شبكة ثنائية المنافذ

الشكل  1: مثال على شبكة ثنائية المنافذ مع تعريفات الرموز. لاحظ أن شرط المنفذ مُحقق: نفس التيار يتدفق إلى كل منفذ كما يخرج منه.

في مجال الإلكترونيات ، تُعرف الشبكة ثنائية المنافذ (وهي نوع من الشبكات رباعية الأطراف أو رباعية الأقطاب ) بأنها شبكة كهربائية (أي دائرة) أو جهاز مزود بزوجين من الأطراف للتوصيل بدوائر خارجية. يشكل طرفان منفذًا إذا كانت التيارات المطبقة عليهما تستوفي الشرط الأساسي المعروف بشرط المنفذ: يجب أن يساوي التيار الداخل إلى أحد الطرفين التيار الخارج من الطرف الآخر في نفس المنفذ. [ 1 ] [ 2 ] تمثل المنافذ واجهات تربط الشبكة بشبكات أخرى، وهي نقاط تطبيق الإشارات أو استقبال المخرجات. في الشبكة ثنائية المنافذ، يُعتبر المنفذ 1 غالبًا منفذ الإدخال والمنفذ 2 منفذ الإخراج.

يُستخدم بشكل شائع في تحليل الدوائر الرياضية .

طلب

يُستخدم نموذج الشبكة ثنائية المنافذ في تقنيات التحليل الرياضي للدوائر لعزل أجزاء من الدوائر الأكبر. تُعتبر الشبكة ثنائية المنافذ بمثابة " صندوق أسود " تُحدد خصائصه بواسطة مصفوفة من الأرقام. وهذا يُسهّل حساب استجابة الشبكة للإشارات المُطبقة على المنافذ، دون الحاجة إلى حساب جميع الفولتيات والتيارات الداخلية في الشبكة. كما يُسهّل مقارنة الدوائر أو الأجهزة المتشابهة. على سبيل المثال، غالبًا ما تُعتبر الترانزستورات ثنائية المنافذ، وتتميز بمعاملاتها h (انظر أدناه) التي يُدرجها المُصنِّع. يُمكن اعتبار أي دائرة خطية ذات أربعة أطراف شبكة ثنائية المنافذ بشرط ألا تحتوي على مصدر مستقل وأن تُحقق شروط المنافذ.

من أمثلة الدوائر التي يتم تحليلها كدوائر ثنائية المنافذ: المرشحات ، وشبكات المطابقة ، وخطوط النقل ، والمحولات ، ونماذج الإشارات الصغيرة للترانزستورات (مثل نموذج باي الهجين ). ويُعد تحليل الشبكات السلبية ثنائية المنافذ امتدادًا لنظريات التبادلية التي اشتقها لورنتز لأول مرة . [ 3 ]

في النماذج الرياضية ثنائية المنافذ، تُوصف الشبكة بمصفوفة مربعة ثنائية الأبعاد من الأعداد المركبة . تُعرف النماذج الشائعة المستخدمة بمعاملات z، ومعاملات y ، ومعاملات h ، ومعاملات g ، ومعاملات ABCD ، وسيتم شرح كل منها على حدة أدناه. تقتصر هذه النماذج على الشبكات الخطية ، إذ يفترض اشتقاقها أن أي حالة دارة معينة هي تراكب خطي لحالات دارة قصر ودارة مفتوحة مختلفة. تُعبَّر هذه النماذج عادةً باستخدام ترميز المصفوفات، وتُحدد العلاقات بين المتغيرات .

V 1 ، الجهد عبر المنفذ 1
I 1 ، التيار الداخل إلى المنفذ 1
V 2 ، الجهد عبر المنفذ 2
I 2 ، التيار الداخل إلى المنفذ 2

كما هو موضح في الشكل  1. يكمن الاختلاف بين النماذج المختلفة في تحديد المتغيرات المستقلة من بين هذه المتغيرات . تُعدّ متغيرات التيار والجهد أكثر فائدة عند الترددات المنخفضة إلى المتوسطة. أما عند الترددات العالية (مثل ترددات الميكروويف)، فيُفضّل استخدام متغيرات القدرة والطاقة ، ويتم استبدال نموذج التيار - الجهد ثنائي المنافذ بنموذج يعتمد على معاملات التشتت .

الممتلكات العامة

توجد خصائص معينة للشبكات ثنائية المنافذ تتكرر بكثرة في الشبكات العملية، ويمكن استخدامها لتبسيط التحليل بشكل كبير. وتشمل هذه الخصائص ما يلي:

الشبكات التبادلية
تُوصف الشبكة بأنها تبادلية إذا كان الجهد الظاهر عند المنفذ 2 نتيجةً لتطبيق تيار عند المنفذ 1 هو نفسه الجهد الظاهر عند المنفذ 1 عند تطبيق التيار نفسه على المنفذ 2. ويؤدي تبادل الجهد والتيار إلى تعريف مكافئ للتبادلية. عادةً ما تكون الشبكة التي تتكون بالكامل من مكونات سلبية خطية (أي المقاومات والمكثفات والمحاثات) تبادلية، باستثناء ملحوظ هو الدوائر والعوازل السلبية التي تحتوي على مواد ممغنطة. وبشكل عام، لن تكون الشبكة تبادلية إذا احتوت على مكونات فعالة مثل المولدات أو الترانزستورات . [ 4 ]
الشبكات المتناظرة
تكون الشبكة متناظرة إذا كانت معاوقة دخلها مساوية لمعاوقة خرجها . في أغلب الأحيان، ولكن ليس بالضرورة، تكون الشبكات المتناظرة متناظرة فيزيائيًا أيضًا. أحيانًا تكون الشبكات غير المتناظرة ذات أهمية أيضًا. هذه شبكات تكون فيها معاوقة الدخل ومعاوقة الخرج معكوسة لبعضها البعض. [ 5 ]
شبكة بدون فقدان
الشبكة عديمة الفقد هي شبكة لا تحتوي على مقاومات أو عناصر تبديد أخرى. [ 6 ]

معلمات المعاوقة ( معلمات z )

الشكل  2: مكافئ ثنائي المنافذ يوضح المتغيرات المستقلة I 1 و I 2. على الرغم من عرض المقاومات، إلا أنه يمكن استخدام المعاوقات العامة بدلاً من ذلك.
[V1V2]=[z11z12z21z22][أنا1أنا2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}z_{11}&z_{12}\\z_{21}&z_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}I_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}}

أين

z11=تعريفV1أنا1|أنا2=0z12=تعريفV1أنا2|أنا1=0z21=تعريفV2أنا1|أنا2=0z22=تعريفV2أنا2|أنا1=0\begin{aligned}z_{11}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{1}}{I_{1}}}\right|_{I_{2}=0}&z_{12}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{1}}{I_{2}}}\right|_{I_{1}=0}\\z_{21}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{I_{1}}}\right|_{I_{2}=0}&z_{22}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{I_{2}}}\right|_{I_{1}=0}\end{aligned}}}

جميع معاملات z لها أبعاد الأوم .

