Obrázek 1: Příklad dvouportové sítě s definicemi symbolů. Všimněte si stav portu je spokojen: do každého portu teče stejný proud, který tento port opouští.
A dvouportová síť (druh síť čtyř terminálů nebo quadripole) je elektrická síť (obvod ) nebo zařízení se dvěma páry svorek pro připojení k externím obvodům. Dva terminály tvoří a přístav pokud proudy, které se na ně vztahují, splňují základní požadavek známý jako podmínka portu: elektrický proud vstup do jednoho terminálu se musí rovnat proudu vycházejícímu z druhého terminálu na stejném portu.[1][2] Porty tvoří rozhraní, kde se síť připojuje k jiným sítím, body, kde jsou aplikovány signály nebo přijímány výstupy. Ve dvouportové síti je často port 1 považován za vstupní port a port 2 za výstupní port.
Dvouportový síťový model se používá v matematice analýza obvodu techniky izolace částí větších obvodů. Síť se dvěma porty se považuje za „Černá skříňka "s jeho vlastnostmi určenými a matice čísel. To umožňuje snadno vypočítat odezvu sítě na signály aplikované na porty, aniž by bylo nutné řešit všechna vnitřní napětí a proudy v síti. Umožňuje také snadné srovnání podobných obvodů nebo zařízení. Například tranzistory jsou často považovány za dvouportové, charakterizované svými h-parametry (viz níže), které uvádí výrobce. Žádný lineární obvod se čtyřmi terminály lze považovat za dvouportovou síť za předpokladu, že neobsahuje nezávislý zdroj a splňuje podmínky portu.
Příklady obvodů analyzovaných jako dva porty jsou filtry, odpovídající sítě, přenosové linky, transformátory, a malé signály pro tranzistory (např model hybrid-pi ). Analýza pasivních dvouportových sítí je následkem věty o vzájemnosti nejprve odvozen Lorentzem.[3]
Ve dvouportových matematických modelech je síť popsána čtvercovou maticí 2 x 2 komplexní čísla. Běžné modely, které se používají, se označují jako z-parametry, y-parametry, h-parametry, g-parametry, a Parametry ABCD, každý je popsán samostatně níže. Všechny jsou omezeny na lineární sítě, protože základním předpokladem jejich odvození je, že jakákoli daná podmínka obvodu je lineární superpozicí různých podmínek zkratu a otevřeného obvodu. Obvykle jsou vyjádřeny v maticovém zápisu a vytvářejí vztahy mezi proměnnými
, napětí přes port 1
, proud do portu 1
, napětí na portu 2
, proud do portu 2
které jsou zobrazeny na obrázku 1. Rozdíl mezi různými modely spočívá v tom, která z těchto proměnných je považována za nezávislé proměnné. Tyto proud a Napětí proměnné jsou nejužitečnější při nízkých až středních frekvencích. Při vysokých frekvencích (např. Mikrovlnné frekvence) je použití Napájení a energie proměnné je vhodnější a přístup se dvěma porty proudu a napětí je nahrazen přístupem založeným na rozptylové parametry.
Obecné vlastnosti
Existují určité vlastnosti dvouportů, které se v praktických sítích často vyskytují a lze je použít k výraznému zjednodušení analýzy. Tyto zahrnují:
- Reciproční sítě
- O síti se říká, že je vzájemná, pokud napětí, které se objevuje na portu 2 v důsledku proudu aplikovaného na port 1, je stejné jako napětí, které se objevuje na portu 1, když je na port 2 aplikován stejný proud. Výměna napětí a proudu vede k ekvivalentu definice vzájemnosti. Síť, která se skládá výhradně z lineárních pasivních součástí (tj. Rezistory, kondenzátory a induktory), je obvykle vzájemná, přičemž významnou výjimkou je pasivní oběhová čerpadla a izolátory které obsahují zmagnetizované materiály. Obecně to nebude být vzájemná, pokud obsahuje aktivní součásti, jako jsou generátory nebo tranzistory.[4]
- Symetrické sítě
- Síť je symetrická, pokud se její vstupní impedance rovná její výstupní impedanci. Nejčastěji, ale ne nutně, jsou symetrické sítě také fyzicky symetrické. Někdy také antimetrické sítě jsou zajímavé. Jedná se o sítě, kde jsou vstupní a výstupní impedance duální navzájem.[5]
- Bezztrátová síť
- Bezztrátová síť je síť, která neobsahuje žádné rezistory ani jiné disipativní prvky.[6]
Impedanční parametry (z-parametry)
Obrázek 2: Z-ekvivalentní dva porty zobrazující nezávislé proměnné Já1 a Já2. Ačkoli jsou zobrazeny odpory, lze místo nich použít obecné impedance.

