上海交通大学本科学位课程 电路实验 双口网络的等效参数和联接

口网络相互连接在一起后，若各自的端口电流条件 不被破坏，则称两者的连接有效。
实验相关知识
预习要求 相关知识点 注意事项
预习要求
1. 预习无源线性双口电路的等效参数及其特性方 程。 2. 预习无源线性双口电路的联接方式。 3. 设计测式双口电路的Z、Y、 H 、T参数电路。
相关知识点
二端口网络的方程和参数 开路阻抗（Z）参数和Z参数方程 短路导纳（Y）参数和Y参数方程 混合参数（H）和H参数方程 传输参数（T）和T参数方程`
其中：
̇ U A= 1 ̇ ̇ I1 = 0 U 2 ̇ I C= 1 ̇ İ1 = 0 U 2
̇ U B= 1 ̇ ̇ U2 = 0 −I 2
̇ I D= 1 ̇ −I 2
̇ =0 U 2
1/A是端口2开路时的正向电压传输比；1/B是端
口2短路时的正向转移导纳；1/C是端口2开路时的正 向转移阻抗；1/D是端口2短路时的正向电流传输比 。A、B 、C 、D称为第一种传输参数，矩阵称为第 一种传输矩阵。 为了简化名称，我们将四种参数简称为 Y 参数、 Z参数、H参数、T 参数。
由于四者均与端口短路有关，又称为双口网络 的短路导纳参数。 若以端口电流和端口电压为独立变量,则双口网
络的特性方程为：
̇ =h I ̇ +h U ̇ U 1 11 1 12 2 ̇ =h I ̇ +h U ̇ I
2 21 1 22 2
，
，
即
̇ ⎤ ⎡ h11 h12 ⎤ ⎡U 1 ⎢̇ ⎥=⎢ ⎥ h h I ⎣ 2 ⎦ ⎣ 21 22 ⎦
̇ I 1
̇ U 1
Hale Waihona Puke 无源线性 双口网络̇ I 2
̇ U 2
图5.14.1双口网络电路
则此四端网络是一个双口网络。对于一个复杂的无 源 线性双口网络，通常只对它的端口特性进行研 究，而不考虑其内部结构。通过对它端口特性进行 测量，得出等效参数。
̇ ， ̇ 、输入端的电流为 I 2. 如果输入端的电压为 U 1 1 ̇ ，输出端的电流为 I ̇ 。若用电 则输出端的电压为 U 2 2
3. 双口网络是可以互相连接的，而且一些功能不同 的双口网络适当地连接在一起会实现某种特定的技术 要求。双口网络的连接方式有：并联、串联、串－并 联、并－串联和级联。 (1) 并联连接 两个双口网络并联时如图5.14.2所示。
图5.14.2两个双口网络的并联连接
其特性方程：
̇ ⎤ ⎡U ̇ ′ ⎤ ⎡U ̇″⎤ ⎡U 1 1 1 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = = ⎢̇ ⎥ ̇ ′ ⎥ ⎢U ̇ ″⎥ ⎢ U ⎣U 2 ⎥ ⎦ ⎢ ⎣ 2⎦ ⎣ 2 ⎦ ̇ ⎤ ⎡I ̇' + I ̇ ″ ⎤ ⎡I ̇ ′ ⎤ ⎡I ̇″ ⎤ ⎡I 1 1 1 1 1 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = = + ⎢̇ ⎥ ̇′+I ̇ ″ ⎥ ⎢I ̇ ′ ⎥ ⎢I ̇ ″⎥ ⎢ I ⎣ I2 ⎥ ⎦ ⎢ ⎣ 2 2 ⎦ ⎣ 2⎦ ⎣ 2 ⎦
因此：
H1 + H 2 = H
（4）级联连接 两个双口网络的级联如图5.14.6所示，其特性 方程为：
̇ I 1
̇′ I 1
̇′ U 1