بالنسبة للشبكات التبادلية ، z 12 = z 21. بالنسبة للشبكات المتناظرة ، z 11 = z 22. أما بالنسبة للشبكات التبادلية عديمة الفقد، فإن جميع قيم z mn تكون تخيلية بحتة. [ 7 ]

مثال: مرآة تيار ثنائية القطب مع انحلال الباعث

الشكل  3: مرآة التيار ثنائية القطب : i1 هو تيار المرجع و i2 هو تيار الخرج ؛ تشير الأحرف الصغيرة إلى أن هذه هي التيارات الكلية التي تشمل مكونات التيار المستمر
الشكل 4  : مرآة تيار ثنائية القطبية للإشارة الصغيرة: I1 هي سعة تيار الإشارة الصغيرة المرجعي و I2 هي سعة تيار الإشارة الصغيرة الخارجة

يوضح الشكل  3 مرآة تيار ثنائية القطب مزودة بمقاومات باعث لزيادة مقاومة خرجها. [ ملاحظة 1 ] الترانزستور Q1 موصول كصمام ثنائي ، أي أن جهد قاعدته-مجمعه يساوي صفرًا. يوضح الشكل 4 دائرة الإشارة  الصغيرة المكافئة للشكل  3. يُمثل الترانزستور Q1 بمقاومة باعثه rE .

رهـالجهد الحراري، Vتيتيار الباعث، أناهـ،{\displaystyle r_{\mathrm {E} }\approx {\frac {{\text{الجهد الحراري، }}V_{\mathrm {T} }}{{\text{تيار الباعث، }}I_{E}}},}

أصبح هذا التبسيط ممكنًا لأن مصدر التيار التابع في نموذج باي الهجين للترانزستور Q1 يسحب نفس التيار الذي يسحبه المقاوم 1 / gm الموصول عبر rπ . أما الترانزستور الثاني Q2 فيُمثَّل بنموذج باي الهجين الخاص به . يوضح الجدول 1 أدناه تعابير معامل z التي تجعل الدائرة المكافئة z في الشكل  2 مكافئة كهربائيًا لدائرة الإشارة الصغيرة في الشكل  4.

الجدول 1
تعبيرتقريب
R21=V2أنا1|أنا2=0{\displaystyle R_{21}=\left.{\frac {V_{2}}{I_{1}}}\right|_{I_{2}=0}}-(βريا-Rهـ)رهـ+Rهـرπ+رهـ+2Rهـ{\displaystyle -(\beta r_{\mathrm {O} }-R_{\mathrm {E} }){\frac {r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+r_{\mathrm {E} }+2R_{\mathrm {E} }}}}-βرoرهـ+Rهـرπ+2Rهـ{\displaystyle -\beta r_{\mathrm {o} }{\frac {r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+2R_{\mathrm {E} }}}}
R11=V1أنا1|أنا2=0{\displaystyle R_{11}=\left.{\frac {V_{1}}{I_{1}}}\right|_{I_{2}=0}}(رهـ+Rهـ)(رπ+Rهـ){\displaystyle (r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} })\mathbin {\|} (r_{\pi }+R_{\mathrm {E} })}[ ملاحظة 2 ]
R22=V2أنا2|أنا1=0{\displaystyle R_{22}=\left.{\frac {V_{2}}{I_{2}}}\right|_{I_{1}=0}} (1+βRهـرπ+رهـ+2Rهـ)ريا+رπ+رهـ+Rهـرπ+رهـ+2RهـRهـ// {E} }}{r_{\pi}+r_{\mathrm {E}}+2R_{\mathrm {E} }}}R_{\mathrm {E} }}  (1+βRهـرπ+2Rهـ)ريا{\displaystyle \left(1+\beta {\frac {R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+2R_{\mathrm {E} }}}\right)r_{\mathrm {O} }} 
R12=V1أنا2|أنا1=0{\displaystyle R_{12}=\left.{\frac {V_{1}}{I_{2}}}\right|_{I_{1}=0}}Rهـرهـ+Rهـرπ+رهـ+2Rهـ{\displaystyle R_{\mathrm {E} {\frac {r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+r_{\mathrm {E} }+2R_{\mathrm {E} }}}}Rهـرهـ+Rهـرπ+2Rهـ{\displaystyle R_{\mathrm {E} }{\frac {r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+2R_{\mathrm {E} }}}}

يمكن ملاحظة التغذية الراجعة السالبة الناتجة عن المقاومات RE في هذه المعلمات. على سبيل المثال، عند استخدامها كحمل نشط في مضخم تفاضلي ، فإن I1−I2 ، مما يجعل معاوقة خرج المرآة تقريبًا

R22-R212βرياRهـرπ+2Rهـ{\displaystyle R_{22}-R_{21}\approx {\frac {2\beta r_{\mathrm {O} }R_{\mathrm {E} }}{r_{\pi }+2R_{\mathrm {E} }}}}

بالمقارنة مع r O فقط بدون تغذية راجعة (أي مع R E = 0  Ω). في الوقت نفسه، تكون المعاوقة على جانب المرجع للمرآة تقريبًا

R11-R12رπرπ+2Rهـ(رهـ+Rهـ)،{\displaystyle R_{11}-R_{12}\approx {\frac {r_{\pi }}{r_{\pi }+2R_{\mathrm {E} }}}(r_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {E} })،}

قيمة متوسطة فقط، لكنها لا تزال أكبر من r E بدون تغذية راجعة. في تطبيقات مكبرات الصوت التفاضلية، تزيد مقاومة الخرج الكبيرة من كسب وضع الفرق، وهو أمر جيد، بينما يُفضل أن تكون مقاومة دخل المرآة صغيرة لتجنب تأثير ميلر .

معلمات القبول ( معلمات y )

الشكل  5: مخطط ثنائي المنافذ مكافئ على شكل حرف Y يوضح المتغيرات المستقلة V1 و V2 . على الرغم من عرض المقاومات، يمكن استخدام الممانعات العامة بدلاً منها.
[أنا1أنا2]=[y11y12y21y22][V1V2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}I_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}y_{11}&y_{12}\\y_{21}&y_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}}

أين

y11=تعريفأنا1V1|V2=0y12=تعريفأنا1V2|V1=0y21=تعريفأنا2V1|V2=0y22=تعريفأنا2V2|V1=0\begin{aligned} y_{11}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{1}}{V_{1}}}\right|_{V_{2}=0}&y_{12}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{1}}{V_{2}}}\right|_{V_{1}=0}\\y_{21}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{2}}{V_{1}}}\right|_{V_{2}=0}&y_{22}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{2}}{V_{2}}}\right|_{V_{1}=0}\end{aligned}}}

جميع معاملات Y لها أبعاد السيمنز .

بالنسبة للشبكات التبادلية ، y 12 = y 21. بالنسبة للشبكات المتناظرة ، y 11 = y 22. أما بالنسبة للشبكات التبادلية عديمة الفقد، فإن جميع قيم y mn تكون تخيلية بحتة. [ 7 ]

المعاملات الهجينة ( معاملات h )

الشكل 6: دائرة  ثنائية المنافذ مكافئة لـ H تُظهر المتغيرات المستقلة I1 و V2 ؛ يتم عكس h22 لتكوين مقاومة
[V1أنا2]=[ح11ح12ح21ح22][أنا1V2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}h_{11}&h_{12}\\h_{21}&h_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}I_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}}

أين

ح11=تعريفV1أنا1|V2=0ح12=تعريفV1V2|أنا1=0ح21=تعريفأنا2أنا1|V2=0ح22=تعريفأنا2V2|أنا1=0{\displaystyle {\begin{aligned}h_{11}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{1}}{I_{1}}}\right|_{V_{2}=0}&h_{12}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right|_{I_{1}=0}\\h_{21}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{2}}{I_{1}}}\right|_{V_{2}=0}&h_{22}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{2}}{V_{2}}}\right|_{I_{1}=0}\end{aligned}}}

تُستخدم هذه الدائرة غالبًا عند الرغبة في استخدام مُضخِّم تيار عند الخرج. ويمكن استبدال المقاومات الموضحة في الرسم التخطيطي بمقاومات عامة.

المعاملات غير القطرية h عديمة الأبعاد ، بينما العناصر القطرية لها أبعاد معكوسة لبعضها البعض.

