Основное оборудование

3.1 Лабораторная установка NI ELVIS II.

3.2 Персональный компьютер с программой виртуальных приборов «NI ELVISmx Instrument Launcher».

3.3 Модульная плата с радиоэлементами.

 

Подготовка к работе

4.1 Повторите понятие четырехполюсника.

4.2 Повторите формы уравнений четырехполюсников.

4.3 Повторите методику определения и расчета первичных параметров четырехполюсников.

4.4 Повторите методы соединения составных четырехполюсников и методы определения их первичных параметров.

4.5 Повторите правила работы с лабораторной установкой NI ELVIS II.

4.6 Повторите порядок работы с программой виртуальных приборов «NI ELVISmx Instrument Launcher»

4.7 Повторите методику измерения АЧХ и ФЧХ с использованием лабораторной установкой NI ELVIS II.

4.8 Выполните расчетную часть.

4.8.1 В качестве расчетной части вставьте решение задачи из практической работы №15, 16, 17 «Расчет первичных параметров простых четырехполюсников» методических указаний по выполнению практических работ [2.2]. Результаты расчетов ведите в таблицу 6.4 в строку «Рассчетные».

 

Рисунок 6.1 - Схема исследуемых четырехполюсников

А) – П-образной структуры; б) – Т – образной структуры.

 

Таблица 6.1 – Соответствие варианта и типа четырехполюсника

Вариант
Структура 4-х полюсника	П	Т	П	Т	П	Т	П	Т

 

4.9 Ответьте на вопросы по допуску к работе.

4.9.1Что такое четырехполюсник?

4.9.2 Какие виды четырехполюсников бывают?

4.9.3 Какие формы уравнений четырехполюсников бывают?

4.9.4 Какие первичные параметры четырехполюсников обозначаются: А₁₁, Z₁₂, Y₂₁, B₂₂.?

4.9.5 Какие режимы работы четырехполюсников используются для определения их первичных параметров? Дайте определение этим режимам.

4.9.6 Что такое составной четырехполюсник?

4.9.7 Как могут соединяться простые четырехполюсники в составной?

4.9.8 Как определяются первичные параметры составных четырехполюсников, при разных видах соединения?

4.9.9 Что такое характеристическое сопротивление четырехполюсника? Для чего оно определяется?

 

Задание

5.1 Пользуясь модульной платой соберите схему измерения входных сопротивлений z_1кз и z_1хх в соответствии со схемами, показанными на рисунке 6.2 или рисунке 6.3 согласно заданному варианту. В качестве вспомогательного используйте резистор с примерном сопротивлением 100Ом.

5.2 Запустите функциональный генератор. Установите на генераторе напряжение U=3В и частоту f=1кГц.

5.3 Запустите мультиметр. Настройте его на измерение переменного напряжения.

5.4 Измерьте входное напряжение на зажимах 1-1^’ и напряжение на вспомогательном резисторе, в режимах холостого хода и короткого замыкания на зажимах 2-2^’. Результаты измерения запишите в таблицу 6.2.

5.5 Откройте окно анализатора ФЧХ и измерьте значения сдвиги фаз между током и напряжением на входе четырехполюсника на заданной частоте при коротком замыкании и холостом ходе на выходе четырехполюсника. Полученные данные сведите в таблицу 6.2.

 

Рисунок 6.2 – Схема для измерения входных сопротивлений z_1кз и z_1хх П-образного четырехполюсника

 

Рисунок 6.3 – Схема для измерения входных сопротивлений z_1кз и z_1хх Т-образного четырехполюсника

 

Таблица 6.2 – Результаты измерений параметров четырехполюсника

	Uвх	UR	φ
f1	f1	f1
кз	хх	кз	хх	кз	хх
Зажимы 1-1’
Зажимы 2-2’

 

5.6 Соберите схему измерения входных сопротивлений z_2кз и z_2хх в соответствии со схемами, показанными на рисунках 6.4 и 6.5, согласно заданному варианту.