kde

Všechny parametry z mají rozměry ohm.
Pro vzájemné sítě
. Pro symetrické sítě
. Pro vzájemné bezztrátové sítě všechny
jsou čistě imaginární.[7]
Příklad: bipolární proudové zrcadlo s degenerací emitoru
Obrázek 3: Bipolární
aktuální zrcadlo:
i1 je
referenční proud a
i2 je
výstupní proud; malá písmena označují, že jsou
celkový proudy, které obsahují stejnosměrné složky
Obrázek 4: Bipolární proudové zrcadlo malého signálu: Já1 je amplituda malého signálu referenční proud a Já2 je amplituda malého signálu výstupní proud
Obrázek 3 ukazuje bipolární proudové zrcadlo s emitorovými odpory pro zvýšení jeho výstupního odporu.[poznámka 1] Tranzistor Q1 je dioda připojena, což znamená, že jeho napětí kolektorové báze je nulové. Obrázek 4 ukazuje obvod malého signálu ekvivalentní obrázku 3. Tranzistor Q1 je reprezentován jeho emitorovou odolností rE ≈ PROTIT / JáE (PROTIT = tepelné napětí, JáE = Q-bod emitorový proud), je možné zjednodušení, protože zdroj závislého proudu v modelu hybrid-pi pro Q1 odebírá stejný proud jako rezistor 1 /Gm připojen napříč rπ. Druhý tranzistor Q2 je reprezentován jeho model hybrid-pi. Tabulka 1 níže ukazuje výrazy z-parametru, díky nimž je obvod ekvivalentního z na obrázku 2 elektricky ekvivalentní obvodu malého signálu na obrázku 4.
stůl 1 | Výraz | Přiblížení |
---|
 |  |  |
 | [pozn. 2] | |
 | | |
 |  |  |
Negativní zpětná vazba zavedená rezistory RE lze vidět v těchto parametrech. Například když se používá jako aktivní zátěž v diferenciálním zesilovači, Já1 ≈ −I2, čímž je výstupní impedance zrcadla přibližně stejná R22 -R21 ≈ 2 β rÓRE /(rπ + 2RE) ve srovnání s pouze rÓ bez zpětné vazby (tj. s RE = 0 Ω). Současně je impedance na referenční straně zrcadla přibližně R11 − R12 ≈ 
, pouze střední hodnota, ale stále větší než rE bez zpětné vazby. V aplikaci diferenciálního zesilovače velký výstupní odpor zvyšuje zisk rozdílového režimu, dobrá věc a je žádoucí se vyhnout malému vstupnímu zrcadlovému odporu Millerův efekt.
Parametry přijetí (y-parametry)
Obrázek 5: Y-ekvivalentní dva porty zobrazující nezávislé proměnné PROTI1 a PROTI2. Přestože jsou zobrazeny rezistory, lze místo nich použít obecné vstupy.

kde

Všechny parametry Y mají rozměry siemens.
Pro vzájemné sítě
. Pro symetrické sítě
. Pro vzájemné bezztrátové sítě všechny
jsou čistě imaginární.[7]
Hybridní parametry (h-parametry)
Obrázek 6: H-ekvivalentní dva porty zobrazující nezávislé proměnné Já1 a PROTI2; h22 je oplácen, aby vytvořil odpor

