42183

ИССЛЕДОВАНИЕ СИММЕТРИЧНОГО ЛИНЕЙНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Лабораторная работа

Физика

Исследование линейного симметричного пассивного четырехполюсника при переменной нагрузке.Определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А В С. Определение характеристического сопротивления и коэффициента передачи симметричного четырехполюсника.

Русский

2013-10-27

195 KB

25 чел.

PAGE  9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №.8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ  СИММЕТРИЧНОГО ЛИНЕЙНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Цель работы:

1. Исследование линейного симметричного пассивного четырехполюсника, при переменной нагрузке.

2.Определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А, В, С. 

3. Определение характеристического сопротивления и коэффициента передачи симметричного четырехполюсника.

Общие  теоретические  сведения

Общие сведения о четырехполюсниках даны в лабораторной работе №8.1.Здесь же отметим только особенности симметричного четырехполюсника.

В симметричном четырехполюснике коэффициенты A и D равны между собой. Поэтому у симметричного четырехполюсника при перемене местами источника энергии и приемника значения входных и выходных напряжений и токов не меняются. В симметричном четырехполюснике существуют соотношения:

                                     (8.2.1)

A2 -B·C=1.              (8.2.2)

Коэффициент A  – безразмерный, коэффициент B имеет размерность сопротивления (Ом), а коэффициент C – размерность проводимости (Ом-1=См).

Если источник и приемник энергии поменять местами, т.е. принять зажимы 2-2’ как входные, а 1-1’ как выходные, то уравнения четырехполюсника имеют вид:

    (8.2.3)

Экспериментальное определение коэффициентов четырехполюсника.

Для симметричного четырехполюсника необходимо проделать лишь два опыта при питании его со стороны первичных зажимов: опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. Постоянные симметричного четырехполюсника  определятся из опыта по формулам:

.    (8.2.4)

Здесь - входное сопротивление четырехполюсника со стороны первичных выводов в режиме холостого хода;

- входное сопротивление четырехполюсника со стороны первичных выводов в режиме короткого замыкания.

Следует отметить, что на практике опыт короткого замыкания проводят при питании четырехполюсника от источника пониженного напряжения. Это позволяет избежать больших токов и значительно уменьшить мощность источника питания. В данной лабораторной работе опыт короткого замыкания проводится при том же напряжении, что и при опыте холостого хода.

Схемы замещения пассивного четырехполюсника. Любой четырехполюсник можно представить в виде  схемы замещения - простейшего четырехполюсника, содержащего три ветви (рис. 8.2.1). Эти три ветви могут быть соединены звездой (Т-образная схема) или треугольником (П-образная схема). Схема замещения должна обладать теми же коэффициентами A, B, C, какими обладает заменяемый ее четырехполюсник. Исходя из этого и рассчитывают сопротивления в схеме замещения. Например, для Т-образной схемы замещения:

    (8.2.5)

                                                                (8.2.6)

Для П-образной схемы:

                   (8.2.7)

     .                                                         (8.2.8)

Рис.8.2.1. Канонические схемы пассивных четырехполюсников: Т-образная (а) и П-образная (б).

Характеристические параметры четырехполюсника. В технике электросвязи часто применяют симметричные четырехполюсники и такое согласование нагрузки , при котором сопротивление между входными зажимами также равно сопротивлению нагрузки , т.е.

                          (8.2.9)

Сопротивление  в этом случае называют характеристическим сопротивлением. Для нахождения величины характеристического сопротивления преобразуем уравнение (8.2.9):

        (8.2.10)

Чтобы получить равенство (8.2.9), необходимо, чтобы в уравнении (8.2.10) выполнялось соотношение:

,    т.е  .      или   

Отсюда  характеристическое сопротивление симметричного четырехполюсника будет равно:          (8.2.11)

Рис.8.2.2 Зависимость модулей коэффициентов передачи напряжения и тока от относительной величины сопротивления нагрузки для конкретных значений параметров схемы четырехполюсника. Фаза сопротивления Z2 остается постоянной.

Уравнение (8.2.9) для случая  можно записать в виде:

                     (8.2.12)

Если  то соотношение  (8.2.12)  выполняться не будет. Отношение напряжения на входе четырехполюсника к напряжению на его выходе  называют коэффициентом передачи напряжения, а отношение тока на входе к току на выходе  – коэффициентом передачи тока.  