5.7 Повторите эксперименты из пунктов 5.4 – 5.5, только таблица 6.2 заполняется для зажимов 2-2’.

Рисунок 6.4 – Схема для измерения входных сопротивлений z_2кз и z_2хх П-образного четырехполюсника

Рисунок 6.5 – Схема для измерения входных сопротивлений z_2кз и z_2хх Т-образного четырехполюсника

 

5.8 На основании полученных данных, рассчитайте значения входных сопротивлений z_1кз, z_1хх, z_2кз, z_2хх. Рассчитанные данные свести в таблицу 6.3.

 

Таблица 6.3 – Рассчитанные значения сопротивлений для четырехполюсника

Z1кз	Z1хх	Z2кз	Z2хх

 

5.9 По полученным результатам, рассчитайте А – параметры и Y – параметры. Результаты сведите в таблицу 6.4.

 

Таблица 6.4 – Экспериментальные значения А и Y параметров четырехполюсников

	А – параметры	Y - параметры
А11	А12	А21	А22	Y11	Y12	Y21	Y22
Расчетные
Экспериментальные

 

5.10 На макетной плате соберите схемы для снятия АЧХ и ФЧХ четырехполюсника, показанные на рисунках 6.6 и 6.7, согласно заданному варианту.

 

Рисунок 6.6 - Схема для снятия АЧХ и ФЧХ П-образного четырехполюсника.

 

Рисунок 6.7 - Схема для снятия АЧХ и ФЧХ Т-образного четырехполюсника.

 

5.11 Пользуясь анализатором АЧХ и ФЧХ, снимите ФЧХ четырехполюсника, на частотах, указанных в таблице 6.5. Результаты измерений свести в таблицу 6.5.

5.12 Пользуясь функциональным генератором и вольтметром, снимите АЧХ четырехполюсника, на частотах, указанных в таблице 6.5. Результаты измерений свести в таблицу 6.5.

5.13 По результатам измерений постройте АЧХ и ФЧХ.

 

Таблица 6.5

f, Гц	Uвых, В	φ

 

Содержание отчета

6.1 Название и цель работы.

6.2 Расчеты согласно пункту 4.8.

6.3 Заполненные таблицы 6.2 – 6.5.

6.4. Расчеты по результатам измерений, согласно пунктам 5.8 и 5.9.

6.5. Графики АЧХ и ФЧХ четырехполюсника.

6.6 Схемы измерения, согласно пунктам 5.5, 5.7, 5.10.

6.7 Вывод по работе.

6.8 Ответы на вопросы по допуску к работе.

6.9 Ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

7.1 Для чего нужно вспомогательное сопротивление на рисунках 6.2 и 6.3?

7.2 Классифицируйте четырехполюсники, используемые в лабораторной работе.

7.3 Представьте четырехполюсники, показанные на рисунке 6.1, в виде составных четырехполюсников, состоящих из двух простых, соединенных каскадным методом. Укажите значение всех элементов полученной схемы.

 

Приложение

Представление электрической цепи в виде четырехполюсника позволяет описать и рассчитать основные характеристики, устанавливающие связь входа и выхода без детального рассмотрения процессов (токов и напряжений) на составляющих его элементах. Для этого достаточно определить параметры четырехполюсника. Четырехполюсник характеризуется напряжениями и токами на входе и выходе – U₁, U₂, I₁, I₂ (рисунок 6.8). Две из этих величин могут быть заданы независимо и считаются воздействиями, две другие тогда являются откликами.

 

 

Рисунок 6.8- Четырехполюсник

 

Связь между воздействиями и откликами устанавливается системой из двух уравнений. В зависимости от того, какая пара величин считается заданной, а какая искомой, возможны шесть вариантов таких систем уравнений. Так, например, если заданы напряжение и ток первой пары полюсов (зажимов) , , то искомыми являются напряжение и ток второй пары полюсов , . Для расчета необходимо использовать формулы 6.1.