بالنسبة للشبكات التبادلية ، h 12 = – h 21. أما بالنسبة للشبكات المتناظرة، فإن h 11 h 22h 12 h 21 = 1. بالنسبة للشبكات التبادلية عديمة الفقد، فإن h 12 و h 21 أعداد حقيقية، بينما h 11 و h 22 أعداد تخيلية بحتة.

مثال: مكبر صوت ذو قاعدة مشتركة

الشكل  7: مكبر صوت ذو قاعدة مشتركة مع مصدر تيار متردد I 1 كمدخل إشارة وحمل غير محدد يدعم الجهد V 2 وتيار تابع I 2 .

ملاحظة: تُطابق الصيغ المُجدولة في الجدول 2 الدائرة المكافئة h للترانزستور من الشكل  6 مع نموذجه الهجين باي ذي الإشارة الصغيرة والتردد المنخفض في الشكل  7. الرموز: هي مقاومة قاعدة الترانزستور، وr₀ هي مقاومة الخرج، و gₘ هي ناقلية التحويل المتبادلة. تشير الإشارة السالبة لـ h₂₁ إلى أن I₁ وI₂ موجبان عند توجيههما إلى المنفذين . تعني القيمة غير الصفرية لـ h₁₂ أن جهد الخرج يؤثر على جهد الدخل، أي أن هذا المُضخِّم ثنائي الاتجاه . إذا كانت h₁₂ = 0 ، فإن المُضخِّم أحادي الاتجاه .

الجدول 2
تعبيرتقريب
ح21=أنا2أنا1|V2=0{\displaystyle h_{21}=\left.{\frac {I_{2}}{I_{1}}}\right|_{V_{2}=0}}-ββ+1ريا+رπريا+رπ{\displaystyle -{\frac {{\frac {\beta }{\beta +1}}r_{\mathrm {O} }+r_{\pi }}{r_{\mathrm {O} }+r_{\pi }}}}-ββ+1{\displaystyle -{\frac {\beta }{\beta +1}}}
ح11=V1أنا1|V2=0{\displaystyle h_{11}=\left.{\frac {V_{1}}{I_{1}}}\right|_{V_{2}=0}}رπريا{\displaystyle r_{\pi }\mathbin {\|} r_{\mathrm {O} }}رπ{\displaystyle r_{\pi }}
ح22=أنا2V2|أنا1=0{\displaystyle h_{22}=\left.{\frac {I_{2}}{V_{2}}}\right|_{I_{1}=0}}1(β+1)(ريا+رπ){\displaystyle {\frac {1}{(\beta +1)(r_{\mathrm {O} }+r_{\pi })}}}1(β+1)ريا{\displaystyle {\frac {1}{(\beta +1)r_{\mathrm {O} }}}}
ح12=V1V2|أنا1=0{\displaystyle h_{12}=\left.{\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right|_{I_{1}=0}}رπريا+رπ{\displaystyle {\frac {r_{\pi }}{r_{\mathrm {O} }+r_{\pi }}}}رπريا1{\displaystyle {\frac {r_{\pi }}{r_{\mathrm {O} }}}\ll 1}

تاريخ

كانت تُعرف معاملات h في البداية باسم معاملات التوصيل على التوالي والتوازي . وقد صاغ د. ألسبرغ مصطلح "المعاملات الهجينة " لوصف هذه المعاملات عام 1953 في كتابه "قياس الترانزستور". [ 8 ] وفي عام 1954، اعتمدت لجنة مشتركة من معهد مهندسي الراديو ( IRE) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (AIEE) مصطلح معاملات h ، وأوصت بأن تصبح هذه المعاملات الطريقة القياسية لاختبار الترانزستورات وتوصيفها، نظرًا لكونها "قابلة للتكيف بشكل خاص مع الخصائص الفيزيائية للترانزستورات". [ 9 ] وفي عام 1956، أصبحت التوصية معيارًا رسميًا؛ 56 IRE 28.S2. وبعد اندماج هاتين المنظمتين تحت اسم معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) ، أصبح المعيار Std 218-1956، وأُعيد تأكيده عام 1980، ولكنه سُحب لاحقًا. [ 10 ]

المعاملات الهجينة العكسية (معاملات g)

الشكل 8: دائرة  ثنائية المنافذ مكافئة لـ G تُظهر المتغيرات المستقلة V1 و I2 ؛ يتم عكس g11 لتكوين مقاومة
[أنا1V2]=[ز11ز12ز21ز22][V1أنا2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}I_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}g_{11}&g_{12}\\g_{21}&g_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}}

أين

ز11=تعريفأنا1V1|أنا2=0ز12=تعريفأنا1أنا2|V1=0ز21=تعريفV2V1|أنا2=0ز22=تعريفV2أنا2|V1=0{\displaystyle {\begin{aligned}g_{11}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{1}}{V_{1}}}\right|_{I_{2}=0}&g_{12}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{1}}{I_{2}}}\right|_{V_{1}=0}\\g_{21}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right|_{I_{2}=0}&g_{22}&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{I_{2}}}\right|_{V_{1}=0}\end{aligned}}}

غالبًا ما يتم اختيار هذه الدائرة عند الحاجة إلى مُضخِّم جهد عند الخرج. معاملات g غير القطرية عديمة الأبعاد، بينما أبعاد العناصر القطرية مقلوب بعضها البعض. يمكن أن تكون المقاومات الموضحة في الرسم التخطيطي معاوقات عامة.

مثال: مكبر صوت ذو قاعدة مشتركة

الشكل  9: مكبر صوت ذو قاعدة مشتركة مع مصدر جهد تيار متردد V 1 كمدخل إشارة وحمل غير محدد يوفر تيار I 2 عند جهد تابع V 2 .

ملاحظة: تُطابق الصيغ المُجدولة في الجدول 3 الدائرة المكافئة g للترانزستور من الشكل  8 مع نموذجه الهجين باي ذي الإشارة الصغيرة والتردد المنخفض في الشكل  9. الرموز: هي مقاومة قاعدة الترانزستور، وrO هي مقاومة الخرج، و gm هي ناقلية التحويل المتبادلة. تشير الإشارة السالبة لـ g12 إلى أن I1 وI2 موجبان عند توجيههما إلى المنفذين . تعني القيمة غير الصفرية لـ g12 أن تيار الخرج يؤثر على تيار الدخل، أي أن هذا المُضخِّم ثنائي الاتجاه . إذا كانت g12 = 0 ، فإن المُضخِّم أحادي الاتجاه .

الجدول 3
تعبيرتقريب
ز21=V2V1|أنا2=0{\displaystyle g_{21}=\left.{\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right|_{I_{2}=0}}رoرπ+زمريا+1{\displaystyle {\frac {r_{\mathrm {o} }}{r_{\pi }}}+g_{\mathrm {m} }r_{\mathrm {O} }+1}زمريا{\displaystyle g_{\mathrm {m} }r_{\mathrm {O} }}
ز11=أنا1V1|أنا2=0{\displaystyle g_{11}=\left.{\frac {I_{1}}{V_{1}}}\right|_{I_{2}=0}}1رπ{\displaystyle {\frac {1}{r_{\pi }}}}1رπ{\displaystyle {\frac {1}{r_{\pi }}}}
ز22=V2أنا2|V1=0{\displaystyle g_{22}=\left.{\frac {V_{2}}{I_{2}}}\right|_{V_{1}=0}}ريا{\displaystyle r_{\mathrm {O} }}ريا{\displaystyle r_{\mathrm {O} }}
ز12=أنا1أنا2|V1=0{\displaystyle g_{12}=\left.{\frac {I_{1}}{I_{2}}}\right|_{V_{1}=0}}-β+1β{\displaystyle -{\frac {\beta +1}{\beta }}}-1{\displaystyle -1}

معلمات ABCD

تُعرف معاملات ABCD بأسماء مختلفة، منها معاملات السلسلة، ومعاملات التتالي، ومعاملات النقل. وقد وُجدت عدة تعريفات لمعاملات ABCD ، وأكثرها شيوعًا هو [ 11 ] [ 12 ].

