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第十章双口网络 为了方便复杂电网络的分析、设计和调试，常将复杂电网络分解为若干简单的子网 络。双口网络是最常见的子网络，对于复杂电网络中的双口网络，通常更多关注的是其 外部的电压、电流的约束关系，而不把注意力放在对双口网络内部的分析上。 本章以不含独立源，且电容、电感处于零状态的线性双口网络为研究对象，依次介 绍了双口网络方程及参数、双口网络的互连、双口网络的开路阻抗和短路阻抗、对称双 口网络的特性阻抗和双口网络的等效电路。 §0-1双口网络概述 一般把具有 2n个对外引出端子的网络称为 2n端网络(2n-terminal network)，如图 10-1所示。当一对端子如 nn满足端口条件(current relationship of port)，即由一个端子 n 流入的电流能全部从另一个端子 n流出时，就称nn这对端子为一个端口 (port)。如果图 10-1所示的n对端子均满足端口条件，则称为 n端口 (n-port network)网络。 根据上述可知，一个四端网络的两对端子如果满足端口条件，则称为二端口网络或 双口网络(two-port network)。双口网络的电路符号如图 10-2所示，习惯上把11端称为输 入端口(input port)，把22端称为输出端口 (output port)，通常也分别简称为入口和出口。 V. + — G 1 + 4 4 4 \ ； 4 q m ML % A = 0 O o ( 1 Ih 2 : ln n ff r 2r 图10-1 2n端网络 图10-2双口网络的电路符号 双口网络的电路符号并没有体现双口网络内部元件参数和结构，而是把双口网络视 为一个满足端口上某种电压和电流关系的“黑箱子” 。即使对于某些内部元件参数和结构 已知的双口网络，采用端口电压和电流关系即双口网络的外特性来描述其电性能也更有 意义。因为这样有利于双口网络输入、输出特性的讨论，特别是在分析含有集成电路元 件的电路时更是如此。 一个双口网络的内部结构可能很简单，如图 10-3所示，也可能很复杂。对于复杂的 双口网络可以适当分解为若干简单的双口网络来研究。 l b i咿心芟沧議 l b i咿心芟沧議 I e)兄唱■舍擀 图10-3几种简单的双口网络 当双口网络内部仅含有线性元件时，称之为线性双口网络，反之称为非线性双口网 络。当双口网络内部不含独立源且电容、电感为零状态时称为无源双口网络；反之称为 有源双口网络。本章所研究的双口网络均指的是线性无源双口网络。 §0-2双口网络方程及参数 反映双口网络电性能的端口电压和电流关系方程称为双口网络方程 (two-port network equation)。由图10-2可知双口网络端口电压和电流变量共有四个，即入口的电压 5与电 流ii和出口的电压U2与电流i2，如果采用四个变量中的任意两个来表示另外两个的话， 2 那么可构成的双口网络方程数量有 C4 6组。从这些双口网络方程出发，相应地可以定 义六种双口网络参数 (two-port netwok parameter) o每种双口网络参数都与一个双口网络方 程相对应，因此在表征一个双口网络的电性能方面它们具有与双口网络方程等同的作用。 下面将导出各组双口网络方程和相应的参数。考虑到双口网络可能包含动态元件， 所以将在正弦稳态的情况下，采用电压、电流的相量形式来表示双口网络方程。 一、导纳参数方程和阻抗参数方程 1 .导纳参数方程 如果在线性无源双口网络的两个端口各施加一个电压源，如图 10-4所示，则根据叠 丄訂 L 几b % 必〔丸 —— —=*—「 图10-4导纳参数方程 加定理可知两端口的电流分别为 其中的系数yj(i,ji!y11 其中的系数yj(i,j i! y11U1 1,2)是仅由双口网络内部元件参数和结构决定的复常数, (10-1) 因为具有导 纳的量纲称为导纳参数或 丫参数(Y-parameter)。式(10-1)称为导纳参数方程或 Y参数方 程(Y-parameter equation)。将式(10-1)写成矩阵形式，即有 (10-2)= y11 y12 U 1 lL y21 y22 U (10-2) (10-3) (10-3) 其中 F面给出Y参数的定义式。根据式(10-1)可知，当出口短路即U F面给出Y参数的定义式。根据式 (10-1)可知，当出口短路即 U 2 =0时，有 而当入口短路即uL=o时，又有 (10-5) (10-6) Y Yu Y12 (10-4) Y21 y22 式(10-4)称为Y参数矩阵。由式(10-2) 可见， Y参数所起的作用实际上是把双口网络 的端口电压映射成为端口电流的一种线性变换。 从上述定义式可见，丫参数分别是在出口或入口短路的情况下给出的，因此 丫