实验21二端口网络测试

实验二十一 二端口网络测试

一、实验目的

1. 加深理解二端口网络的基本理论。

2. 掌握直流二端口网络传输参数的测量技术。 二、原理说明

对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口的电压和电流之间的相互关系，并通过实验测定方法求取一个极其简单的等值二端口电路来替代原网络，此即为“黑盒理论”的基本内容。

1. 一个二端口网络两端口的电压和电流四个变量之间的关系， 可以用多种形式的参数方程来表示。本实验采用输出口的电压U2和电流I2作为自变量，以输入口的电压U1和电流I1作为应变量，所得的方程称为二端口网络的传输方程，如图21-1所示的无源线性二端口网络（又称为四端网络）的传输方程为：U1＝AU2＋BI2；I1＝CU2＋DI2。

式中的A、B、C、D为二端口网络的传输参数，其值完全决定于网络的拓扑结构及各支路元件的参数值。这四个参数表征了该二端口网络的基本特性，它们的含义是：

U1O

A＝ ── （令I2＝0，即输出口开路时）

U2O U1s

1I2 B＝ ── （令U2＝0，即输出口短路时） +I+I2s

U1U2I1O

C＝ ── （令I2＝0，即输出口开路时）

U2O I1s

D＝ ── （令U2＝0，即输出口短路时） 图 21-1

I2s

由上可知，只要在网络的输入口加上电压，在两个端口同时测量其电压和电流，即可求出A、B、C、D四个参数，此即为双端口同时测量法。

2. 若要测量一条远距离输电线构成的二端口网络， 采用同时测量法就很不方便。这时可采用分别测量法，即先在输入口加电压，而将输出口开路和短路，在输入口测量电压和电流，由传输方程可得：

U1O A

R1O＝ ──＝──（令I2＝0，即输出口开路时）

I1O C U1s B

R1s＝ ──＝──（令U2＝0，即输出口短路时）

I1s D

然后在输出口加电压，而将输入口开路和短路，测量输出口的电压和电流。此时可得 U2O D

R2O＝ ──＝──（令I1＝0，即输入口开路时）

I2O C

U2s B

R2s＝ ──＝ ──（令U1＝0，即输入口短路时）

I2s A

R1O，R1s，R2O，R2s分别表示一个端口开路和短路时另一端口的等效输入电阻，这四个参

R1O R1S A

数中只有三个是独立的∵ ──＝──＝── 即AD－BC＝1。至此，可求出四个传输参

R2O R2S D

数：A＝R1O/(R2O?R2S)，B＝R2SA，C＝A/R1O，D＝R2OC

3. 二端口网络级联后的等效二端口网络的传输参数亦可采用前述的方法之一求得。 从理论推得两个二端口网络级联后的传输参数与每一个参加级联的二端口网络的传输参数之间有如下的关系：

A＝A1A2＋B1C2 B＝A1B2＋B1D2 C＝C1A2＋D1C2 D＝C1B2＋D1D2 三、实验设备 序号 1 2 3 4

四、实验内容

二端口网络实验线路如图21-2所示，可利用HE-12实验箱的“二端口网络/互易定理”线路。将直流稳压电源的输出电压调到10V，作为二端口网络的输入。

+U11I11200Ω300Ω510Ω名 称 可调直流稳压电源 数字直流电压表 数字直流毫安表 二端口网络实验电路板 型号与规格 0～30V 0～300V 0～500mA 数量 1 1 1 1 备注 HE-12 I12+U12二端口网络 I

I22+U21I21510Ω+U22200Ω 二端口网络 II

图 21-2

300Ω

1. 按同时测量法分别测定两个二端口网络的传输参数A1、B1、C1、D 1和A2、B2、C2、D2，并列出它们的传输方程。 二端 口 网 络 I 二 测 量 值 计 算 值 输出端短路U12=0 输出端开路I12=0 测 量 值 U11O（V） U12O（V） I11O（mA） 计 算 值 A1 C1 B1 D1 U11S（V） I11S（mA） I12S（mA） 端 口 网 络 II 输出端开路I22=0 U21O（V） U22O（V） I21O（mA） A2 C2 B2 D2 输出端短路U22=0 U21S（V） I21S（mA） I22S（mA） 2. 将两个二端口网络级联，即将网络I的输出接至网络II的输入。 用两端口分别测量法测量级联后等效二端口网络的传输参数A、B、C、D，并验证等效二端口网络传输参数与级联的两个二端口网络传输参数之间的关系。（总输入端或总输出端所加的电压仍为10V。）

输出端开路I2=0 U1O （V） I1O R1O （mA） （KΩ） 输入端开路I1=0 U2O （V）

五、实验注意事项

1. 用电流插头插座测量电流时， 要注意判别电流表的极性及选取适合的量程（根据所给的电路参数，估算电流表量程）。

2.实验中，如果测得的I或U为负值，则计算传输参数时取其绝对值。

六、预习思考题

1. 试述双口网络同时测量法与分别测量法的测量步骤， 优缺点及其适用情况。 2. 本实验方法可否用于交流双口网络的测定？ 七、实验报告

1. 完成对数据表格的测量和计算任务。

2. 列写参数方程。

3. 验证级联后等效双口网络的传输参数与 级联的两个双口网络传输参数之间的关系。 4. 总结、归纳双口网络的测试技术。 5. 心得体会及其他。

I2O R2O （mA） （KΩ） 输出端短路U2=0 U1S （V） IIS RIS （mA） （KΩ） 输入端短路U1=0 U2S （V） 计 算 传输参数 A= B= C= I2S R2S （mA） （KΩ） D=