[V1أنا1]=[أبجد][V2-أنا2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\I_{1}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{2}\\-I_{2}\end{bmatrix}}}

ملاحظة: اختار بعض المؤلفين عكس الاتجاه المشار إليه لـ I 2 وإلغاء الإشارة السالبة على I 2 .

أين

أ=تعريفV1V2|أنا2=0ب=تعريف-V1أنا2|V2=0ج=تعريفأنا1V2|أنا2=0د=تعريف-أنا1أنا2|V2=0{\displaystyle {\begin{aligned}A&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right|_{I_{2}=0}&B&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.-{\frac {V_{1}}{I_{2}}}\right|_{V_{2}=0}\\C&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {I_{1}}{V_{2}}}\right|_{I_{2}=0}&D&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.-{\frac {I_{1}}{I_{2}}}\right|_{V_{2}=0}\end{aligned}}}

بالنسبة للشبكات التبادلية، يكون ADBC = 1. أما بالنسبة للشبكات المتناظرة، فإن A = D. وبالنسبة للشبكات التبادلية عديمة الفقد، فإن A و D حقيقيان تمامًا بينما B و C تخيليان تمامًا. [ 6 ]

يُفضّل هذا التمثيل لأنه عند استخدام المعاملات لتمثيل سلسلة من منفذين، تُكتب المصفوفات بنفس ترتيب رسم مخطط الشبكة، أي من اليسار إلى اليمين. ومع ذلك، يُستخدم تعريف بديل أيضًا، [ 13 ]

[V2-أنا2]=[أبجد][V1أنا1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{2}\\-I_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A'&B'\\C'&D'\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{1}\\I_{1}\end{bmatrix}}}

أين

أ=تعريفV2V1|أنا1=0ب=تعريفV2أنا1|V1=0ج=تعريف-أنا2V1|أنا1=0د=تعريف-أنا2أنا1|V1=0{\displaystyle {\begin{aligned}A'&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right|_{I_{1}=0}&B'&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.{\frac {V_{2}}{I_{1}}}\right|_{V_{1}=0}\\C'&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.-{\frac {I_{2}}{V_{1}}}\right|_{I_{1}=0}&D'&\mathrel {\stackrel {\text{def}}{=}} \left.-{\frac {I_{2}}{I_{1}}}\right|_{V_{1}=0}\end{aligned}}}

تُستخدم الإشارة السالبة لـ -I² لجعل تيار الخرج لمرحلة متتالية (كما يظهر في المصفوفة) مساويًا لتيار الدخل للمرحلة التالية. وبدون الإشارة السالبة ، سيكون للتيارين اتجاهان متعاكسان، لأن الاتجاه الموجب للتيار، اصطلاحًا، يُعتبر هو التيار الداخل إلى المنفذ. وبالتالي، يمكن استبدال متجه مصفوفة جهد/تيار الدخل مباشرةً بمعادلة المصفوفة للمرحلة المتتالية السابقة لتكوين مصفوفة مُجمّعة A'B'C'D' .

يتم استخدام مصطلحات تمثيل معلمات ABCD كمصفوفة من العناصر المحددة a 11 وما إلى ذلك كما اعتمدها بعض المؤلفين [ 14 ] ومعلمات A'B'C'D' العكسية كمصفوفة من العناصر المحددة b 11 وما إلى ذلك هنا من أجل الاختصار وتجنب الخلط مع عناصر الدائرة.

[أ]=[أ11أ12أ21أ22]=[أبجد][ب]=[ب11ب12ب21ب22]=[أبجد]{\displaystyle {\begin{aligned}\left[\mathbf {a} \right]&={\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}\\a_{21}&a_{22}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\end{bmatrix}}\\\left[\mathbf {b} \right]&={\begin{bmatrix}b_{11}&b_{12}\\b_{21}&b_{22}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A'&B'\\C'&D'\end{bmatrix}}\end{aligned}}}

جدول معلمات الإرسال

يسرد الجدول أدناه معلمات ABCD و ABCD العكسية لبعض عناصر الشبكة البسيطة.

عنصر[ أ ] مصفوفة[ ب ] مصفوفةملاحظات
المعاوقة المتسلسلة[1Z01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&Z\\0&1\end{bmatrix}}}[1-Z01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&-Z\\0&1\end{bmatrix}}}Z ، المعاوقة
قبول التحويلة[10Y1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\Y&1\end{bmatrix}}}[10-Y1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\-Y&1\end{bmatrix}}}Y ، القبول
ملف حث متسلسل[1sل01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&sL\\0&1\end{bmatrix}}}[1-sل01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&-sL\\0&1\end{bmatrix}}}L ، الحث، s ، التردد الزاوي المركب
ملف حثي متوازي[101sل1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\{1 \over sL}&1\end{bmatrix}}}[10-1sل1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\-{\frac {1}{sL}}&1\end{bmatrix}}}L ، الحث، s ، التردد الزاوي المركب
مكثف متسلسل[11sج01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&{1 \over sC}\\0&1\end{bmatrix}}}[1-1sج01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&-{\frac {1}{sC}}\\0&1\end{bmatrix}}}C ، السعة، s ، التردد الزاوي المركب
مكثف تحويل[10sج1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\sC&1\end{bmatrix}}}[10-sج1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\-sC&1\end{bmatrix}}}C ، السعة، s ، التردد الزاوي المركب
خط نقل الطاقة[ضرب بالعصا(γل)Z0سينه(γل)1Z0سينه(γل)ضرب بالعصا(γل)]{\displaystyle {\begin{bmatrix}\cosh(\gamma l)&Z_{0}\sinh(\gamma l)\\{\frac {1}{Z_{0}}}\sinh(\gamma l)&\cosh(\gamma l)\end{bmatrix}}}[ضرب بالعصا(γل)-Z0سينه(γل)-1Z0سينه(γل)ضرب بالعصا(γل)]{\displaystyle {\begin{bmatrix}\cosh(\gamma l)&-Z_{0}\sinh(\gamma l)\\-{\frac {1}{Z_{0}}}\sinh \left(\gamma l\right)&\cosh(\gamma l)\end{bmatrix}}}[ 15 ]Z 0 ، المعاوقة المميزة γ ، ثابت الانتشار (γ=α+أناβ{\displaystyle \gamma =\alpha +i\beta }) l ، طول خط النقل ( م )
شبكة مطابقة المعاوقة

{ZSφZل}{\displaystyle \{Z_{S}\xrightarrow {\varphi } Z_{L}\}}[ 16 ]

1RSRل[(ZS¯هـجφ)ج(ZS¯Zل¯هـجφ)ج(هـجφ)(Zل¯هـجφ)]{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {R_{S}R_{L}}}}{\begin{bmatrix}\Re ({\bar {Z_{S}}}e^{j\varphi })&j\Im ({\bar {Z_{S}}}{\bar {Z_{L}}}e^{j\varphi })\\j\Im (e^{j\varphi })&\Re ({\bar {Z_{L}}}e^{j\varphi })\end{bmatrix}}}1RSRل[(Zل¯هـجφ)-ج(ZS¯Zل¯هـجφ)-ج(هـجφ)(ZS¯هـجφ)]{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {R_{S}R_{L}}}}{\begin{bmatrix}\Re ({\bar {Z_{L}}}e^{j\varphi })&-j\Im ({\bar {Z_{S}}}{\bar {Z_{L}}}e^{j\varphi })\\-j\Im (e^{j\varphi })&\Re ({\bar {Z_{S}}}e^{j\varphi })\end{bmatrix}}}ZS=RS+جXS{\displaystyle Z_{S}=R_{S}+jX_{S}}مقاومة المصدر

Zل=Rل+جXل{\displaystyle Z_{L}=R_{L}+jX_{L}}مقاومة الحمل φ{\displaystyle \varphi }، إزاحة الطور

(Z){\displaystyle \Re (Z)}جزء حقيقي منZ{\displaystyle Z}(Z){\displaystyle \Im (Z)}، جزء خيالي منZ{\displaystyle Z}

معاملات التشتت (معاملات S)

الشكل 17. مصطلحات الموجات المستخدمة في تعريف معامل S.