̇′ I 2
̇′′ I 1
̇′ U 2
̇′′ I 2
̇ I 2
̇ ′′ U 2
̇ U 1
网 络 1
̇ ′′ U 1
网 络 2
̇ U 2
图5.14.6 两个双口网络的级联连接
̇ 和端口电流 − I ̇ 为独立变量，则 若以端口电压 U 2 2
双口网络的特性方程为：
̇ = AU ̇ + B(− I ̇ ) 即：⎡U ̇ ⎤ ⎡ A B⎤ ⎡U ̇ ⎤ ̇ ⎤ U ⎡U 1 2 2 1 2 2 = = T ⎢̇ ⎥ ⎢ ⎢ ̇⎥ ⎥⎢ ̇ ⎥ ̇ = CU ̇ + D(− I ̇) I C D ⎦ ⎣−I2 ⎦ 1 2 2 ⎣ I1 ⎦ ⎣ ⎣−I2 ⎦
三、实验仪器、设备
直流稳压电源 数字万用表 直流电流表 实验电路板 1台 1只 2只 1块
四、实验用详细电路图
1．双口电路
̇ I 1 ̇ U 1
无源线性 双口电路
̇ I 2
̇ U 2
R1
R2
R1
R2
R3 R5
（一）
R4
R3
（二）
2．双口电路并联联接的有效性测试电路
3.双口电路串联连接的有效性测试电路
̇ U h12 = 1 İ = 0 ̇ 1 U 2 ̇ I h12 = 2 ̇ ̇ I1 = 0 U
2
̇ U h11 = 1 U ̇ =0 ̇ I1 2 ̇ I ̇ =0 h21 = 2 U 2 ̇ I 1
h11是端口2短路时，端口1的驱动点阻抗，h22 是端口1开路时，端口2的驱动点导纳， h12 是端口 1开路时的反向电压传输比，h21 是端口2短路时的 正向电流传输比。由于这中个参数不全是阻抗或导 纳，又称为双口网络的第一种混合参数。
二端口网络的联接 串联 并联 串并联 并串联 级联
注意事项
1. 测量时注意电流表的极性。 2. 测量过程中，双口网络的内部结构不能改变。
实验标准报告
一、实验目的
1. 测量无源线性双口网络的等效参数。 2. 研究双口网络的联接方式。
二、实验内容
1. 分别测量双口电路1的Z、Y、H和T参数。 2. 分别测量双口电路2的Z、Y、H和T参数。 3. 对双口电路1和双口电路2分别进行串、并联有 效性测试。 4. 将双口电路1和双口电路2级联联接并测定T参数
̇ U Z11 = 1 ̇ I 1
̇ U Z 21 = 2 ̇ I 1
̇ =0 I 2
̇ U Z12 = 1 ̇ ， I 2
流表示电压的双口网络特性方程为：
̇ =Z I ̇ +Z I ̇ U 1 11 1 12 2 ̇ =Z I ̇ +Z I ̇ U
2 21 1 22 2
即：
̇ ⎤ ⎡ Z11 ⎡U 1 ⎢ ̇ ⎥=⎢ ⎣U 2 ⎦ ⎣ Z 21
̇⎤ Z12 ⎤ ⎡ I 1 ⎢̇ ⎥ Z 22 ⎥ ⎦ ⎣ I2 ⎦
其中：
̇ U Z11 = 1 ̇ I 1
̇ U Z 21 = 2 ̇ I 1
̇ = 0， I 2
̇ U Z12 = 1 İ = 0 ̇ 1 I 2
̇ =0 I 2
，
̇ U Z 22 = 2 ̇ ̇ I2 = 0 I 2
Z11是端口2开路时端口1的驱动点阻抗；Z12是端
口1开路时的反向转移阻抗；Z21是端口2开路时的反 向转移阻抗；Z22是端口1开路时端口2的驱动点阻抗 。由于这些参数都与端口开路有关，所以称为双口 网络的开路阻抗参数。
