浅谈双口网络参数的课堂教学

发布时间：2020-02-24 17:53所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：双口网络是电路理论教学中的一个重要的组成部分，如何让学生学好并灵活应用网络参数分析一些电路特性一直是电路理论教学探讨的问题。本文结合压电变压器的集总参数等效电路模型，在满足端口条件的前提下，分析压电变压器端口并一并、并一串、串一并和

　　摘要：双口网络是电路理论教学中的一个重要的组成部分，如何让学生学好并灵活应用网络参数分析一些电路特性一直是电路理论教学探讨的问题。本文结合压电变压器的集总参数等效电路模型，在满足端口条件的前提下，分析压电变压器端口并一并、并一串、串一并和串一串的四种可能连接方式的特点，并利用参数之间的相互转换关系由Y参数描述压电变压器电压增益、输出功率和传输效率等电气特性。

　　关键字：电路理论;压电变压器：双口网络

　　双口网络是电路理论教学的重要内容之～，是描述和分析具有多个接线端元件或网络的重要工具¨J。双口网络的概念在若干后续课程和实际科研中有重要的应用如何让学生学好并灵活应用网络参数分析一些电路特性一直是电路理论教学探讨的问题。笔者在双口网络的课堂教学中结合实际应用，在对y、G、H和z四种参数的基本概念做了介绍之后，以压电变压器(以下简称FT)经典集总参数电路模型为研究对象，利用压电变压器四种可能的连接方式的特点，结合教学内容对Y、G、H和z四种参数做了详细的分析让学生真正地体会到四种参数的灵活应用，进一步通过压电变压器电气特性的介绍了解导纳、有功功率和效率等概念，使他们从抽象到具体地认识双口网络。

　　1PT电路模型和双口网络Y参数

　　1.1PT等效电路模型

　　电压变压器经典集总参数电路模型，各元件的值为Pr谐振频率附近的等效值，其中尺、C、组成串联谐振支路，Ci和C。是的输入电容和输出电容，理想变压器的变比为1：N。这些参数均取决于压电变压器的材料参数和几何尺寸。

　　1.2PT端口电气特性

　　单片的电路模型为型线性无源双口网络，其端口电压和电流关系用导纳矩阵y参数描述比较方便。其中YL=G+j表示负载的导纳，参数Y、Y：、Y和Y：为y参数的四个元素对应图1所示单片等效电路模型，其参数是：Y11=jwCi+，Yl2=Y21=一(1一Ⅳ)ym，Y22=jC。+(1/N2)ym。式中ym=1/(R+j一j/wC)，=2Wfo电压增益为K=U2/Ul=lY21l/I+Y22I(1)由上式可见，PT的电压增益随负载阻抗的变化而变化。负载有功功率，即的输出功率为P=v21K2/RL(2)由上式可见，Prr的输出功率不仅与负载阻抗有关，还与电压增益的平方成正比。输入导纳为Yi=11/U1Y11一Y12Y21/(YL+Y22)(3)输入功率为P。=Re[Yi](4)P1’的传输效率为=P。/Pi=Re[yL]/Re[](5)通过PT电气特性的学习，一方面让学生感受到双口网络并不是抽象的，而是具体存在的;另一方面让他们学会根据不同的电路特点灵活应用不同的网络参数分析电路。

　　2双口网络的四种连接方式

　　在双口网络连接的课堂教学中，仍以PT为研究对象。有四种可能的连接方式，即并一并、并一串、串一并和串一串连接。以两片Pr连接为例，P1’串一并连接后的复合网络仍是一个双口网络，四种连接方式的不同使端口电压和电流的约束关系不同，端口作并联连接则端口电压被强制相同;端口作串联连接则端口电流被强制相同。值得注意的是，无论是两个双口的并联还是串联，每个P1’双口的端口条件必须满足，对于输入端和输出端口具有公共端的RosenPT两个端口将它们的方式连接，每个的端口条件总是能满足的。我们求复合网络参数方程时，应以相同的端口变量为自变量，以不相同的端口变量为因变量。

　　那么，针对不同连接方式的复合网络采用特定的网络参数描述，其复合网络的参数矩阵就是各子网络的参数矩阵之和。具体来说，并一并连接采用导纳矩阵y参数描述;并一串连接采用逆混合矩阵G参数描述;串一并连接采用混合矩阵日参数描述;串一串连接采用阻抗矩阵z参数描述]。对子网络参数矩阵的求和，得到四种连接的复合网络y、G、、z参数后，利用参数之间的相互转换关系均转换成y参数，再将y参数相应元素分别代人式(1)～(5)，即可得到由y参数描述的四种连接的端口电气特性。

　　3压电变压器并一并连接

　　实例Pr并～并连接，其复合双口网络的输入电压和输出电压被分别强制相同，即=U以=Ui，Uo=U以=U。。总端口电流应为两个P各自端口电流之和。记并一并连接复合网络的为y参数为y，那么，y参数等于并联的各子网络的y参数之和。对于n个相同PrI’并一并联复合网络，其y为单个PrI’子网络y的倍。

　　4压电变压器并一串连接实例PT并一串连接。其复合双口网络的输入电压和输出电流被分别强制相同，总输入电流和输出电压应为两个各自端口电流和电压之和。并一串连接复合网络采用逆混合矩阵G参数来描述，记为G。

　　5结语

　　关于“电路”课程中双口网络的教学，笔者结合P1’的集总等效电路模型，将单片和串并连接的均视为线性无源双口网络，分别采用l，、G、日和z参数分析PT四种连接的端口特性，利用参数之间的相互转换关系均转换成y参数，并由导纳矩阵y参数表示PT四种连接的端口电气特性。这有助于学生工程应用能力的提高。

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