تُعرَّف جميع المعاملات السابقة بدلالة الفولتية والتيارات عند المنافذ. أما معاملات S فهي مختلفة، وتُعرَّف بدلالة الموجات الساقطة والمنعكسة عند المنافذ. تُستخدم معاملات S بشكل أساسي في نطاقات الترددات العالية جدًا (UHF) والميكروويف ، حيث يصعب قياس الفولتية والتيارات مباشرةً. في المقابل، يسهل قياس القدرة الساقطة والمنعكسة باستخدام الموصلات الاتجاهية . التعريف هو [ 17 ].

[ب1ب2]=[S11S12S21S22][أ1أ2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}b_{1}\\b_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}S_{11}&S_{12}\\S_{21}&S_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}a_{1}\\a_{2}\end{bmatrix}}}

حيث تمثل a <sub>k </sub> الموجات الساقطة، وتمثل b <sub> k</sub> الموجات المنعكسة عند المنفذ k . من المتعارف عليه تعريف a <sub> k</sub> و b <sub> k </sub> بدلالة الجذر التربيعي للقدرة. وبالتالي، توجد علاقة بينهما وبين جهد الموجة (انظر المقال الرئيسي لمزيد من التفاصيل). [ 18 ]

بالنسبة للشبكات التبادلية ، S12 = S21 . بالنسبة للشبكات المتناظرة ، S11 = S22 . بالنسبة للشبكات غير المتناظرة ، S11 = –S22 . [ 19 ] بالنسبة للشبكات التبادلية عديمة الفقد|S11|=|S22|{\displaystyle |S_{11}|=|S_{22}|}و|S11|2+|S12|2=1.{\displaystyle |S_{11}|^{2}+|S_{12}|^{2}=1.}[ 20 ]

معلمات نقل التشتت ( معلمات T )

تُعرَّف معاملات نقل التشتت، مثل معاملات التشتت، بدلالة الموجات الساقطة والمنعكسة. ويكمن الفرق في أن معاملات T تربط الموجات عند المنفذ 1 بالموجات عند المنفذ 2، بينما تربط معاملات S الموجات المنعكسة بالموجات الساقطة. وبهذا المعنى، تؤدي معاملات T الدور نفسه الذي تؤديه معاملات ABCD ، وتتيح حساب معاملات T للشبكات المتتالية عن طريق ضرب مصفوفات الشبكات المكونة لها. ويمكن تسمية معاملات T ، مثل معاملات ABCD ، بمعاملات النقل. والتعريف هو [ 17 ] [ 21 ].

[أ1ب1]=[تي11تي12تي21تي22][ب2أ2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}a_{1}\\b_{1}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}T_{11}&T_{12}\\T_{21}&T_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}b_{2}\\a_{2}\end{bmatrix}}}

لا يمكن قياس معاملات T مباشرةً بسهولة مثل معاملات S. ومع ذلك، يمكن تحويل معاملات S بسهولة إلى معاملات T ، انظر المقال الرئيسي لمزيد من التفاصيل. [ 22 ]

مجموعات من الشبكات ثنائية المنافذ

عند توصيل شبكتين أو أكثر من الشبكات ثنائية المنافذ، يمكن إيجاد معلمات المنافذ للشبكة المدمجة بإجراء عمليات جبرية على مصفوفات معلمات المنافذ المكونة لها. ويمكن تبسيط هذه العمليات بشكل كبير باختيار معلمات مناسبة للمنافذ تتوافق مع شكل توصيلها. على سبيل المثال، تُعد معلمات z الأنسب للمنافذ الموصولة على التوالي.

يجب تطبيق قواعد الدمج بحذر. فبعض التوصيلات (عند ربط جهود مختلفة) تؤدي إلى إبطال شرط المنفذ، وبالتالي لا تنطبق قاعدة الدمج. يمكن استخدام اختبار برون للتحقق من جواز الدمج. ويمكن التغلب على هذه الصعوبة بوضع محولات مثالية بنسبة 1:1 على مخارج المنفذين المعنيين. لا يُغير هذا من خصائص المنفذين، ولكنه يضمن استمرار استيفائهما لشرط المنفذ عند توصيلهما. يوضح الشكلان 11 و12 أدناه مثالًا على هذه المشكلة في توصيلات التوالي. [ 23 ]

توصيل متسلسل-متسلسل

الشكل 10. شبكتان ثنائيتان المنافذ مع منافذ إدخال متصلة على التوالي ومنافذ إخراج متصلة على التوالي.

عند توصيل منفذين في تكوين توالي-توالي كما هو موضح في الشكل 10، فإن أفضل اختيار لمعاملات المنفذين هو معاملات z . يتم إيجاد معاملات z للشبكة المدمجة عن طريق جمع مصفوفات معاملات z الفردية . [ 24 ] [ 25 ]

[z]=[z]1+[z]2{\displaystyle [\mathbf {z} ]=[\mathbf {z} ]_{1}+[\mathbf {z} ]_{2}}
الشكل 11. مثال على توصيل غير صحيح لمنفذين. تم تجاوز المقاومة R1 للمنفذ السفلي عن طريق دائرة قصر.
الشكل 12. استخدام المحولات المثالية لاستعادة حالة المنفذ للشبكات المترابطة.

كما ذُكر أعلاه، توجد بعض الشبكات التي لا تخضع لهذا التحليل بشكل مباشر. [ 23 ] مثال بسيط على ذلك هو شبكة ثنائية المنافذ تتكون من شبكة L من المقاومتين R1 و R2 . معاملات z لهذه الشبكة هي:

[z]1=[R1+R2R2R2R2]{\displaystyle [\mathbf {z} ]_{1}={\begin{bmatrix}R_{1}+R_{2}&R_{2}\\R_{2}&R_{2}\end{bmatrix}}}

يوضح الشكل 11 شبكتين متطابقتين متصلتين على التوالي. إجمالي معلمات z المتوقعة من خلال جمع المصفوفات هي؛

[z]=[z]1+[z]2=2[z]1=[2R1+2R22R22R22R2]{\displaystyle [\mathbf {z} ]=[\mathbf {z} ]_{1}+[\mathbf {z} ]_{2}=2[\mathbf {z} ]_{1}={\begin{bmatrix}2R_{1}+2R_{2}&2R_{2}\\2R_{2}&2R_{2}\end{bmatrix}}}

ومع ذلك، يُظهر التحليل المباشر للدائرة المدمجة أن،

[z]=[R1+2R22R22R22R2]{\displaystyle [\mathbf {z} ]={\begin{bmatrix}R_{1}+2R_{2}&2R_{2}\\2R_{2}&2R_{2}\end{bmatrix}}}

يُفسَّر هذا التباين بملاحظة أن المقاومة R1 في الدائرة الثنائية السفلية قد تم تجاوزها بواسطة دائرة قصر بين طرفي منفذي الإخراج. ينتج عن ذلك عدم مرور تيار عبر أحد طرفي كل منفذ من منافذ الإدخال في الشبكتين المنفصلتين. وبالتالي، يختل شرط المنفذ لكلا منفذي الإدخال في الشبكتين الأصليتين، حيث لا يزال التيار قادرًا على التدفق إلى الطرف الآخر. يمكن حل هذه المشكلة بإدخال محول مثالي في منفذ الإخراج لإحدى الشبكتين الثنائيتين على الأقل. مع أن هذا النهج شائع في الكتب الدراسية لعرض نظرية الدوائر الثنائية، إلا أن جدوى استخدام المحولات عمليًا مسألة تُحدد لكل تصميم على حدة.

