二端口網絡在電子線路中的應用

王振遠

摘 要：任何二端口，它的輸出端電壓和電流的大小都可以隨輸入端電壓或電流的變化而變化。通過改變雙口網絡的內部結構（電阻、電感、電容的大小，連接方式等）來改變電路的性質和功能。二端口網絡就像是一個具有輸入輸出端口的盒子，盒子里面盛放的電子元件不同，對電子電路的影響也不同。

關鍵詞：二端口網絡；運算放大器；移相器；濾波器；波形信號、能量

二端口網絡（two-port network），是指端口數等于二的多端網絡，又稱為雙口。分為有源和無源，線性和非線性等。在二端口網絡中接電源的端口稱為入口，接負載的端口稱為出口。各個端口的電壓和電流稱為端口電壓V1，V2和i1，i2統稱為端口變量。

由于二端口網絡的這種特性，它既可以是非常復雜的電路網絡，也可以是由極其簡單的網絡構成，常見的二端口有變壓器，運算放大器等。在電子電路中，二端口網絡之間的連接方式有五種，分別是串聯、并聯、串-并聯、并-串聯和級聯。

二端口網絡在電子線路中的應用非常廣泛，本文將對一些電子電路中應用到的二端口網絡作介紹：

1.濾波器（filter）

濾波器就是一種二端口網絡，它是一種減少或消除諧波對電力系統影響的電氣部件，能實現對信號頻率的篩選作用，由電阻，電容和電感組成。在一個電子電路中，濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或頻段進行有效的濾除，得到或濾除一個固定頻率的電源信號。能通過濾波器的信號頻率范圍稱為通帶，反之，被完全抑制或者大幅度衰減的信號頻率范圍稱為阻帶。通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率。由于電容器具有隔直通交，電感器具有隔交通直的作用，濾波器也能起到使混合的交直流分開的作用。

在電子電路中，我們可以利用濾波器就能濾除畸變和被污染的噪聲信號，保證信號產生、轉換、傳輸過程的準確性。

2.移相器（Phaser）

移相器是一種能對波的相位進行調整的一種裝置?，F代電子技術利用A/D、D/A轉換來實現數字移相，并且具有很高的精確性。電子電路中的移相器，通過調節輸入信號的相位來改變電路特性。移相器有多種類型，首先定義相位移移相器和時延遲移相器。

相位移移相器的定義為在工作頻率帶寬上具有平坦的群延遲的頻率響應，波前平面不隨插入相位的變化而改變的控制器件。時延遲移相器在工作頻率帶寬上也具有平坦的群延遲頻率響應，但是波的前平面隨插入相位的變化而改變。如圖所示：

相位移移相器和時延遲移相器各有優缺點：相位移移相器可以應用于多路間隔不同脈沖的接收一合并機中，將射頻信號對位在脈沖的包絡內而不改變脈沖邊沿的時序。然而，由于“相位偏斜”和“脈沖展寬”效應的限制，相位移移相器無法應用于大孔徑相陣天線的寬帶波束形成網絡中。時延遲移相器在寬帶微波信號處理系統中有著廣泛的應用，如相陣天線的波束形成網絡中。

3.運算放大器

運算放大器是一種具有很高放大倍數的電路單元。它的核心是一個差動放大器。就是兩個三極管背靠背連著。共同分擔一個橫流源的電流。三極管一個是運放的正向輸入，一個是反向輸入。正向輸入的三極管放大后送到一個功率放大電路放大輸出。在實際電路中，可以結合反饋網絡構成某種功能模塊。運算放大器最早被設計出來的目的是將電路中的電壓類比成數字進行加減乘除的運算，同時也成為模擬計算機的基本建構方塊。今天的運算放大器，具有晶體管，真空管，分立式元件或者集成電路元件的類型。效能已經逐漸能夠達到理想運算放大器的需求。運算放大器是差分輸入、單端輸出的極高增益放大器，常用于高精度模擬電路，因此必須精確測量其性能。但在開環測量中，其開環增益可能高達107或更高，而拾取、雜散電流或塞貝克（熱電偶）效應可能會在放大器輸入端產生非常小的電壓，這樣誤差將難以避免。

一般來說，運放具有以下特性：

（1）如果運放兩個輸入端上的電壓均為0V，則輸出端電壓也應該等于0V。但事實上，輸出端總有一些電壓，該電壓稱為失調電壓VOS。如果將輸出端的失調電壓除以電路的噪聲增益，得到結果稱為輸入失調電壓 或輸入參考失調電壓。這個特性在數據表中通常以VOS 給出。VOS 被等效成一個與運放反相輸入端串聯的電壓源。必須對放大器的兩個輸入端施加差分電壓，以 產生0V輸出。

（2）理想運放具有非常大的阻抗，趨近于無窮大，因此流入輸入端的電流趨近于零。但是在輸入集中使用雙極結晶體管（BJT）的真實運放需要一些電流才可以工作，稱之為偏置電流（IB）通常有IB+和IB-兩個，他們分別流入兩個輸入端。并且有些高速運放的偏置電流有時候可以達到幾十毫安。

任何二端口，它的輸出端電壓和電流的大小都可以隨輸入端電壓或電流的變化而變化。通過改變雙口網絡的內部結構（電阻、電感、電容等的大小，連接方式等）來改變電路的性質和功能，通過二端口網絡構成的互易網絡、對稱網絡、無耗網絡具有不同的特點?；ヒ拙W絡在兩個端口產生的電壓相同，且組成網絡的元件都是線性無源元件。若組成的網絡包含主動元件（電晶體、數碼電路器件等）則不是互易網絡。對稱網絡是指這個網絡的輸入阻抗等于輸出阻抗。大多數情況下，對稱網絡在物理結構上也是對稱的，但是有時候不具有物理對稱結構的電阻組成的電路網絡也能組成對稱網絡。若一個二端口網絡中不包含耗能元件則稱這個二端口網絡是無耗網絡。

參考文獻：

[1]學好的運算放大器的16個基礎知識點https：//zhuanlan.zhihu.com/p/23979877

[2]電工論壇-二端口網絡的應用

http：//www.diangon.com/m394531.html

[3]電子發燒友網http：//www.elecfans.com/article/88/131/sz/2017/20171221605899.html