哈工大电路自主设计

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自主设计实验线性无源二端口网络的研究
一、实验目的
（1）学习测试二端口网络参数的方法
（2）通过实验来研究二端口网络的特性及其等值电路 二、实验原理及电路图
（1）二端口网络是电路技术中广泛使用的一种电路形式。

就二端口网络的外部性能来说，重要的问题是要找出它的两个端口（通常也就是称为输入端和输出端）处的电压和电流之间的相互关系，这种相互关系可以由网络本身结构所决定的一些参数来表示。

不管网络如何复杂，总可以通过实验的方法来得到这些参数，从而可以很方便的来比较不同的二端口网络在传递电能和信号方面的性能，以便评价它们的质量。

（2）由图1分析可知二端口网络的基本方程是： U 1=AU 2-BI 2
I 1=CU 2-DI 2
式中A 、B 、C 、D 称为二端口网络的T 参数。

其数值的大小决定于网络本身的元件及结构。

这些参数可以表征网络的全部特性。

它们的物理概念可分别用以下的式子来说明：
输出端开路：
A= C=
输出端短路：
B= D=
可见A 是两个电压比值，是一个无量纲的量，B 是短路转移阻抗；C 是开路转移导纳，D 是两个电流的比值，也是无量纲的。

A 、B 、C 、D 四个参数中也只有三个是独立的，因为这个参数间具有如下关系：
A ·D-
B ·C=1
02'
20'
10
'
=I
U U 02'
20
'
10
'
=I U I 02'
2'
1'
=-U I U S S
02'
2'
1'
=-U I I S
S
2’
2
图1
如果是对称的二端口网络，则有
A=D
（3）由上述二端口网络的基本方程组可以看出，如果在输入端1-1'接以电源，而输出端2-2'处于开路和短路两种状态时，分别测出、、、、及则就可得出上述四个参数。

但这种方法实验测试时需要在网络两端，即输入端和输出端同时进行测量电压和电流，这在某些实际情况下是不方便的。

在一般情况下，我们常用在二端口网络的输入端及输出端分别进行测量的方法来测定这四个常数，把二端口网络的1-1'端接以电源，在2-2'端开路与短路的情况下，分别得到开路阻抗和短路阻抗。

R 01=
再将电源接至2-2'端，在1-1'端开路和短路的情况下，又可得到：
R 02=
同时由上四式可见：
因此R 01、R 02、R S1、R S2中只有三个独立变量，如果是对称二端口网络就只有二个独立变量，此时
R 01=R 02， R S1=R S2
如果由实验已经求得开路和短路阻抗则很方便地算出二端口网络的T 参数。

（4）由上所述，无源二端口网络的外特性既然可以用三个参数来确定。

那么只要找到一个由具有三个不同阻抗（或导纳）所组成的一个简单二端口网络。

如果后者的参数与前者分别相同，则就可认为该两个二端口网络的外特性是完全相同了。

由三个独立阻抗（或导纳）所组成的二端口网络只有两种形式。

即T 型电路和π型电路。

如果给定了二端口网络的A 参数，则无源二端口网络的T 形等值电路及π形等值电路的三个参数可由下式求得：
T 形电路：
π形电路：
10'
U 20'
U 10'
I S U 1'
S I 1'
S I 2'
D B U I U R C A I I U S ====
=0,02'1'1'
12'
10
'
10
'
A B
U I U R C D I I U S S S =
===
=0,01'2'2'
21'
20
'
20
'D
A
R R R R S S ==210201
图2
R 1=
R 2=
R 3=
R 31= R 12=B R 23=
实验需以下电阻，其参数如下（图2中两二端口等效）：
R 1=200Ω，R 2=100Ω，R 3=300Ω，R 31=1.1K Ω，R 12=367Ω，R 23=550Ω 精度全为1.0级，功率每只4W 。

四、实验任务
（1）按图3接好线路，固定U 1=E=5伏，测量并记录2-2'端开路时及2-2'端短路时的各参数，记入表一。

（2）由第一步测得的结果，计算出A 、B 、C 、D 。

并验证AD -BC ，然后计算等值T 形电路的各电阻值。

（3）图3中换成B 网络。

在1-1'端加电压U 1=5伏，测量该等值电路的外特性，数据
C A 1-C
D 1-C 11-D B 1-A B
2B ’
双口网络A
双口网络B
2A ’
图3
记入表二。

并与步骤1相比较。

（4）将电源移至2-2'端，固定U 2=5伏。

测量并记录1-1'端开路时及1-1'端短路时各参数，计算出R 01、R 02及R S1、R S2记入表三。

并验证，并由此算出A 、B 、C 、D
记入表四。

与步骤2所得结果相比较。

表一 E=5伏
表二 E=＿5＿伏
表三 E=＿5＿伏
表四计算 五、思考题
本实验可否用于交流双口网络的测定？
答：对于纯电阻双端口网络，本实验可用于交流双端口网络测定，对于含有电容、电阻的双端口网络，本实验不能测试其网络参数，因为不能测出电流电压的相位。

2
1
0201S S R R R R
六、实验中出现的问题及解决办法
本实验出现的问题是，实验报告上要用到的电阻在实验室没有找到与其匹配的，解决办法是用其它电阻串并联得到需要的电阻，结果很好，达到了预期效果。

七、本实验收获与体会
在本实验中，通过查阅有关双端口网络的知识，对双端口有了更深的理解，在实验过程中，通过搭建电路，进一步增强了动手能力。

此实验过程中，需严格按照电路图搭建电路，并确保各接触点接触良好，以保证实验结果的准确度。

八、参考文献
[1]陈希有，电路理论基础，高等教育出版社，2010
[2]胡翔骏，电路分析，高等教育出版社，2001
原始数据记录表一E=5伏
表二E=＿5＿伏
表三E=＿5＿伏
表四计算
教师签字：。