实验十三双口网络的特性研究

实验十三 双口网络的特性研究

一、实验目的

1．双口网络的表达方法及其互易条件。

2．掌握晶体管放大器直流工作点的调节方法和交流等效电路的概念。

3．掌握参数的测量。

4．掌握，，，对放大器性能的影响和放大器输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的测量方法。

二、实验原理

一个网络N，具有一个输入端口和一个输出端口，网络由集总、线性、时不变元件构成，其内部不含有独立电源(可以含有受控源)和初始条件为零，称为双口网络，如图13－1所示。

图13－1

因为电压、电流容易测量，且根据端口特性的不同，有的端口只能是压控，有的端口只能是流控，有的端口既是压控又是流控。因此，一般而言，用不同的激励来表示响应有如下一些表达式：

1．阻抗参数

互易条件：

2．导纳参数

互易条件：

3．混合参数

互易条件：

混合参数的另一种表达方式为：

互易条件：

4．传输参数

互易条件：

传输参数的另一表达方法为：

互易条件是：

常用的是式(1)，(2)，(3)和(5)这四种，一个双口网络根据给定的条件的不同，会采用不同的参数表示双口，如主要用于电阻网络；主要用于高频电路；主要用于低频电路；传输参数主要用于通信系统和电子系统。

下面以式(3)混合参数为例，在正弦稳态的条件下，说明参数的测量和等效电路的概念。

由混合参数方程（又称h参数方程）

式中，，，，即双口网络的h参数，它们的定义分别为：

其中，具有阻抗的性质，具有导纳的性质，而、均无量纲，故参数又称混合参数。表示端口‘2’短路时，在端口‘1’处的输入阻抗。表示在端口‘1’开路时，在端口‘2’处的输出导纳。表示‘1’端口开路时两个端口电压之比。表示‘2’端口短路时两端口电流之比。

双口网络可用图13－2所示等效电路来表示，称为h参数等效电路。

图13－2

当时，则有图13－3所示的等效电路。

图13－3

在电子技术中，用来构成双口的器件很多，如晶体管、场效应管(MOSFET)等，下面以晶体管放大器为例作如下说明。

晶体管是电流控制器件，(MOSFET为电压控制器件)，将直流电能转化为交流电能。

图13－4

对于图13－4所示的电路，在线性放大区工作时，有直流工作状态为：

称为直流放大倍数，且有

对于交流工作状态，注意如下两条原则：

1．电容对交流相当于短路，(即，与其它元件参数相比，可忽略不计)。

2．直流电压源对交流相当于短路。

因此，如图13－4所示的一个晶体管放大器，其交流通路如图13－5所示。

图13－5

用简化的参数来表示虚线框内的双口，其等效电路如图13－6所示。

图13－6

下面讨论如何测出参数。假定输入信号是正弦信号，频率为，采用相量法，将(7)式写成：

是晶体管输出交流短路时输入阻抗，测量的方法是：在图13－4中的晶体管集电极与发射极之间并接一个10μF电容（如图13－4中的直接接地），使，式中为晶体管基极对发射极的正弦交流电压。信号源串接一个已知电阻加到放大器。目的是为了测量。图13－5中晶体管基极的KCL方程为：，因为，所以测得，即可以得到，然后利用式（11）求出。

是晶体管输入端开路时电压反馈系数。测量的方法是：在图13—4电路中，将信号源输入断开，使，将信号源和通过加到放大器的集电极与发射极之间，的电压有效值不要超过1V，测出和，然后利用式（12）求出。

是晶体管输出交流短路时电流放大系数。测量的方法是：严格讲，必须将放大器输出端并接电容，使输出交流短路，即，然后在晶体管的基极与集电极之间各串接一块电流表（交流），然后分别测出和，按式（13）求出。为了不使用交流电流表，又要测出和，我们作如下近似处理：输出端交流不短路（因为实际上的影响极小，故对放大器参数测试影响不大），信号源串接加到放大器输入端，则有