توصيل متوازٍ

الشكل 13. شبكتان ثنائيتان المنافذ مع منافذ إدخال متصلة بالتوازي ومنافذ إخراج متصلة بالتوازي.

عند توصيل منفذين بتكوين متوازٍ-متوازٍ كما هو موضح في الشكل 13، فإن أفضل اختيار لمعاملات المنفذين هو معاملات y . يتم إيجاد معاملات y للشبكة المدمجة عن طريق جمع مصفوفات معاملات y الفردية . [ 26 ]

[y]=[y]1+[y]2{\displaystyle [\mathbf {y} ]=[\mathbf {y} ]_{1}+[\mathbf {y} ]_{2}}

التوصيل على التوالي والتوازي

الشكل 14. شبكتان ثنائيتان المنافذ مع منافذ إدخال متصلة على التوالي ومنافذ إخراج متصلة على التوازي.

عند توصيل منفذين في تكوين توالي-توازي كما هو موضح في الشكل 14، فإن أفضل اختيار لمعاملات المنفذين هو معاملات h . يتم إيجاد معاملات h للشبكة المدمجة عن طريق جمع مصفوفات معاملات h الفردية . [ 27 ]

[ح]=[ح]1+[ح]2{\displaystyle [\mathbf {h} ]=[\mathbf {h} ]_{1}+[\mathbf {h} ]_{2}}

التوصيل المتوازي والمتسلسل

الشكل 15. شبكتان ثنائيتان المنافذ مع منافذ إدخال متصلة بالتوازي ومنافذ إخراج متصلة على التوالي.

عند توصيل منفذين في تكوين متوازي-متسلسل كما هو موضح في الشكل 15، فإن أفضل خيار لمعاملات المنفذين هو معاملات g . يتم إيجاد معاملات g للشبكة المدمجة عن طريق جمع مصفوفات معاملات g الفردية .

[ز]=[ز]1+[ز]2{\displaystyle [\mathbf {g} ]=[\mathbf {g} ]_{1}+[\mathbf {g} ]_{2}}

اتصال متتالي

الشكل 16. شبكتان ثنائيتا المنافذ، حيث يتصل منفذ الإخراج للشبكة الأولى بمنفذ الإدخال للشبكة الثانية.

عند توصيل منفذين، بحيث يكون منفذ الإخراج للأول متصلاً بمنفذ الإدخال للثاني (توصيل متتالي) كما هو موضح في الشكل 16، فإن أفضل اختيار لمعاملات المنفذين هو معاملات ABCD . يتم إيجاد معاملات a للشبكة المدمجة عن طريق ضرب مصفوفات معاملات a الفردية . [ 28 ]

[أ]=[أ]1[أ]2{\displaystyle [\mathbf {a} ]=[\mathbf {a} ]_{1}\cdot [\mathbf {a} ]_{2}}

يمكن دمج سلسلة من n منفذين عن طريق ضرب المصفوفات n . ولدمج سلسلة من المصفوفات ذات المعاملات b ، يتم ضربها مرة أخرى، ولكن يجب إجراء عملية الضرب بترتيب عكسي، بحيث؛

[ب]=[ب]2[ب]1{\displaystyle [\mathbf {b} ]=[\mathbf {b} ]_{2}\cdot [\mathbf {b} ]_{1}}

مثال

لنفترض أن لدينا شبكة ثنائية المنافذ تتكون من مقاومة متسلسلة R متبوعة بمكثف متوازي C. يمكننا نمذجة الشبكة بأكملها على أنها سلسلة من شبكتين أبسط:

[ب]1=[1-R01][ب]2=[10-sج1]{\displaystyle {\begin{aligned}[][\mathbf {b} ]_{1}&={\begin{bmatrix}1&-R\\0&1\end{bmatrix}}\\\lbrack \mathbf {b} \rbrack _{2}&={\begin{bmatrix}1&0\\-sC&1\end{bmatrix}}\end{aligned}}}

إن مصفوفة النقل للشبكة بأكملها [ b ] هي ببساطة حاصل ضرب مصفوفات النقل لعنصري الشبكة:

[ب]=[ب]2[ب]1=[10-sج1][1-R01]=[1-R-sج1+sجR]{\displaystyle {\begin{aligned}[]\lbrack \mathbf {b} \rbrack &=\lbrack \mathbf {b} \rbrack _{2}\cdot \lbrack \mathbf {b} \rbrack _{1}\\&={\begin{bmatrix}1&0\\-sC&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}1&-R\\0&1\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}1&-R\\-sC&1+sCR\end{bmatrix}}\end{aligned}}}

هكذا:

[V2-أنا2]=[1-R-sج1+sجR][V1أنا1]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{2}\\-I_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&-R\\-sC&1+sCR\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{1}\\I_{1}\end{bmatrix}}}

