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F行列 電気回路の縦続接続を扱うのに便利、電気回路以外でも広く利用されている I1 V1 I1 I2 A B C D 二端子対回路の入出力電圧、電流の関係を V2 I2 電流 I2 の向きに注意 ! V1 AV 2 BI 2 I 1 CV 2 DI 2 V1 A I1 C B V 2 DI2 F行列、 K行列、伝送行列、縦続行列などと呼ぶ 相反回路なら AD BC 1 A, B, C, Dを、Fパラメータ、四端子定数などと呼ぶ V A 1 V2 I2 0 出力端開放時の電圧帰還率(電圧増幅率の逆数) V B 1 I 2 V2 0 出力端短絡時の伝達インピーダンス I C 1 V2 I2 0 出力端開放時の伝達アドミタンス I D 1 I 2 V2 0 出力端短絡時の電流帰還率(電流増幅率の逆数) F行列の求め方 例題9.8 I1 V1 I2 Z A C I1 V2 B 1 1 D Z Z 0 1 V2 B 1 D 0 Aは、I2 = 0 (出力端開放)時の V1 / V2 V B 1 I 2 V2 0 Bは、V2 = 0 (出力端短絡)時の V1 / I2 I C 1 V2 I2 0 Cは、I2 = 0 (出力端開放)時の I1 / V2 I D 1 I 2 V2 0 Dは、V2 = 0 (出力端短絡)時の I1 / I2 A=1 B=0 C = 1/Z D=1 I2 V1 A C V A 1 V2 I2 0 Z 1 V A 1 1 V2 I2 0 V B 1 Z I 2 V2 0 I C 1 0 V2 I2 0 I D 1 1 I 2 V2 0 F行列の縦続接続 I1’ V1’ I2 ’ I1” A’ B’ C’ D’ I1’ V2’ I2 ’ V1 ' A ' I1 ' C ' V1’ I1’ A” B” C” D” I1” B ' V 2 ' D ' I 2 ' V1 ' A ' I1 ' C ' I1’ V1” I2” V 2 ' V1 " I 2 ' I1" B ' A" D ' C " V2” I2” V1 " A " I1" C " B " V 2 " D " I 2 " B " V 2 " D " I 2 " I2” A B C D V 2” I2” V1 ' A I1 ' C B V 2 " D I 2 " 縦続接続された回路における F行列は、個々の回路のF行 列の積で表される 縦続接続によるF行列の求め方 例題9.9 下の回路のF行列を求めよ Z1 3つの二端子対回路の縦続接続と考える Z1 Z2 Z2 Z3 A C A C Z3 1 0 B D B 1 D 0 1 Z1 1 1 Z 3 例題9.10 下の回路のF行列を求めよ 0 1 1 0 Z1 1 Z1 1 Z2 Z3 1 1 Z 3 0 1 1 0 Z2 1 Z 1Z 2 Z3 Z2 1 Z3 Z1 Z 2 3つの二端子対回路の縦続接続と考える Z12 Z13 1 1 Z 3 Z12 Z23 Z13 Z23 入出力を逆にした場合 1 I1 V1 I2 2 A B C D V2 1’ I1 I2 2’ 2 I2’ I1’ 1 V2 D B C A 2’ I2’ V1 A I1 C B V 2 DI2 V 2 A I 2 C B D 1:n V 2 V 2 D I 2 ' I 2 C V1 I1’ 1’ V1 I1 V2 I2 B V1 A I1 B V1 V1 A I 1 I 1 ' 入力と出力を逆にすると、F行列の A と D が入れ替わる 入力と出力を逆にすると、 V1 I2 V1 1 D I C 1 相反回路なら 1 理想変成(圧)器のF行列 I1 1 1 V2 , I 1 nI 2 1 V 1 n I 1 0 0 V 2 I n 2 n I1 n:1 I2 V1 I1 V2 I2 n K 0 0 1 n 理想変圧器が含まれるF行列 A' 例題9.11 下の回路のF行列 K を求めよ。