На рис.8.2.2  показано, как изменяются модули коэффициентов передачи напряжения и тока в зависимости от относительной величины сопротивления нагрузки для конкретных значений параметров схемы четырехполюсника.  При   коэффициенты передачи у симметричного четырехполюсника будут равны:

  .  (8.2.13)

Здесь      (8.2.14)

- постоянная передачи четырехполюсника,

      (8.2.15)

- коэффициент затухания, измеряемый в неперах (Нп),

 - коэффициент фазы, измеряемый в радианах или в градусах .

На практике коэффициент затухания измеряется в децибелах (дБ) в соответствии с формулой: . Напомним, что постоянная передачи справедлива только для согласованной нагрузки.

Порядок выполнения работы

Электронная модель для исследования симметричного пассивного четырехполюсника приведена на рис.8.2.3.

Рис.8.2.3. Вид активного окна лабораторной работы № 8.2. Электронная модель для исследования симметричного четырехполюсника.

1.Провести опыт холостого хода при питании четырехполюсника со стороны первичных зажимов 1-11 (переключатель П в положении «хх», активизирована опция Включение четырехполюсника -прямое).).  Показания приборов записать в  табл.8.2.1. По результатам опыта рассчитать входное сопротивление  в режиме холостого хода.

Формулы для расчетов:

Знак угла  j10  определяется включением сначала добавочного конденсатора емкостью в несколько мкФ, а затем включением дополнительной катушки с большим индуктивным сопротивлением. Если  j10 ≤ 0, то включение добавочного конденсатора вызывает увеличение тока  I10. Если  j10 > 0, то включение добавочного конденсатора вызывает уменьшение тока. При включении добавочной катушки индуктивности наблюдается обратное явление, т. е. при j10 ≤ 0 наблюдается уменьшение тока.

         Таблица 8.2.1

Режим

цепи

Измерено

            Вычислено

Прямой

ХХ

U10

I10

P10

U20

I20

Z10

В

А

Вт

В

А

Ом

Ом

  1.  Провести опыт короткого замыкания при питании четырехполюсника со стороны входных зажимов 1-11 (переключатель П в положение «кз», активизирована опция Включение четырехполюсника -прямое). Показания приборов записать в таблицу 82.2.

Формулы для расчетов:

;       ;       .

         Таблица 8.2.2

Режим

цепи

Измерено

         Вычислено

Прямое

КЗ

U

I

P

U

I

Z

В

А

Вт

В

А

Ом

Ом

Поменять местами входные и выходные зажимы четырехполюсника и убедиться, что значения входных и выходных токов и напряжений не меняются.

3. Пользуясь формулами (8.2.4), (8.2.11) и (8.2.14) рассчитать коэффициенты четырехполюсника в форме «А»: А, B и C, а также волновое сопротивление ZС и коэффициент передачи . Результаты расчета записать в табл.8.2.3.

         Таблица 8.2.3

A

B

C

    __

Ом

См

Ом

__

4. Включить на выход четырехполюсника сопротивление нагрузки, равное волновому сопротивлению ZС и исследовать работу четырехполюсника в режиме согласованной нагрузки. Данные измерений записать в табл.8.2.4. По данным табл.8.2.4 для  рассчитать коэффициент затухания  и сравнить его со значением, полученным в табл.8.2.3. Изменяя величину сопротивления нагрузки от значения 0,25ZC  до значения 1,75ZC через 0,25Z C, записать в табл.8.2.4 измеренные значения напряжений и токов. Фазовый угол нагрузки остается постоянным.

5. По данным табл.8.2.4 построить на одном графике зависимости  и .

Таблица 8.2.4

Сопротивление нагрузки

                 Измерено

      Вычислено

Z2

U1

U2

I1

I2

KU=U1/U2

KI=I1/I2

Ом

В

В

А

А

__

__

Примечание: Коэффициент затухания α рассчитывается только для согласованной нагрузки.

8. Для одного из пунктов табл.8.2.4 рассчитать U2 и I2, пользуясь формулами:

,

9. Пользуясь формулами (8.2.6)  определить параметры Т-образной схемы замещения.

10 Проверить результаты вычислений сопротивлений  и , вызвав в меню опцию «Проверка полученных результатов».

11. Сделать вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

2. Какие четырехполюсники называются симметричными?

