《电路》课程教学资源（实验指导）实验12 二端口网络参数的测定

实验12二端口网络参数的测定 一、实验目的 1.加深理解双口网络的基本理论。 2.学习双口网络Y参数、Z参数及传输参数的测试方法 3.深入理解双口网络的三种不同连接方式：级联链联)，串联和并联，掌握部分双口网络 的参数与其组成的复合双口网络的相应参数间的关系。 二、原理说明 1.如图2-12-1所示的无源线性双口网络，其两端口的电压、电流四个变量之间关系，可用 多种形式的参数方程来描述。 1 12+ 源 双口网络 61 图2-12- (1)若用Y参数方程来描述，则为 1=YiU+YiU: 12=YaU+Y2U 其中 么=之伶：=0即输出端口短路时) 名=之（伶：=4即输出端口短路时） 么=六伶=A即输入滑口短路时) a=六伶，=0甲输入装口短路时) 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电压，令输出端口短路，根据上面的前两个 公式即可求得输入端口处的输入导纳Y1,和输出端口与输入端口之间的转移导纳Y21 同理，只要在双口网络的输出端口加上电压，令输入端口短路，根据上面的后两个公式 即可求得输出端口处的输入导纳Y22和输入端口与输出端口之间的转移导纳Y12。 (2)若用Z参数方程来描述，则为 6⊙

63 实验 12 二端口网络参数的测定 一、实验目的 1．加深理解双口网络的基本理论。 2．学习双口网络 Y 参数、Z 参数及传输参数的测试方法。 3．深入理解双口网络的三种不同连接方式：级联(链联)，串联和并联，掌握部分双口网络 的参数与其组成的复合双口网络的相应参数间的关系。 二、原理说明 1．如图 2-12-1 所示的无源线性双口网络，其两端口的电压、电流四个变量之间关系，可用 多种形式的参数方程来描述。 图 2-12-1 （1）若用 Y 参数方程来描述，则为 ( ) ( ) ( ) (令 ，即输入端口短路时) 令 ，即输入端口短路时 令 ，即输出端口短路时 令 ，即输出端口短路时 其中 0 I 0 I 0 I 0 I 1 2 2 22 1 2 1 12 2 1 2 21 2 1 1 11 2 21 1 22 2 1 11 1 12 2 = = = = = = = = = + = + U U Y U U Y U U Y U U Y I Y U Y U I Y U Y U 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电压，令输出端口短路，根据上面的前两个 公式即可求得输入端口处的输入导纳 Y11 和输出端口与输入端口之间的转移导纳 Y21。 同理，只要在双口网络的输出端口加上电压，令输入端口短路，根据上面的后两个公式 即可求得输出端口处的输入导纳 Y22 和输入端口与输出端口之间的转移导纳 Y12。 （2）若用 Z 参数方程来描述，则为

U=Zu+Zl 02=Z211+Z22 其中 乙一艺6=心即给出端口开毫时) 工=兴=心即给出编口开路时 =兴=心即验入婚如开路到 乙-（令1，=0，即输入端口开路时） 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电流源，令输出端口开路，根据上面的前两 个公式即可求得输出端口开路时输入端口处的输入阻抗Z11和输出端口与输入端口之间的开 路转移阻抗Z1 同理，只要在双口网络的输出端口加上电流源，令输入端口开路，根据上面的后两个公 式即可求得输入端口开路时输出端口处的输入阻抗Z22和输入端口与输出端口之间的开路转 移阻抗Z12。 (3)若用传输参数(A、T)方程来描述，则为 U=AU:-BI2 1=CU2-D12 其中 B=(伶U,=0,即输出端口短路时) -12 C=之伶=4即输出编口开路) D=(伶U,=0,即输出端口短路时) -12 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电压，令输出端口开路或短路，在两个端口 同时测量电压和电流，即可求出传输参数A、B、C、D,这种方法称为同时测量法。 2.测量一条远距离传输线构成的双口网络，采用同时测量法就很不方便，这时可采用分别 测量法，即先在输入端口加电压，而将输出端口开路或短路，在输入端口测量其电压和电流 由传输方程得 风一先-伶，=0即给出路口短路时 然后在输出端口加电压，而将输入端口开路或短路，在输出端口测量其电压和电流，由