ただし、 K ' C' B' とする。 D' 1:n 1:n K’ K’ A' C' A' K C' B' D' 1 n 0 1 B' n D' 0 0 n A' 0 n C' n n nB' nD' 1 K n 0 0 A' C' n A' B' n D' nC' B' n nD' 一般的に、縦続接続の順序を入れ替えても、同じF行列にはならない 一般の変圧器に対するF行列 I1 V1 M L1 I2 L2 入力と出力の電圧、電流を図のようにとると、 V2 もし、このように 表示すると Zm Zp Zs V1 j L1 I 1 j MI 2 p.94 式(6.22) V 2 j MI 1 j L 2 I 2 V 1 j L1 V 2 j M j M I1 j L 2 I 2 変圧器に対するZ行列 Z p Z Z m Zm Zs とも書ける Y行列は、Z行列の逆行列を計算すれば求められる F行列は、次に述べるZ行列とF行列との関係式を用いれば求められる 演習問題(9・5) Z行列、Y行列との関係 Z行列との関係 I1 A B C D V1 V1 z 11 V 2 z 21 I2 I1 V2 上式を、V1=, I1=の式に書き直すと、 電流 I2 の向きに注意 ! V1 F行列の定義では、 I 1 CV 2 DI I1 2 2 A z 11 B , z 11 z 21 1 z 21 y 22 y 21 V2 z 11 z 22 z 12 z 21 z 21 z 22 z 21 , B C 1 , D z 21 z 22 z 21 I 1 y 11V1 y 12 V 2 y 12 V1 y 22 V 2 , I2 I2 z 21 I 1 y 11 I 2 y 21 A V2 z 11 z 22 z 12 z 21 z 21 Y行列との関係 V 2 z 21 I 1 z 22 I 2 I2 の向きがZ行列の定義では反対 I2 V1 AV 2 BI V1 z 11 I 1 z 12 I 2 z 12 I 1 z 22 I 2 I 2 y 21V1 y 22 V 2 1 y 21 , C y 11 y 22 y12 y 21 y 21 , D y11 y 21 諸行列間の関係 y 11 Y y 21 y 12 1 z 22 y 22 Z z 21 z 12 1 D z 11 B 1 K A z 11 Z z 21 z 12 1 y 22 z 22 Y y 21 y 12 1 A y 11 C 1 K D A K C B 1 D y 21 y 22 Y 1 1 z 11 y 11 z 21 1 Z z 22 ここで、 Z z 11 z 22 z 12 z 21 Y y 11 y 22 y 12 y 21 K AD BC 出席レポート問題 (11/24) 以下の二端子対回路に対するZ行列とY行列を求めよ。ただし、Kの四端子定 数の値は既知であり、A, B, C, Dである。 n:1 K ヒント: まず、全体のF行列を求めて、諸行列間の関係から求めると簡単 ※ 次回の講義(12/1)前までに私のメールボックスに投函か、講義に持参のこと インピーダンスp型回路⇔T型回路間での変換 Z12 Z1 Z31 Z23 Z3 p形回路 Z 12 Z 23 Z 31 Z 1Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 1 Z3 Z 1Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 1 Z1 Z 1Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 1 Z2 Z2 T形回路 Z1 Z2 Z3 Z 31 Z 12 Z 12 Z 23 Z 31 Z 12 Z 23 Z 12 Z 23 Z 31 Z 23 Z 31 Z 12 Z 23 Z 31 ※ 上記の関係式の導出を、本日の出席レポートとします。 