电路论文-二端口网络在分析电子线路中的应用

二端口网络在分析电子线路中的应用

二端口网络在分析电子线路中的应用

广西大学电气工程学院 XXX 1102100XXX

摘要: 二端口网络又称双端口网络、双口网络，是四端子网络（四端网络）的一种，是具有2个端口的电路或装置，端口与电路内部网络相连接。一个端口由2个端子组成，当这2个端子满足端口条件，即一个端子流入的电流等于另一个端子流出的电流时，则这2个端子就构成了一个端口。

关键词：二端口网络，电子线路,小信号模型, 微波网络,应用

Abstract:A two-port network is an electrical network (circuit) or device with two pairs of terminals to connect to external circuits. Two terminals constitute a port if the currents applied to them satisfy the essential requirement known as the port condition: the electric current entering one terminal must equal the current emerging from the other terminal on the same port.

Keywords: A two-port network, electronic circuit，small-signal model, microwave network, adhibition

二端口网络是指具有两个端口的网络，又称双端口网络、双口网络，是四端子网络（四端网络）的一种，是具有2个端口的电路或装置，端口与电路内部网络相连接。一个端口由2个端子组成，当这2个端子满足端口条件，即一个端子流入的电流等于另一个端子流出的电流时，则这2个端子就构成了一个端口，换句话说，也就是相同的电流从同一端口流入并流出。

二端口网络有无源和有源、线性和非线性、时不变和时变之分，它既可能是一个异常复杂的网络，也可能是相当简单的网络。变压器、放大器等的电路模型都可归结为双口网络。在电路图上，二端口网络可统一表达成图中所示形式。表达4个端口变量之间关系的方程称为二端口网络方程。同一个二端口网络可以有6组不同形式的方程。其矩阵形式与多端网络的约束关系类似。6组方程右端变量前的4个系数称为二端口网络的参数，共6组，分别称为短路导纳参数 、开路阻抗参数、第一类混合参数、第二类混合参数、传输参数和反向传输参数。6组参数都可用来表征二端口网络。对于一个网络究竟选用哪一组参数，视具体情况而定。

电子电路中会经常遇到二端口网络的相互连接。它们之间的连接有5种方式，分别为串联、并联、串-并联、并-串联和级联。这样连接而成的网络仍为二端口网络。例如，电力系统中用于模拟远距离输电线的链型电路就是一些二端口网络级联而成的。可见，二端口网络在分析电子线路时有着广泛的作用。二端口网络的实例包括三极管的小信号模型（如混合π

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二端口网络在分析电子线路中的应用

模型）、微波网络以及阻抗匹配网络等。下面将由三极管的小信号模型和微波网络展开说明。 一、晶体管小信号电路模型

小信号电路模型，是用来描述叠加在直流分量上的各交流分量之间的依存关系，与直流的极性或电流流向无关

先以共发射极组态为例

若在晶体三极管基极直流电压和电流上叠加一增量电压和电流（即交流量）。 根据电路有:

iB = IBQ + ib ， vBE = VBEQ + vbe

iC = ICQ + ic ， vCE = VCEQ +vce

R iB vCE vS VBB vBE ic VCC 图1.1 晶体三极管电路图

其中， IBQ ，ICQ ，VBEQ ，VCEQ 为直流分量，是由直流静态工作点Q点所确定的电压和电流。

而晶体三极管可等效为如图所示的二端网络

iB vBE 双口网络 图1.2二端口网络图

iC vCE

则输入回路的非线性函数为：

vBE?f（1iB，vCE）- 2 -

二端口网络在分析电子线路中的应用

输出回路的非线性函数为：

再求变化量

iC?f（2iB，vCE）?υBE?diB??υCE

?υBEdυBE＝ ?iB?dυCEIBVCE

?iCdiC＝

?iB

VCE?iC?diB???CE?d?CEIB对应各h参数的物理意义：

对于四端网络，选择不同的自变量，还可以形成其它形式的电路模型。不过它们都是等价的，可以进行转换。除了共发射极连接型式外，还可以连接成共集电极与共基极的电路模

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??BEh＝ ie?iB??BEhre???CE——b，e间的动态电阻，用rbe表示。

VCEIB——内反馈系数，用μr表示。

?iCh＝fe ?iBVCE——电流放大系数，用β表示。

?iCh＝ oe?υCE——输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。

IB二端口网络在分析电子线路中的应用

型。而无论哪种类型的晶体三极管，它们的小信号电路模型是一样的。二端口网络在小信号电路模型的建立方面发挥了很大的作用。

二、微波网络

微波网络理论是微波工程强有力的工具，主要研究微波网络各端口的物理量之间的关系，实际的微波/射频滤波器也是用网络分析仪进行测量。微波网络分为线性与非线性，有源与无源，有耗与无耗，互易与非互易。

双口元件是在微波工程中应用最多的一种元件，主要有滤波器、移相器、衰减器等。与单口元件相似，双口元件一般采用网络理论进行分析，但是，值得指出的是元件的网络参数本身还是需要用场论方法求得，或者实际测量得到，从这个意义上讲，场论是问题的内部本质，而网络则是问题的外部特性。

几乎所有的微波元件都可以由一个网络来代替，并且可以用网络端口参考面上的变量来描述其特性（在传输线上端口所在的位置，与能流方向垂直的横截面通常称为“参考面”）。选择参考面的原则是在该参考面以外的传输线上只传输主模。

微波网络有不同的网络参量：阻抗参量Z、导纳参量Y和A参量反映的是参考面上电压与电流的关系；散射参量S、传输参量T反映的是参考面上归一化入射波电压和归一化反射波电压之间的关系。在微波频率下，阻抗参量Z、导纳参量Y和A参量不能直接测量，所以引入散射参量S和传输参量T。利用S参数，射频电路设计者可以在避开不现实的终端条件以及避免造成待测器件损坏的前提下，用两端口网络的分析方法来确定几乎所有射频器件的特征，故S参量是微波网络中应用最多的一种主要参量。

I1 a1 U1

二端口网络[S] I2 a2 U2

b1 1 端口 b2 2 端口

图2.1 二端口网络示意图

S参量是根据某端口上接匹配负载的情况下所得到的归一化波来定义的。设an表示第n个端口的归一化入射波电压，bn表示第n个端口的反射波归一化电压。

所谓归一化波，就是各端口的波用其对应端口的参考阻抗进行归一化后得到的波，它们与同端口的电压的关系为

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