64 ( ) ( ) ( ) (令 ，即输入端口开路时) 令 ，即输入端口开路时 令 ，即输出端口开路时 令 ，即输出端口开路时 其中 0 U Z 0 U Z 0 U Z 0 U 1 2 2 22 1 2 1 12 2 1 2 21 2 1 1 11 2 21 1 22 2 1 11 1 12 2 = = = = = = = = = + = + I I I I I I I I Z U Z I Z I U Z I Z I 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电流源，令输出端口开路，根据上面的前两 个公式即可求得输出端口开路时输入端口处的输入阻抗 Z11 和输出端口与输入端口之间的开 路转移阻抗 Z21。 同理，只要在双口网络的输出端口加上电流源，令输入端口开路，根据上面的后两个公 式即可求得输入端口开路时输出端口处的输入阻抗 Z22 和输入端口与输出端口之间的开路转 移阻抗 Z12。 （3）若用传输参数（A、T）方程来描述，则为 ( ) ( ) ( ) (令 ，即输出端口短路时) 令 ，即输出端口开路时 令 ，即输出端口短路时 令 ，即输出端口开路时 其中 0 I D 0 I C 0 U B 0 U A 2 2 1s 2 20 10 2 2 1s 2 20 10 1 2 2 1 2 2 = − = = = = − = = = = − = − U I I U U I I U I CU DI U AU BI s s 由上可知，只要在双口网络的输入端口加上电压，令输出端口开路或短路，在两个端口 同时测量电压和电流，即可求出传输参数 A、B、C、D，这种方法称为同时测量法。 2．测量一条远距离传输线构成的双口网络，采用同时测量法就很不方便，这时可采用分别 测量法，即先在输入端口加电压，而将输出端口开路或短路，在输入端口测量其电压和电流， 由传输方程得 ( ) (令 ，即输出端口短路时) 令 ，即输出端口开路时 0 0 1 1 1 10 10 10 = = = = = = 2 s s s 2 U D B I U R I C A I U R 然后在输出端口加电压，而将输入端口开路或短路，在输出端口测量其电压和电流，由

传输方程得 R,=2=2(1=0,即输入端口开路时) -120 息一务一号u,-心入如包路动 R0、R1、R20、R2分别表示一个端口开路或短路时另一端口的等效输入电阻，对于无源 线性双口网络，这四个参数只有三个是独立的，即 AD-BC=1 至此，可求得四个传输参数为 R10 A-R:o-R2 B=AR2 D=CRo 3.双口网络有三种不同的连接方式：级联链联)，串联和并联，分别如下图2122的(， (b)和(c)所示 0. a (b) (c) 图2-12-2 (1)双口网络级联后的等效双口网络，如上图2-12-2的()所示。其传输参数亦可采用 前述方法之一求得。从理论推得两双口网络级联后的传输参数与两个级联的双口网络的传输 参数之间关系为