3. Как записываются основные уравнения симметричного четырехполюсника?

4. Какая связь существует между коэффициентами симметричного четырехполюсника?

5. Как определить коэффициенты симметричного четырехполюсника из опытов холостого хода и короткого замыкания?

6. Как определяются параметры Т-образного симметричного четырехполюсника через его коэффициенты?

7. Что такое характеристическое  сопротивление и коэффициент передачи симметричного четырехполюсника?

8. Какая связь существует между характеристическими параметрами симметричного четырехполюсника и его коэффициентами?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75742. Электромагнитное излучение. Негативное воздействие на организм человека 20.25 KB
  Биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастот: длины волны частоты колебаний интенсивности и режима излучения непрерывный прерывистый импульсно модулированный продолжительности и характера облучения организма постоянное интермиттирующее...
75743. Защита от электромагнитного излучения. Эффективность защиты 18.88 KB
  Эффективность защиты. Средства и методы защиты от ЭМП делятся на три группы: организационные инженерно-технические и лечебно-профилактические. В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется специальная одежда выполненная из металлизированной ткани и защитные очки. Средства защиты от электрического поля частотой 50 Гц: стационарные экранирующие устройства козырьки навесы перегородки; переносные передвижные экранирующие средства защиты инвентарные навесы палатки перегородки щиты зонты экраны...
75744. Виды производственного освещения. Виды естественного освещения. Понятие к.е.о. Расчет площади световых проемов и количества окон 21.74 KB
  Виды производственного освещения. Виды естественного освещения. В зависимости от источника света производственное освещение может быть: естественным создаваемым солнечными лучами и диффузным светом небосвода; искусственным его создают электрические лампы; смешанным которое является совокупностью естественного и искусственного освещения. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним площадях.
75745. Виды искусственного освещения, источников искусственного освещения. Методы расчета.расчет искусственной освещенности по коэффициенту использования светового потока 20.13 KB
  В осветительных установках предназначенных для освещения предприятий в качестве источников света широко используются газоразрядные лампы и лампы накаливания. К основным характеристикам источников света относятся: номинальное напряжение В; электрическая мощность
75746. Действие электрического тока на организм человека. Скрытая опасность поражения. Внешнее (местное) поражение, электрический удар (внутреннее поражение). Факторы, от которых зависит степень поражения 19.76 KB
  Действие электрического тока на организм человека. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов то есть напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи. Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. При термическом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока.
75747. Физиологическое воздействие электрического тока на организм человека и его последствия. Сопротивление организма человека прохождению электрического тока 18.05 KB
  Сопротивление организма человека прохождению электрического тока. Проходя через тело ток действует двояко: во-первых встречая сопротивление тканей он превращается в тепло которое тем больше чем больше сопротивление. Наиболее велико сопротивление кожи вследствие чего возникают её ожоги от незначительных местных изменений до тяжёлых ожогов вплоть до обугливания отдельных участков тела; во-вторых ток приводит мышцы в частности дыхательные и сердечные в состояние длительного сокращения что может вызвать остановку дыхания и прекращение...
75748. Условия поражения человека электрическим током 14.92 KB
  Условия поражения человека электрическим током Возникновение электро-травмы в результате воздействия электрического тока и электрической дуги может быть связано: с однофазным однополюсным прикосновением не изолированного от земли основания человека к неизолированным токоведущим частям электроустановок находящихся под напряжением...
75749. Защитные мероприятия от поражения людей электрическим током 18.15 KB
  Электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроустановок; техническими способами и средствами защиты; организационными и техническими мероприятиями. Технические способы и средства защиты. Для обеспечения электробезопасности применяют отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические средства и способы: защитное заземление; зануление; выравнивание потенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сетей; защитное отключение; изоляцию токоведущих частей рабочая дополнительная усиленная двойная; компенсацию токов...
75750. Виды производственных помещений по степени опасности поражения людей электрическим током 14.95 KB
  Виды производственных помещений по степени опасности поражения людей электрическим током. Определяют в отношении опасности поражения людей электрическим током следующие классы помещений: Помещения без повышенной опасности в которых отсутствуют условия создающие повышенную или особую опасность. Особо опасные помещения характеризующиеся наличием одного из следующих условий создающих особую опасность: особой сырости; химически активной или органической среды; одновременно двух или более условий повышенной опасности. В отношении...