的思考题。
七、思考题
1．为什么二端口网络的参数与外加激励无关？ 2．计算并验证级联的有效性。 3．本实验中输入电源为理想的电压源，如果要求计算二端口的输出电阻，如何处理理 想电压源这种情况？
6.2
一、实验目的
受控源的特性
计 算
Ri= U 11′ =
。
I1
R i=
A1 RL + B1 = C1 RL + D
。
∞1
R L + RO 2 = RL + R∞ 2
。
比较
四、注意事项
1．在测量流入（出）电流时，注意电表的极性。 2．在换线时，先把稳压源的输出调到零，然后断开电源，以防止稳压源的输出短路。 3．T 参数和 T 型电路网络是不同的概念。 4．二端口连接中的参数关系为矩阵的四则运算。 5．实验中测量数据的参考方向，电压电流下标，均是参照图 6-1-1 中标准二端口电路 的方向而言的。
第6章
多端元件与二端口网络研究
本章实验训练提示： 直流无源二端口网络的实验要求独立操作完成； 受控源特性实验的 独立操作；受控源派生的有源多端元件（回转器、负阻抗变换器等）实验的需作启发，引导 学生探索有源元件的特性，针对其特性设计与开发相关实验。
6.1 直流无源二端口网络的研究
一、实验目的
1．学习测试无源二端口网络的参数。 2．研究无源二端口网络及其等效电路在有负载情况下的性能。
22'端短路 计 算
11'端短路 ； 。Ro2=
Ro1=
；R∝1=
；R∝2= R1 R2
；
3．测定二端口网络在有负载情况下
1
如 （U2 端接负载 RL＝1kΩ） 的输入电阻： 图 6-1-6 所示接线图。 验证在此有负载情 况下的传输参数（T 参数）计算、用开 路短路参数计算的误差， 分别填入表 6-1-3 中。
1 Zs
⋅ Us + ⋅ U1 _ ⋅ I1 I2 +
⋅
2
⋅ U2 _
1 +
⋅ I1
⋅ I2 +
2
⋅ U2 _
1
+ ⋅ U1 _
⋅ I1
⋅ I2
2
+ 互易 二端口
⋅ ← Zo U2
互易 二端口
+ _
ZL
Zi → ⋅ U1 _ 1'
互易 二端口
ZL
Zs
_ 2'
1' (a) 电路
2'
2' (b) 输入阻抗
⎫ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎭
5．二端口网络连接的有效性：
理论课程中介绍了两个二端口网络的并联、串联、级联等方式中，其连接后的复合二 端口并不是所有情况下都是有效的。但是级联情况时，复合二端口与分立二端口的关系 T=Ta·Tb 总是有效的，如图 6-1-3 所示的级联连接方式。
. 1 I1 U1
.+ _
图 6-1-4 分别测量的三种电路连接线路原理图 表 6-1-1 网络的 T 参数测量 实验内容 输出端开 路 I2=0 输出端短 路 U2=0 计 算 A1= C1= ，B1= ，D1= ， 。 A2= C2= ，B2= ，D2= ， 。 A= C= ，B= ，D= ， 。 U1(V) I2(mA) I1(mA) I2(mA) U1(V) I1(mA) I2(mA) U1(V) I1(mA) U1 (V) T 型网络(T1) I1 (mA) U2(V) I1(mA) П型网络(T2) U1(V) U2(V) I1(mA) 级联网络 U1(V) U2(V)
z ∞1 =
& U 1 & I 1 & U 1 & I1 & U 2 & I
2
& =0 I 2
(22'端开路时 11'端的输入阻抗或输入电阻)；
z o1 =
& =0 U 2
(22'端短路时 11'端的输入阻抗或输入电阻)；
或者 22'端作为输入， 11'端作为输出，时，测量输出短路和开路时的 22'端输入阻抗
五、仪器设备
1．数字万用表 1 只（同实验 1.2） ； 2．直流电流表 1 只（同实验 1.2） ； 3．直流稳压源 1 台（同实验 1.2） ； 4． 无源二端口网络实验板 1 块， 如图 6-1-7 所示。 5．可变电阻器 1 只（同实验 1.2） ；
图 6-1种受控电源的基本特性。 2．掌握受控电源的转移参数的测试方法。 3．了解受控电源在电路中的应用。 4． 获得对运算放大器和有源器件的感性认识， 了解运算放大器组成各类受控源的原理 和方法，理解受控源的实际意义。
二、原理与说明
电源有独立源（如电池、发电机等）和非独立源（或受控源）之分。受控源与独立源的 不同在于， 独立源的电势或电流为一个固定的数值或是某一时间的函数， 不随电路其他部分 状态的改变而改变，而受控源的电势或电流则随电路其他部分电压或电流的改变而改变。 受控源又与无源元件不同， 无源元件两端的电压和流经的电流有一定的函数关系， 而受 控源的输出电流或电压则受另一个支路（或元件）的电流或电压控制，或与之有某种函数关 系。 独立源和无源元件是二端元件，受控源则是四端元件（又叫二端口元件） ，它有一对输 入端（u1，i1）和一对输出端（u2，i2） 。输入端用以控制输出端的电压或电流大小，施加在 输入端的可以是电压或电流，因此共有 4 种受控源。 当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，即为线性受控 源。理想受控源只有一个独立的变量（电压或电流） ，另一个变量为零，即从输入端口看， 理想受控源或者为短路或者为开路； 从输出端看， 理想受控源或者为理想电压源或者为理想 电流源。 i1 i2 i1= 0 i2 综上所述，理想的受控 2 1 2 1 + + + + 源有如图 6-2-1 所示的 4 种 αi1 gm u1 u2 u2 u1 u1 电路模型和下面的 4 种电压 电流关系（或称转移参数） ： 1' 2' 1' 2' 1、CCCS： α =