65 传输方程得 (令I 0，即输入端口开路时) 1 20 20 20 = = − = C D I U R (令U 0，即输入端口短路时) 1 2 2 2 = = − = A B I U R s s s R10、R1s、R20、R2s 分别表示一个端口开路或短路时另一端口的等效输入电阻，对于无源 线性双口网络，这四个参数只有三个是独立的，即 20 10 2 2 1 D CR R A C B AR R R R A AD BC s 20 s 10 = = = − = − = 至此，可求得四个传输参数为 3．双口网络有三种不同的连接方式：级联(链联)，串联和并联，分别如下图 2-12-2 的(a)， (b)和(c)所示。 (a) （b） （c） 图2-12-2 （1）双口网络级联后的等效双口网络，如上图 2-12-2 的(a)所示。其传输参数亦可采用 前述方法之一求得。从理论推得两双口网络级联后的传输参数与两个级联的双口网络的传输 参数之间关系为 T T  1 I  U1   U2    2 I  U1   T  1 I  2 I  U2    1 I  U1  + U2  2 I  + + + + +      + − 1 I  U1  + − U2  2 I Y   + − + − 1 I  U1   U2   2 I  Y  + − + − U2   U1   2 I  1 I  +       + + + + + + − 1 I  U1  + − U2  2 I  Z + − + − 1 I  U1   U2   2 I  Z + − + − U2   U1   2 I  1 I  + + + + + − − − − −

e 即 A=AA”+B'C B=A'B”+B'D C=CA"+D'C D=C'B"+D'D" (2)双口网络串联后的等效复合双口网络，如上图2-12-2(b)所示，其Z参数亦可采用 前述求Z参数的方法求得。从理论推得复合双口网络的Z参数与两个串联的部分双口网络的 Z参数之间关系为 「Zzl[zZ]+「ZZ [Za ZmLza z Zn=Zia +Zi Z21=Z1+Z (3)双口网络并联后的等效复合双口网络，如上图2-12-2(c)所示，其Y参数亦可采用 前述求Y参数的方法求得。从理论推得复合双口网络的Y参数与两个并联的部分双口网络的 Y参数之间关系为 臣]-医医 ,=W+ Yi =Y2+ Y=+ Y2=Y2+Y 三、实验设备 表2-12 号与规格 双口路买电 四、实验内容 双口网络的实验电路如图2-12-3所示。将直流稳压电源的输出电压调到10V,作为双口 网络的输入。 1.用同时测量法测量双口网络I的Y参数、Z参数及传输参数，将测量与计算结果记录于 表2-12-2中

66 C B D D C A D C A B B D A A B C C D A B C D A B C D A B =   +   =   +   =   +   =   +                       =      D C B A 即 （2）双口网络串联后的等效复合双口网络，如上图 2-12-2(b)所示，其 Z 参数亦可采用 前述求 Z 参数的方法求得。从理论推得复合双口网络的 Z 参数与两个串联的部分双口网络的 Z 参数之间关系为 22 22 22 21 21 21 12 12 12 11 11 11 21 22 11 12 21 22 11 12 21 22 11 12 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z =  +  =  +  =  +  =  +            +          =      即 （3）双口网络并联后的等效复合双口网络，如上图 2-12-2(c)所示，其 Y 参数亦可采用 前述求 Y 参数的方法求得。从理论推得复合双口网络的 Y 参数与两个并联的部分双口网络的 Y 参数之间关系为 22 22 22 21 21 21 12 12 12 11 11 11 21 22 11 12 21 22 11 12 21 22 11 12 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y =  +  =  +  =  +  =  +            +          =      即 三、实验设备 表 2-12-1 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 直流稳压电源 1 DG04 2 GYS-Ⅱ组合仪表 1 4 双口网络实验电路板 1 DG05 四、实验内容 双口网络的实验电路如图 2-12-3 所示。将直流稳压电源的输出电压调到 10V，作为双口 网络的输入。 1．用同时测量法测量双口网络Ⅰ的 Y 参数、Z 参数及传输参数，将测量与计算结果记录于 表 2-12-2 中