来週の講義(12/8)前までに私のメールボックスに投函か、講義に持参のこと アドミタンスp型回路⇔T型回路での変換 Y12 Y31 Y1 Y23 Y3 p形回路 Y12 Y 23 Y 31 Y1Y 2 Y1 Y 2 Y 3 Y 2Y3 Y1 Y 2 Y 3 Y 3Y1 Y1 Y 2 Y 3 Y2 T形回路 Y1 Y2 Y3 Y12 Y 23 Y 23 Y31 Y31Y12 Y 23 Y12 Y 23 Y 23 Y31 Y 31Y12 Y31 Y12 Y 23 Y 23 Y 31 Y 31Y12 Y12 -Y変換 1 2 1 2 Z12 Z1 Z31 Z2 Z23 Z3 等価 3 3 形回路 1 Y形回路 2 Z12 Z31 1 Z23 3 Z2 2 Z3 3 p形回路 Z1 3 3 T形回路 演習問題 (9.4) Z行列を求める Z4 Z1 Z4 Z2 Z1 Z3 Z3 Z4 Z1 →Y変換 Z2 Z3 Z2 Za Zc Zb Z3 演習問題 Za Zc →Y変換より Zb Za Zb Z3 Zc T形回路のZ行列 (教科書p.183 例 題9.6)より Z a Z b Z 3 Z Zb Z3 Z 1Z 4 Z1 Z 2 Z 4 Z 1Z 2 Z1 Z 2 Z 4 Z 2Z 4 Z1 Z 2 Z 4 Zb Z3 Zc Zb Z3 Z 1Z 4 Z 1Z 2 Z Z Z Z3 2 4 1 Z 1Z 2 Z3 Z 1 Z 2 Z 4 Z3 Z1 Z 2 Z 4 Z 2 Z 4 Z 1Z 2 Z3 Z1 Z 2 Z 4 Z 1Z 2 演習問題 (9.4) Y行列を求める Y4-1 Y1-1 Y4-1 Y2-1 Y1-1 Y2-1 Y3-1 Y3-1 Y4-1 Y4-1 -1 -1 Y1 Y→変換 Ya-1 Y2 Y3-1 Yb-1 Yc-1 演習問題 Y→変換より Y4-1 Ya Y1Y 2 Y1 Y 2 Y3 Ya-1 Yb -1 Yb Yc-1 Yc p形回路のY行列 (教科書p.178 例 題9.2)より Y 4 Y a Y b Y (Y 4 Y a ) Y 3Y1 Y1 Y 2 Y 3 Y 2Y3 Y1 Y 2 Y 3 (Y 4 Y a ) Y4 Yc Ya Y1Y 2 Y 3Y1 Y Y Y Y4 2 3 1 Y1Y 2 Y4 Y1 Y 2 Y 3 Y1Y 2 Y1 Y 2 Y 3 Y 2 Y 3 Y1Y 2 Y4 Y4 Y1 Y 2 Y 3 基本2端子対回路のパラメータ (Z表示) [Z] Z 存在しない (p.182 10行目) Z Z Z Z Z (p.182 式9.25) Z1 Z2 Z1 0 0 Z2 [Y] 1 Z 1 Z 1 Z 1 Z (p.178 例題9.1) 存在しない (p.178 図9.6) 1 Z 1 0 0 1 Z 2 1:n 存在しない 存在しない [K] 1 0 Z 1 (p.186 例題9.8 式9.41) 1 1 Z 0 1 (p.186 例題9.8) 存在しない (p.185 図9.19) 1 n 0 0 n 基本2端子対回路のパラメータ (Z表示) [Z] Z1 Z1 Z 2 Z2 Z2 [Y] Z2 Z2 Z2 Z1 Z1 Z1 Z1 Z3 Z2 Z1 Z 2 Z1 Z 2 Z2 Z1 Z2 Z3 Z2 (p.183 例題9.6) Z2 Z1 Z3 Z1(Z 2 Z 3 ) Z