 

,

. (6.1)

 

В матричной форме уравнения (6.1) записываются в виде:

 

. (6.2)

 

Если заданы токи и , а искомыми являются напряжения и , то приходим к уравнению 6.3:

 

. (6.3)

 

Элементы матриц и в уравнениях (6.2) и (6.3) являются комплексными и называются первичными параметрами четырехполюсника. Они определяются топологией и параметрами элементов четырехполюсника и связывают напряжения и токи на его зажимах в любом режиме работы. Первичные параметры, входящие в разные системы уравнений, однозначно пересчитываются одни в другие, например:

 

. (6.4)

 

Здесь - определитель матрицы . Формулы для расчета других первичных параметров четырехполюсников имеются в литературе.

Первичные параметры четырехполюсника можно определить расчетным или экспериментальным путем. Непосредственное экспериментальное определение первичных параметров оказывается достаточно сложным. В частном случае, для обратимых линейных четырехполюсников, проще измерить другие параметры, через которые первичные могут быть рассчитаны. Такими параметрами являются входные сопротивления «короткого замыкания» и «холостого хода» - сопротивления, определенные при коротком замыкании и размыкании противоположной пары плюсов (формулы 6.5):

. (6.5)

 

Теоретически первичные параметры четырехполюсника можно рассчитать, если известна его структура (схема и параметры элементов) по уравнениям (6.1) используя опыты холостого хода и короткого замыкания на его входе и выходе (полагая поочередно , , , ).

Через первичные параметры можно, в свою очередь, определить такие параметры четырехполюсника, как коэффициент передачи по току или напряжению и т.п.

При соединении четырехполюсников первичные параметры составного четырехполюсника выражаются через первичные параметры исходных. Так, при каскадном соединении четырехполюсников (рисунок 6.9), матрица А – параметров результирующего равняется произведению матриц А-параметров составляющих его четырехполюсников (формула 6.8).

При параллельном соединении – суммируются матрицы Y- параметров, а при последовательном – Z- параметров.

 

 

 

Рисунок 6.9-Составной четырехполюсник

 

 

. (6.6)

Список литература

Основная:

1. Астайкин А. И. Основы теории цепей: учеб. пособие для вузов: в 2т. / А. И. Астайкин, А. П. Помазков - М.: Академия, 2009.

2. Бакалов В. П. Основы теории цепей: учеб. для вузов / В. П. Бакалов, В. Ф. Дмитриков, Б. И. Крук.- 2-е изд., перераб. и доп.- М. Горячая линия, 2013., 596с.

 

Дополнительная:

1. Андреев, Р.Н. Теория электрической связи: курс лекций: учеб. пособие для вузов / Р.П. Краснов, М.Ю. Чепелев, Р.Н. Андреев — М.: Горячая линия – Телеком, 2014., - 230с. (сайт http://ibooks.ru).

2. Бычков Ю.А., Золотницкий В.М., Чернышев Э.П. Сборник задач и практикум по основам теории электрических цепей. Учебное пособие/ 2-е изд. — СПб.; Питер, 2007. — 300 с.: ил.

3. Евдакимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибо" ра. – М.: ДМК Пресс. – 400 с. (сайт http://ibooks.ru).

4. Новгородцев А. Расчет электрических цепей в Matlab. Учебный курс. – Спб.; Питер, 2004., - 250с.

5. Соболев, В.Н. Теория электрических цепей: учеб. пособие для вузов / В.Н. Соболев — М.: Горячая линия – Телеком, 2014., - 503с. (сайт http://ibooks.ru).

6. Фриск В. В., Логинов В. В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СОЛОН – ПРЕСС, 2008. – 608с.: ил. – (Серия «Библиотека студента») (сайт http://ibooks.ru).