表2-12-2 (V) 值 (V) A C 双口网络1 箱出编口知路 4-0 1.(mA) (mA) (V) (V) (mA) Z Z 输入端口短路 (W) (nA) 4=0 双口络I 101 -7122 双口别络工 图2-12-3 2.用同时测量法测量双口网络Ⅱ的的Y参数、Z参数及传输参数，将测量与计算结果记录 于表2-12-3。 表2-12-3 1 (mA) 双口网络 (V) (m) B” 箱入码丽 u (v) ) (mA) Z Z、 入口短路 (mA) 4-0 3.用分别测量法分别测量双口网路I、Ⅱ的传输参数，将测量与计算结果记录于表2-12-4 中，与用同时测量法测得的双口网络I、Ⅱ的传输参数值进行比较。 4.用同时测量法分别测量双口网络1和Ⅱ级联（链联），串联和并联（分别如图2-12-2的 (,(b)和（©所示）后组成的复合双口网络的传输参数，Z参数及Y参数，将测量与计算结果 记录于表2-12-5中，并验证复合双口网络的传输参数，Z参数及Y参数与两个部分双口网络 的相应参数之间的函数关系。 6

67 表 2-12-2 双 口 网 络 Ⅰ 测量值 计算值 输出端口开路 I2=0 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) A C Z11  Z21  输出端口短路 U2=0 U1 (V) I1 (mA) I2 (mA) B D Y11  Y21  输入端口开路 I1=0 U1 (V) U2 (V) I2 (mA) Z12  Z22  输入端口短路 U1=0 I1 (mA) U2 (V) I2 (mA) Y12  Y22  图 2-12-3 2．用同时测量法测量双口网络Ⅱ的的 Y 参数、Z 参数及传输参数，将测量与计算结果记录 于表 2-12-3。 表 2-12-3 双 口 网 络 Ⅱ 测量值 计算值 输出端口开路 I2=0 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) A C Z11  Z21  输出端口短路 U2=0 U1 (V) I1 (mA) I2 (mA) B D Y11  Y21  输入端口开路 I1=0 U1 (V) U2 (V) I2 (mA) Z12  Z22  输入端口短路 U1=0 I1 (mA) U2 (V) I2 (mA) Y12  Y22  3．用分别测量法分别测量双口网络Ⅰ、Ⅱ的传输参数，将测量与计算结果记录于表 2-12-4 中，与用同时测量法测得的双口网络Ⅰ、Ⅱ的传输参数值进行比较。 4．用同时测量法分别测量双口网络 I 和 II 级联(链联)，串联和并联(分别如图 2-12-2 的 (a)，(b)和(c)所示)后组成的复合双口网络的传输参数，Z 参数及 Y 参数，将测量与计算结果 记录于表 2-12-5 中，并验证复合双口网络的传输参数，Z 参数及 Y 参数与两个部分双口网络 的相应参数之间的函数关系

表2-12- 给出瑞开路0 金出瑞路 计算传输参 (V) h(mA) 。kQ h.(mA) R.(k) 双▣网路T B"= D'- 表2-12-5 1"佰合双 输出端口开路 () (nA 输出瑞口短备 (mA) (mA 1"餐合效 (V) (mA) (mA) IⅢ清树装合双 输入瑞口短络 (mA) 4W) (mA) -0 5.用分别测量法测量两个双口网级联后的等效复合双口网络的传输参数将测量与计算结果 记录于表2-12-6中，与同时测量法的结果进行比较，并验证等效复合双口网络的传输参数与 两个级联的双口网络传输参数之间的函数关系。 表2-12-6 输出端开路k=0 输出路 计算传输参数 (V) he(mA) (mA) E.(k) 输入瑞开路 Lo (V Fe (iA) /.(nA. &k回 五、实验注意事项 1.测量电流时，要注意判别电流表的极性及选取合适的量程（注意电流2的参考方向）。 2.两个双口网络级联时，应注意将双口网络I的输出端口与双口网络Ⅱ的输入端口联接。 3.两个双口网络串联时，应注意将双口网络I的输入端口与双口网络Ⅱ的输入端口串联， 将双口网络I的输出端口与双口网络Ⅱ的输出端口串联。 4.两个双口网络并联时，应注意将双口网络I的输入端口与双口网络Ⅱ的输入端口并联， 将双口网络I的输出端口与双口网络Ⅱ的输出端口并联。 六、预习思考题 本实验可否用于交流双口网络的测定？ 七、实验报告要求