ترابط المعايير

[ z ][ y ][ ح ][ ز ][ أ ][ ب ]
[ z ][z11z12z21z22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}z_{11}&z_{12}\\z_{21}&z_{22}\end{bmatrix}}}1Δ[y][y22-y12-y21y11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[y]} }}{\begin{bmatrix}y_{22}&-y_{12}\\-y_{21}&y_{11}\end{bmatrix}}}1ح22[Δ[ح]ح12-ح211]{\displaystyle {\frac {1}{h_{22}}}{\begin{bmatrix}\Delta \mathbf {[h]} &h_{12}\\-h_{21}&1\end{bmatrix}}}1ز11[1-ز12ز21Δ[ز]]{\displaystyle {\frac {1}{g_{11}}}{\begin{bmatrix}1&-g_{12}\\g_{21}&\Delta \mathbf {[g]} \end{bmatrix}}}1أ21[أ11Δ[أ]1أ22]{\displaystyle {\frac {1}{a_{21}}}{\begin{bmatrix}a_{11}&\Delta \mathbf {[a]} \\1&a_{22}\end{bmatrix}}}1ب21[-ب22-1-Δ[ب]-ب11]{\displaystyle {\frac {1}{b_{21}}}{\begin{bmatrix}-b_{22}&-1\\-\Delta \mathbf {[b]} &-b_{11}\end{bmatrix}}}
[ y ]1Δ[z][z22-z12-z21z11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[z]} }}{\begin{bmatrix}z_{22}&-z_{12}\\-z_{21}&z_{11}\end{bmatrix}}}[y11y12y21y22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}y_{11}&y_{12}\\y_{21}&y_{22}\end{bmatrix}}}1ح11[1-ح12ح21Δ[ح]]{\displaystyle {\frac {1}{h_{11}}}{\begin{bmatrix}1&-h_{12}\\h_{21}&\Delta \mathbf {[h]} \end{bmatrix}}}1ز22[Δ[ز]ز12-ز211]{\displaystyle {\frac {1}{g_{22}}}{\begin{bmatrix}\Delta \mathbf {[g]} &g_{12}\\-g_{21}&1\end{bmatrix}}}1أ12[أ22-Δ[أ]-1أ11]{\displaystyle {\frac {1}{a_{12}}}{\begin{bmatrix}a_{22}&-\Delta \mathbf {[a]} \\-1&a_{11}\end{bmatrix}}}1ب12[-ب111Δ[ب]-ب22]{\displaystyle {\frac {1}{b_{12}}}{\begin{bmatrix}-b_{11}&1\\\Delta \mathbf {[b]} &-b_{22}\end{bmatrix}}}
[ ح ]1z22[Δ[z]z12-z211]{\displaystyle {\frac {1}{z_{22}}}{\begin{bmatrix}\Delta \mathbf {[z]} &z_{12}\\-z_{21}&1\end{bmatrix}}}1y11[1-y12y21Δ[y]]{\displaystyle {\frac {1}{y_{11}}}{\begin{bmatrix}1&-y_{12}\\y_{21}&\Delta \mathbf {[y]} \end{bmatrix}}}[ح11ح12ح21ح22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}h_{11}&h_{12}\\h_{21}&h_{22}\end{bmatrix}}}1Δ[ز][ز22-ز12-ز21ز11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[g]} }}{\begin{bmatrix}g_{22}&-g_{12}\\-g_{21}&g_{11}\end{bmatrix}}}1أ22[أ12Δ[أ]-1أ21]{\displaystyle {\frac {1}{a_{22}}}{\begin{bmatrix}a_{12}&\Delta \mathbf {[a]} \\-1&a_{21}\end{bmatrix}}}1ب11[-ب121-Δ[ب]-ب21]{\displaystyle {\frac {1}{b_{11}}}{\begin{bmatrix}-b_{12}&1\\-\Delta \mathbf {[b]} &-b_{21}\end{bmatrix}}}
[ ز ]1z11[1-z12z21Δ[z]]{\displaystyle {\frac {1}{z_{11}}}{\begin{bmatrix}1&-z_{12}\\z_{21}&\Delta \mathbf {[z]} \end{bmatrix}}}1y22[Δ[y]y12-y211]{\displaystyle {\frac {1}{y_{22}}}{\begin{bmatrix}\Delta \mathbf {[y]} &y_{12}\\-y_{21}&1\end{bmatrix}}}1Δ[ح][ح22-ح12-ح21ح11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[h]} }}{\begin{bmatrix}h_{22}&-h_{12}\\-h_{21}&h_{11}\end{bmatrix}}}[ز11ز12ز21ز22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}g_{11}&g_{12}\\g_{21}&g_{22}\end{bmatrix}}}1أ11[أ21-Δ[أ]1أ12]{\displaystyle {\frac {1}{a_{11}}}{\begin{bmatrix}a_{21}&-\Delta \mathbf {[a]} \\1&a_{12}\end{bmatrix}}}1ب22[-ب21-1Δ[ب]-ب12]{\displaystyle {\frac {1}{b_{22}}}{\begin{bmatrix}-b_{21}&-1\\\Delta \mathbf {[b]} &-b_{12}\end{bmatrix}}}
[ أ ]1z21[z11Δ[z]1z22]{\displaystyle {\frac {1}{z_{21}}}{\begin{bmatrix}z_{11}&\Delta \mathbf {[z]} \\1&z_{22}\end{bmatrix}}}1y21[-y22-1-Δ[y]-y11]{\displaystyle {\frac {1}{y_{21}}}{\begin{bmatrix}-y_{22}&-1\\-\Delta \mathbf {[y]} &-y_{11}\end{bmatrix}}}1ح21[-Δ[ح]-ح11-ح22-1]{\displaystyle {\frac {1}{h_{21}}}{\begin{bmatrix}-\Delta \mathbf {[h]} &-h_{11}\\-h_{22}&-1\end{bmatrix}}}1ز21[1ز22ز11Δ[ز]]{\displaystyle {\frac {1}{g_{21}}}{\begin{bmatrix}1&g_{22}\\g_{11}&\Delta \mathbf {[g]} \end{bmatrix}}}[أ11أ12أ21أ22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}\\a_{21}&a_{22}\end{bmatrix}}}1Δ[ب][ب22-ب12-ب21ب11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[b]} }}{\begin{bmatrix}b_{22}&-b_{12}\\-b_{21}&b_{11}\end{bmatrix}}}
[ ب ]1z12[z22-Δ[z]-1z11]{\displaystyle {\frac {1}{z_{12}}}{\begin{bmatrix}z_{22}&-\Delta \mathbf {[z]} \\-1&z_{11}\end{bmatrix}}}1y12[-y111Δ[y]-y22]{\displaystyle {\frac {1}{y_{12}}}{\begin{bmatrix}-y_{11}&1\\\Delta \mathbf {[y]} &-y_{22}\end{bmatrix}}}1ح12[1-ح11-ح22Δ[ح]]{\displaystyle {\frac {1}{h_{12}}}{\begin{bmatrix}1&-h_{11}\\-h_{22}&\Delta \mathbf {[h]} \end{bmatrix}}}1ز12[-Δ[ز]ز22ز11-1]{\displaystyle {\frac {1}{g_{12}}}{\begin{bmatrix}-\Delta \mathbf {[g]} &g_{22}\\g_{11}&-1\end{bmatrix}}}1Δ[أ][أ22-أ12-أ21أ11]{\displaystyle {\frac {1}{\Delta \mathbf {[a]} }}{\begin{bmatrix}a_{22}&-a_{12}\\-a_{21}&a_{11}\end{bmatrix}}}[ب11ب12ب21ب22]{\displaystyle {\begin{bmatrix}b_{11}&b_{12}\\b_{21}&b_{22}\end{bmatrix}}}

حيث Δ [ x ] هو محدد [ x ] .

توجد علاقة بسيطة للغاية بين بعض أزواج المصفوفات. فمعاملات السماحية هي معكوس مصفوفة معاملات المعاوقة، ومعكوس المعاملات الهجينة هو معكوس مصفوفة المعاملات الهجينة، والشكل [ ب ] لمعاملات ABCD هو معكوس مصفوفة الشكل [ أ ] . أي،

[y]=[z]-1[ز]=[ح]-1[ب]=[أ]-1{\displaystyle {\begin{aligned}\left[\mathbf {y} \right]&=[\mathbf {z} ]^{-1}\\\left[\mathbf {g} \right]&=[\mathbf {h} ]^{-1}\\\left[\mathbf {b} \right]&=[\mathbf {a} ]^{-1}\end{aligned}}}

الشبكات التي تحتوي على أكثر من منفذين

على الرغم من شيوع الشبكات ثنائية المنافذ (مثل المضخمات والمرشحات)، إلا أن الشبكات الكهربائية الأخرى، كالموصلات الاتجاهية والموزعات، تحتوي على أكثر من منفذين. وتنطبق التمثيلات التالية أيضًا على الشبكات ذات عدد المنافذ غير المحدد:

على سبيل المثال، تؤدي معلمات المعاوقة ثلاثية المنافذ إلى العلاقة التالية:

[V1V2V3]=[Z11Z12Z13Z21Z22Z23Z31Z32Z33][أنا1أنا2أنا3]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\V_{2}\\V_{3}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}Z_{11}&Z_{12}&Z_{13}\\Z_{21}&Z_{22}&Z_{23}\\Z_{31}&Z_{32}&Z_{33}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}I_{1}\\I_{2}\\I_{3}\end{bmatrix}}}

ومع ذلك، فإن التمثيلات التالية تقتصر بالضرورة على الأجهزة ذات المنفذين:

  • المعاملات الهجينة ( h )
  • معاملات الهجين العكسي ( g )
  • معلمات النقل ( ABCD )
  • معلمات نقل التشتت ( T )

دمج منفذين في منفذ واحد

تحتوي الشبكة ثنائية المنافذ على أربعة متغيرات، اثنان منها مستقلان. إذا تم توصيل أحد المنافذ بحمل دون وجود مصادر مستقلة، فإن الحمل يفرض علاقة بين الجهد والتيار في ذلك المنفذ، مما يؤدي إلى فقدان درجة من الحرية. تصبح الدائرة الآن ذات متغير مستقل واحد فقط، وتتحول الشبكة ثنائية المنافذ إلى مقاومة أحادية المنفذ للمتغير المستقل المتبقي.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك معلمات المعاوقة

[V1V2]=[z11z12z21z22][أنا1أنا2]{\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}z_{11}&z_{12}\\z_{21}&z_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}I_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}}

يؤدي توصيل الحمل Z L بالمنفذ 2 إلى إضافة القيد فعلياً.