kde

Tento obvod se často volí, když je na výstupu požadován proudový zesilovač. Rezistory zobrazené v diagramu mohou být místo toho obecné impedance.
Off-diagonální h-parametry jsou bezrozměrný, zatímco diagonální členy mají rozměry vzájemné.
Příklad: zesilovač se společnou bází
Obrázek 7: Zesilovač se společnou bází se zdrojem střídavého proudu Já1 jako vstup signálu a nespecifikované napětí podporující zátěž PROTI2 a závislý proud Já2.
Poznámka: Tabulkové vzorce v tabulce 2 činí ekvivalentní obvod h tranzistoru z obrázku 6 s jeho nízkofrekvenčním nízkofrekvenčním signálem model hybrid-pi na obrázku 7. Zápis: rπ = základní odpor tranzistoru, rÓ = výstupní odpor a Gm = transkonduktance. Záporné znaménko pro h21 odráží konvenci, že Já1, Já2 jsou pozitivní, když jsou nasměrováni do dva porty. Nenulová hodnota pro h12 znamená, že výstupní napětí ovlivňuje vstupní napětí, tj. tento zesilovač je bilaterální. Li h12 = 0, zesilovač je jednostranný.
Tabulka 2 | Výraz | Přiblížení |
---|
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
Dějiny
Původně byly vyvolány h-parametry sériově paralelní parametry. Termín hybridní popsat tyto parametry vytvořil D. A. Alsberg v roce 1953 v „Transistor metrology“.[8] V roce 1954 byl společný výbor HNĚV a AIEE přijal termín h parametry a doporučil, aby se tyto staly standardní metodou testování a charakterizace tranzistorů, protože byly „mimořádně přizpůsobitelné fyzickým charakteristikám tranzistorů“.[9] V roce 1956 se doporučení stalo vydaným standardem; 56 IRE 28.S2. Po sloučení těchto dvou organizací jako IEEE se standard stal Std 218-1956 a byl znovu potvrzen v roce 1980, ale nyní byl stažen.[10]
Inverzní hybridní parametry (g-parametry)
Obrázek 8: G-ekvivalentní dva porty zobrazující nezávislé proměnné PROTI1 a Já2; G11 je oplácen, aby vytvořil odpor

kde

Tento obvod se často volí, když se na výstupu požaduje zesilovač napětí. Off-diagonální g-parametry jsou bezrozměrné, zatímco diagonální členy mají rozměry vzájemné. Rezistory zobrazené v diagramu mohou být místo toho obecné impedance.
Příklad: zesilovač se společnou bází
Obrázek 9: Zesilovač společné báze se zdrojem střídavého napětí PROTI1 jako vstup signálu a nespecifikovaná zátěž dodávající proud Já2 při závislém napětí PROTI2.
Poznámka: Tabulkové vzorce v tabulce 3 ukazují, že obvod ekvivalentu g tranzistoru z obrázku 8 souhlasí s nízkou frekvencí malého signálu model hybrid-pi na obrázku 9. Zápis: rπ = základní odpor tranzistoru, rÓ = výstupní odpor a Gm = transkonduktance. Záporné znaménko pro G12 odráží konvenci, že Já1, Já2 jsou pozitivní, když jsou nasměrováni do dva porty. Nenulová hodnota pro G12 znamená, že výstupní proud ovlivňuje vstupní proud, tj. tento zesilovač je bilaterální. Li G12 = 0, zesilovač je jednostranný.
Tabulka 3 | Výraz | Přiblížení |
---|
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
abeceda-parametry
The abeceda-parametry jsou známé různě jako parametry řetězce, kaskády nebo přenosu. Existuje řada definic uvedených pro abeceda parametry, nejčastější je,[11][12]

kde

Pro vzájemné sítě
. Pro symetrické sítě
. Pro sítě, které jsou vzájemné a bezztrátové, A a D jsou čistě skutečné B a C jsou čistě imaginární.[6]
Tato reprezentace je upřednostňována, protože když jsou parametry použity k reprezentaci kaskády dvou portů, matice jsou zapsány ve stejném pořadí, v jakém by byl nakreslen síťový diagram, tj. Zleva doprava. Používá se však také definice varianty[13],

kde

Záporné znaménko
vzniká, aby se výstupní proud jednoho kaskádového stupně (jak se objeví v matici) rovnal vstupnímu proudu dalšího. Bez znaménka mínus by tyto dva proudy měly opačné smysly, protože pozitivní směr proudu se podle konvence považuje za proud vstupující do portu. V důsledku toho může být vektor matice vstupního napětí / proudu přímo nahrazen maticovou rovnicí předchozího kaskádového stupně za vzniku kombinovaného
matice.
Terminologie zastupování
parametry jako matice určených prvků A11 tak, jak je přijali někteří autoři[14] a inverzní
parametry jako matice určených prvků b11 zde se používá jak pro stručnost, tak pro zabránění záměny s prvky obvodu.

An abeceda matice byla definována pro čtyřvodičové přenosové systémy Telephony společností P K Webb ve zprávě British Post Office Research Department 630 z roku 1977.
Tabulka parametrů přenosu
Níže uvedená tabulka uvádí abeceda a inverzní abeceda parametry pro některé jednoduché síťové prvky.
Živel | [A] matice | [b] matice | Poznámky |
---|
Sériová impedance |  |