68 表 2-12-4 输出端开路 I2=0 输出端短路 U2=0 计算传输参数 U10(V) I10(mA) R10(k) U1 s(V) I1 s(mA) R1 s(k) 双口网络Ⅰ 双口网络 Ⅰ 双口网络 双口网络Ⅱ Ⅱ 输入端开路 I1=0 输入端短路 U1=0 A = B = C = D = A = B = C = D = U2 0(V) I2 0(mA) R2 0(k) U2 s(V) I2 s(mA) R2 s(k) 双口网络Ⅰ 双口网络Ⅱ 表 2-12-5 ⅠⅡ级联复合双 口网络 测量值 计算值 输出端口开路 I2=0 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) A C 输出端口短路 U2=0 U1 (V) I1 (mA) I2 (mA) B D ⅠⅡ串联复合双 口网络 输出端口开路 I2=0 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) Z1 1 Z2 1 输入端口开路 I1=0 U1 (V) U2 (V) I2 (mA) Z1 2 Z2 2 ⅠⅡ并联复合双 口网络 输出端口短路 U2=0 U1 (V) I1 (mA) I2 (mA) Y1 1 Y2 1 输入端口短路 U1=0 I1 (mA) U2 (V) I2 (mA) Y1 2 Y2 2 5．用分别测量法测量两个双口网级联后的等效复合双口网络的传输参数将测量与计算结果 记录于表 2-12-6 中，与同时测量法的结果进行比较，并验证等效复合双口网络的传输参数与 两个级联的双口网络传输参数之间的函数关系。 表 2-12-6 输出端开路 I2=0 输出端短路 U2=0 计算传输参数 U10(V) I10(mA) R10(k) U1 s(V) I1 s(mA) R1 s(k) 输入端开路 I1=0 输入端短路 U1=0 A= B= C= D= U2 0(V) I2 0(mA) R2 0(k) U2 s(V) I2 s(mA) R2 s(k) 五、实验注意事项 1．测量电流时，要注意判别电流表的极性及选取合适的量程(注意电流 I2 的参考方向)。 2．两个双口网络级联时，应注意将双口网络Ⅰ的输出端口与双口网络Ⅱ的输入端口联接。 3．两个双口网络串联时，应注意将双口网络 I 的输入端口与双口网络 II 的输入端口串联， 将双口网络 I 的输出端口与双口网络 II 的输出端口串联。 4．两个双口网络并联时，应注意将双口网络 I 的输入端口与双口网络 II 的输入端口并联， 将双口网络 I 的输出端口与双口网络 II 的输出端口并联。 六、预习思考题 本实验可否用于交流双口网络的测定？ 七、实验报告要求

1.完成各数据表格中的测量和计算 2.列写Y、Z及传输参数方程。 3.验证双口网络1和Ⅱ级联后组成的复合双口网络的传输参数与两个部分双口网络I和Ⅱ 的传输参数之间的函数关系。 4.验证双口网络I和Ⅱ串联后组成的复合双口网络的Z参数与两个部分双口网络I和Ⅱ 的Z参数之间的函数关系。 5.验证双口网络I和Ⅱ并联后组成的复合双口网络的Y参数与两个部分双口网络1和Ⅱ 的Y参数之间的函数关系

69 1．完成各数据表格中的测量和计算。 2．列写 Y、Z 及传输参数方程。 3．验证双口网络 I 和 II 级联后组成的复合双口网络的传输参数与两个部分双口网络 I 和 II 的传输参数之间的函数关系。 4．验证双口网络 I 和 II 串联后组成的复合双口网络的 Z 参数与两个部分双口网络 I 和 II 的 Z 参数之间的函数关系。 5．验证双口网络 I 和 II 并联后组成的复合双口网络的 Y 参数与两个部分双口网络 I 和 II 的 Y 参数之间的函数关系