1) Номер схемы четырехполюсника равен номеру варианта N. Схемы четырехполюсников приведены в табл. 10.
Таблица 10
N |
Схема четырехполюсника |
N |
Схема четырехполюсника |
||
Y- параметров |
Z-параметров |
Y- параметров |
Z-параметров |
||
1 |
13 |
||||
2 |
14 |
||||
3 |
15 |
||||
4 |
16 |
||||
5 |
17 |
||||
6 |
18 |
||||
7 |
19 |
||||
8 |
20 |
Продолжение таблицы 10
9 |
21 |
||||
10 |
22 |
||||
11 |
23 |
||||
12 |
24 |
Параметры элементов четырехполюсника даны в табл. 11.
Таблица 11
Задание |
L, Гн |
C, нФ |
R1, кОм |
R2, кОм |
Rс, кОм |
Rн, кОм |
1 |
3N |
N |
2N |
6N |
2N |
4N |
2 |
200N |
150N |
N |
6N |
N |
5N |
Примечание: задание 1 – для Y- параметров; задание 2 – для Z — параметров |
К четырехполюснику подключается источник гармонического напряжения и нагрузка (рис. 59). В табл. 11 указаны: Rс – сопротивление источника сигнала; Rн — сопротивление нагрузки четырехполюсника. Амплитуда напряжения источника Um выбирается самостоятельно в диапазоне от 1 мВ до 10 В (самостоятельно выбрать 5 — 7 точек).
Расчет провести на частоте: F = 200/N кГц – для Y- параметров;
F = 2/N кГц – для Z-параметров.
2) Используя методы короткого замыкания или холостого хода рассчитать по формулам Y и Z- параметры четырехполюсников.
При анализе удобно рассматривать четырехполюсник в виде «черного ящика», т.е. устройства с некоторой неизвестной внутренней структурой. Внутренняя структура будет проявляться через взаимосвязь входных и выходных токов и напряжений.
Заданы: входной I1 и выходной I2 токи четырехполюсника (рис. 59). Входные и выходные напряжения U1 и U2 четырехполюсника будут функциями этих токов:
.
Так как четырехполюсник линейный, то в силу принципа суперпозиции, функции, записанные в этих уравнениях, будут линейными:
,
где Z11, Z12, Z21, Z22 – сопротивления, определяемые внутреннюю структуру четырехполюсника, при наличии реактивных элементов эти сопротивления являются комплексными.
Данные уравнения называют уравнениями четырехполюсника с Z-параметрами.
Система уравнений может быть представлена в матричной форме
.
Заменяя на рис. 59 источники тока источниками напряжения и используя принцип суперпозиции, можно получить уравнения, связывающие токи и напряжения четырехполюсника
,
где Y11, Y12, Y21, Y22 – проводимости четырехполюсника.
Данные уравнения называют уравнениями четырехполюсника с Y-параметрами.
Из анализа уравнений четырехполюсника можно получить физический смысл параметров четырехполюсников (табл. 12)
Таблица 12
Z-параметры |
Значение |
Y-параметры |
Значение |
Входное сопротивление |
Входная проводимость при коротком замыкании на выходе |
||
Сопротивление обратной связи |
Проводимость обратной связи |
||
Сопротивление прямой передачи |
Сопротивление прямой передачи |
||
Выходное сопротивление при холостом ходе на выходе |
Выходная проводимость при коротком замыкании на выходе |
Z-параметры называют параметрами холостого хода, Y-параметры – параметрами короткого замыкания. Четырехполюсник используется в системах передачи сигналов. Для анализа прохождения сигналов через четырехполюсник вводятся функции четырехполюсника:
– Комплексный коэффициент передачи по напряжению
– Коэффициент передачи активной мощности
– Комплексный коэффициент передачи по току
– Комплексное входное сопротивление
– Комплексное выходное сопротивление
Используя данные параметры, рассчитать:
- комплексный коэффициент передачи;
входное и выходное сопротивления с учетом сопротивлений источника
- сигнала Rс и нагрузки Rн.
Для Z и Y-параметров четырехполюсников данные функции определены выражениями (табл. 13).
Таблица 13
Z-параметры |
Y-параметры |
Значение |
Комплексный коэффициент передачи |
||
Входная проводимость четырехполюсника |
||
Выходное сопротивление четырехполюсника |
3) Рассчитать комплексный коэффициент передачи четырехполюсника в широком диапазоне частот и проверить на заданной частоте результаты, полученные аналитически. Допускается погрешность не более 30 %. Построить амплитудно-частотные характеристики.
Включая на входе четырехполюсника последовательно с Rс амперметр и измеряя действующее значение входного тока, определить модуль комплексного входного сопротивления четырехполюсника. Построить зависимость величины входного сопротивления четырехполюсника от амплитуды входного напряжения.
Включая на выходе четырехполюсника последовательно с резистором Rн, амперметр и измеряя действующее значение выходного тока, определить модуль комплексного выходного сопротивления четырехполюсника. Построить соответствующие зависимости.
Эксперименты выполнить в Electronics Workbench.
Полученные экспериментальным путем данные в пояснительной записке РГЗ представить таблично.
Расчеты и построение характеристик реализовать в среде MATHCAD.