Z 1Z 3 Z Z (Z1 Z 2 )Z 3 Z Z 1Z 3 Z Z1 Z 2 Z 3 1 Z 1 1 Z 1 [K] 1 Z1 1 1 Z 1 Z 2 1 1 Z Z2 1 1 Z 2 1 Z2 1 Z 2 Z2 Z3 Z Z2 Z Z2 Z Z1 Z 2 Z Z Z 1Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 1 1 1 Z Z2 1 1 Z 2 1 Z2 1 1 Z 2 Z 3 Z1 1 Z2 1 Z 2 1 1 Z1 Z1 1 Z2 Z 1 2 Z1 (p.187 例題9.9 式9.43) Z Z1 1 Z Z 2 2 Z 1 1 3 Z Z 2 2 Z Z 1Z 2 Z 2 Z 3 Z 3 Z 1 (p.187 例題9.10 式9.44) Z2 1 Z2 Z3 Z2 Z 1 Z 1 Z 3 Z 1 Z Z1 Z 2 Z 3 基本2端子対回路のパラメータ (Y表示) [Z] Y 存在しない (p.182 10行目) Y Y1 Y2 1 Y 1 Y 1 Y 1 Y 1 Y 1 0 0 1 Y 2 [Y] Y Y Y Y (p.178 例題9.1) 存在しない (p.178 図9.6) Y1 0 0 Y2 1 0 1 Y 1 (p.186 例題9.8) 1 Y 0 1 (p.186 例題9.8 式9.40) 存在しない (p.185 図9.19) 1:n 存在しない [K] 存在しない 1 n 0 0 n 基本2端子対回路のパラメータ (Y表示) [Z] 1 1 Y Y2 1 1 Y 2 Y1 Y2 1 Y 1 1 Y1 Y2 Y1 Y1 Y3 Y2 Y2 Y1 Y3 [Y] 1 Y2 1 Y 2 Y1 1 1 Y1 Y 2 1 1 Y Y2 1 1 Y 2 Y 2 Y3 Y Y2 Y Y1 Y1 [K] Y1 Y1 Y 2 1 Y2 1 1 Y 2 Y 3 1 Y Y1 Y 2 Y Y1 Y 2 Y2 Y1 (Y 2 Y 3 ) Y YY 1 3 Y Y2 Y2 Y1Y 3 Y (Y1 Y 2 )Y 3 Y Y Y1 Y 2 Y3 Y2 Y Y1Y 2 Y 2 Y 3 Y 3Y1 Y1 Y 2 Y2 Y2 Y 2 Y3 (p.178 例題9.2) Y2 1 Y1 Y2 1 Y 1 1 Y1 1 Y2 Y1 1 Y 2 1 Y2 Y 1 Y1 Y1Y 3 Y2 Y 1 2 Y 3 Y Y1 Y 2 Y3 Y3 1 Y2 Y Y 2 Y2 Y1 1 Y 2 Y Y1Y 2 Y 2 Y 3 Y 3Y1 1 基本2端子対回路のパラメータ [Z] Z1 Z1 Z 2 2 Z Z 1 2 2 Z1 Z 2 Z1 2 Z1 Z 2 2 [K] Z1 Z 2 2Z Z 1 2 Z1 Z 2 2 Z 1 Z 2 Z1 Z 2 2 Z 1Z 2 Z1 Z 2 2 Z 1 Z 2 Z1 Z 2 Z Z 1 2 2 Z 2 Z 1 Y1 Y 2 2 Y Y 1 2 2 Y 2 Y1 2 Y1 Y 2 2 Y1 Y 2 Y Y 2 1 2 Y1Y 2 Y1 Y 2 2 Z 1Z 2 Z 2 Z1 Z1 Z 2 Z 2 Z 1 (p.183 例題9.7 式9.29) Y1 Y1 Y 2 2Y Y 1 2 Y1 Y 2 2 Y1Y 2 Y1 (p.183 例題9.7 式9.29) Y1 Y 2 2 Y1Y 2 Y1 Y 2 2 Y1Y 2 M L1 [Y] L2 j L1 j M j M j L 2 Y1 Y 2 Y1 Y 2 Y1 Y 2 2 (p.179 例題9.3 式9.13) L2 Z M Z M Z L1 Z L1 M 1 j M Z j ( L1 L 2 M ) 2 Z M L2 M Z j ( L1 L 2 M ) 2