若用电压表示电流的双口网络特性方程为： ̇ =Y U ̇ +Y U ̇ I ̇ ⎤ ⎡Y11 Y12 ⎤ ⎡U ̇ ⎤ 即 ⎡I 1 11 1 12 2 1 1 = ⎢̇ ⎥ ⎢ ⎢̇ ⎥ ⎥ ̇ =Y U ̇ +Y U ̇ I 2 21 1 22 2 ⎣ I 2 ⎦ ⎣Y21 Y22 ⎦ ⎣U 2 ⎦ 其中：
其中： T = T1T2
实验仪器
� 直流稳压电源 1台 � 数字万用表 � 直流电流表 1只 2只
� 双口电路实验板 1块
双路稳压电源
数字万用表
直流电流表
双口电路实验板
实验步骤
1. 双口网络电路如图5.14.8所示，所需电源电压为 10V，测量双口网络1和双口网络2的Z、Y、H和 T参数。
双口网络的等效参数和联接
实验目的 实验原理 实验仪器 实验步骤 实验报告要求 实验现象 实验结果分析 实验相关知识 实验标准报告
实验目的
1. 测量无源线性双口网络的等效参数。 2. 研究双口网络的联接方式。
实验原理
1. 一个网络，如果其可供与其他网络连接的外伸点 数超过2时，则称为多端网络。所谓端口是一对端钮 ，流入其中一个端钮的电流等于流出另一个端钮的 电流。双口网络可用图5.14.1所示的方框来表示。一 个四端网络。若其四个端点能两两成对地构成端口，
流表示电压的双口网络特性方程为：
̇ =Z I ̇ ̇ U 1 11 1 + Z12 I 2 ̇ =Z I ̇ +Z I ̇ U
2 21 1
̇ ⎤ ⎡ Z11 Z12 ⎤ ⎡ I ̇⎤ 即： ⎡U 1 1 ⎢ ̇ ⎥=⎢ ⎣U 2 ⎦ ⎣ Z 21 ⎢̇ ⎥ Z 22 ⎥ ⎦ ⎣ I2 ⎦
22 2
其中：
，
̇ I Y11 = 1 ̇ U 1 ̇ I Y21 = 2 ̇ U 1
̇ =0 U 2
̇ =0 U 2
̇ I Y12 = 1 ̇ U 2 ̇ I Y22 = 2 ̇ U 2
̇ =0 U 1
̇ =0 U 1
Y11是端口2短路时端口1的驱动点导纳， Y22是端
口1短路时端口2的驱动点导纳，Y12和Y21是转移导纳。
实验现象
1. 两个双口网络的端口电流、电压不满足约束条件。 2. 当两个双口网络级联连接时，
T = T1T2
。
实验结果分析
1. 无源双口线性网络的参数为什么与外加电压和电 流无关？ 答：无源双口线性网络的参数是由内部结构决定的。 2. 两个无源双口线性网络在进行联接时为什么要进 行有效性测试？ 答：根据双口网络的定义，恒有从一个端点流入的网 络的电流等于从另一个端点流出的电流。两个无源双 口线性网络在进行联接时要进行有效性测试。两个双
Y =Y 1 +Y 2
（2）串联连接 两个双口网络的串联连接如图5.14.3所示。
图5.14.3
两个双口网络的串联连接
其特性方程：
⎡I ⎡I ̇⎤ ̇′ ⎤ ̇″ ⎤ ̇⎤ ̇⎤ ⎡V ⎡ ⎡ I I 1 1 1 1 1 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ + Z2 = ( Z1 + Z 2 ) ⎢ ⎥ = Z ⎢ ⎥ ⎢ ̇ ⎥ = Z1 ̇ ̇ ′ ″ ̇ ̇ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ V I I ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎣ 2⎦ ⎣ 2⎦ ⎣ 2⎥ ⎦ ⎣I2 ⎦ ⎣I2 ⎦