V2=-Zلأنا2{\displaystyle V_{2}=-Z_{\mathrm {L} }I_{2}\,}

الإشارة السالبة ناتجة عن توجيه الاتجاه الموجب لـ I 2 نحو المنفذين بدلاً من الحمل. تصبح المعادلات الموسعة كما يلي:

V1=Z11أنا1+Z12أنا2-Zلأنا2=Z21أنا1+Z22أنا2{\displaystyle {\begin{aligned}V_{1}&=Z_{11}I_{1}+Z_{12}I_{2}\\-Z_{\mathrm {L} }I_{2}&=Z_{21}I_{1}+Z_{22}I_{2}\end{aligned}}}

يمكن حل المعادلة الثانية بسهولة لإيجاد قيمة I 2 كدالة لـ I 1، ويمكن استبدال I 2 في المعادلة الأولى بهذا التعبير، مما يجعل V 1V 2 و I 2 ) دوالًا لـ I 1.

أنا2=-Z21Zل+Z22أنا1V1=Z11أنا1-Z12Z21Zل+Z22أنا1=(Z11-Z12Z21Zل+Z22)أنا1=Zفيأنا1{\displaystyle {\begin{aligned}I_{2}&=-{\frac {Z_{21}}{Z_{\mathrm {L} }+Z_{22}}}I_{1}\\[3pt]V_{1}&=Z_{11}I_{1}-{\frac {Z_{12}Z_{21}}{Z_{\mathrm {L} }+Z_{22}}}I_{1}\\[2pt]&=\left(Z_{11}-{\frac {Z_{12}Z_{21}}{Z_{\mathrm {L} }+Z_{22}}}\right)I_{1}=Z_{\text{in}}I_{1}\end{aligned}}}

لذا، في الواقع، يرى I 1 مقاومة دخل Z في وقد تم اختزال تأثير المنفذين على دائرة الإدخال بشكل فعال إلى منفذ واحد؛ أي مقاومة طرفية بسيطة.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. تعمل مقاومات ساق الباعث على معادلة أي زيادة في التيار عن طريق تقليل جهد الترانزستور V <sub>BE</sub> . أي أن المقاومات R<sub> E</sub> تُسبب تغذية راجعة سالبة تُعاكس تغير التيار. على وجه الخصوص، أي تغير في جهد الخرج ينتج عنه تغير أقل في التيار مقارنةً بعدم وجود هذه التغذية الراجعة، مما يعني زيادة مقاومة خرج المرآة.
  2. يشير الخط العمودي المزدوج إلىتوصيل المقاومات على التوازي :R1R2=1/(1/R1+1/R2){\displaystyle R_{1}\mathbin {\|} R_{2}=1/(1/R_{1}+1/R_{2})}.

مراجع

  1. غراي، §3.2، ص 172
  2. ياغر، §10.5 §13.5 §13.8
  3. جاسبر ج. غودبلود. "التبادلية وقياسات التوافق الكهرومغناطيسي" (ملف PDF) . EMCS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2014 .
  4. نهفي، ص 311.
  5. ^ ماتائي وآخرون، ص 70 72.
  6. 1 2 ماثاي وآخرون، ص. 27.
  7. 1 2 ماثاي وآخرون، ص. 29.
  8. 56 IRE 28.S2، ص 1543
  9. ^ تقرير لجنة AIEE-IRE، ص. 725
  10. معيار IEEE 218-1956
  11. ماثاي وآخرون، ص 26.
  12. غوش، ص 353.
  13. ^ أ. تشاكرابارتي، ص. 581، ردمك 81-7700-000-4شركة دانبات راي وشركاه المحدودة.
  14. فاراغو، ص 102.
  15. كلايتون، ص 271.
  16. سينها، راكيش (ديسمبر 2022). "التصميم بمساعدة الحاسوب لشبكات المطابقة متعددة الأقسام مع إزاحة الطور المطلوبة" . معاملات IEEE في الدوائر والأنظمة II: ملخصات سريعة . 69 (12): 5074-5078 . doi : 10.1109/TCSII.2022.3201114 . ISSN 1558-3791 . 
  17. 1 2 فاسيلسكا وجودنيك، ص. 137
  18. إيغان، الصفحات 11-12
  19. كارلين، ص 304
  20. ماثاي وآخرون، ص 44.
  21. إيغان، الصفحات 12-15
  22. إيغان، الصفحات 13-14
  23. 1 2 فاراغو، ص 122-127.
  24. غوش، ص 371.
  25. فاراغو، ص 128.
  26. غوش، ص 372.
  27. غوش، ص 373.
  28. فاراغو، ص 128-134.

فهرس

  • كارلين، إتش جيه، وسيفاليري، بي بي، تصميم الدوائر واسعة النطاق ، مطبعة سي آر سي، 1998. رقم ISBN 0-8493-7897-4.
  • ويليام إف. إيغان، تصميم أنظمة الترددات اللاسلكية العملية ، وايلي-IEEE، 2003، رقم ISBN 0-471-20023-9.
  • Farago, PS, An Introduction to Linear Network Analysis , The English Universities Press Ltd, 1961.
  • غراي، بي آر؛ هيرست، بي جيه؛ لويس، إس إتش؛ ماير، آر جي (2001). تحليل وتصميم الدوائر المتكاملة التناظرية (الطبعة الرابعة  ). نيويورك: وايلي. ISBN 0-471-32168-0.
  • غوش، سماراجيت، نظرية الشبكات: التحليل والتركيب ، برنتيس هول الهند، رقم ISBN 81-203-2638-5.
  • جايجر، آر سي؛ بلالوك، تي إن (2006). تصميم الدوائر الإلكترونية الدقيقة (  الطبعة الثالثة). بوسطن: ماكجرو هيل . ISBN 978-0-07-319163-8.
  • ماثاي، يونغ، جونز، مرشحات الميكروويف، شبكات مطابقة المعاوقة، وهياكل الاقتران ، ماكجرو هيل، 1964.
  • محمود نهفي، جوزيف إدمينستر، ملخص شوم لنظرية ومسائل الدوائر الكهربائية ، ماكجرو هيل بروفيشنال، 2002، رقم ISBN 0-07-139307-2.
  • دراجيكا فاسيلسكا ، ستيفن مارشال جودنيك، الإلكترونيات الحاسوبية ، دار نشر مورغان وكلايبول، 2006، رقم ISBN 1-59829-056-8.
  • كلايتون ر. بول، تحليل خطوط النقل متعددة الموصلات ، جون وايلي وأولاده، 2008، رقم ISBN 04701315439780470131541.

تاريخ معاملات h