МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный институт электроники и математики (Технический университет)

Кафедра электроники и электротехники

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКАМ, ПЕРЕХОДНЫМ ПРОЦЕССАМ В ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И ЦЕПЯМ С РАСПРЕДЕЛЁННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Москва 2008

Составители: доцент Ю. А. Волонцевич, канд. техн. наук, проф. Ю. П. Башкиров, старший преподаватель Е. В. Дьяков, старший преподаватель Л. М. Самбурский.

УДК 621.3 М-82

Сборник лабораторных работ по четырёхполюсникам, переходным процессам в цепях с сосредоточенными параметрами и цепям с распределенными параметрами. Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост.: Ю. А. Волонцевич, Ю. П. Башкиров, Е. В. Дьяков, Л. М. Самбурский. —

М., 2008 — 34 с.

Сборник предназначен для лабораторных работ, выполняемых студентами 2 и 3 курсов МИЭМ по учебным дисциплинам «Теоретические основы электротехники», «Общая электроника» и «Электротехника и электроника».

Приведено описание лабораторного стенда, рабочее задание, а также порядок выполнения работ.

ISBN 978–5–94506–191–0

2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

1. Краткое содержание работы

Целью настоящей работы является экспериментальное определение параметров и коэффициента передачи по напряжению пассивных несимметричного и симметричного четырёхполюсников (части I и II) и их каскадного соединения (часть III)

2. Подготовка к работе

Прежде, чем начать подготовку к работе, необходимо изучить теоретический материал, используя учебную литературу. При подготовке к работе следует использовать данные, соответствующие выполняемому варианту (см. табл.).

1.Записать выражения для определения коэффициентов A , B , C , D несимметричного четырёхполюсника через сопротивления холостого хода

икороткого замыкания. Привести соотношение, связывающее сопротивления холостого хода и короткого замыкания.

2.Записать выражение для вычисления коэффициента передачи по напряжению Ku =U2 U1 несимметричного четырёхполюсника при заданном сопротивлении нагрузки и известных коэффициентах системы уравнений типа "А".

3.Нарисовать схему заданного симметричного четырёхполюсника. Рассчитать для этого четырёхполюсника коэффициенты системы уравнений типа "А" и вторичные параметры Zc и Г .

4.Получить выражения для коэффициентов системы уравнений типа "А" четырёхполюсника, эквивалентного каскадному соединению симметричного и несимметричного четырёхполюсников.

5.Подготовить бланк протокола для выполнения рабочего задания, который должен содержать схемы для проведения измерений по пунктам 1,4,5,7,8,9 задания и таблицы для записи опытных и расчётных данных. Одна из схем, для примера, приведена на рисунке.

3

ϕ

Все опыты, указанные в рабочем задании, рекомендуется производить при неизменном напряжении источника питания порядка 15—25В.

3. Описание установки

На панели переменного тока в правом нижнем углу расположен несимметричный четырёхполюсник.

Схема симметричного четырёхполюсника собирается из активных сопротивлений, смонтированных на панели (два сопротивления по 100 Ом

иодно 50 Ом).

Вработе используются генератор звуковой частоты, два вольтметра, электронный фазометр и магазин сопротивлений. Токи в цепи определяются путем измерения напряжения на сопротивлениях в 1 или 10 Ом, установленных на панели.

При включении измерительных приборов следует иметь в виду, что нижние входной и выходной зажимы несимметричного четырёхполюсника соединены между собой накоротко.

Работа выполняется на фиксированной частоте в диапазоне 2–3 кГц.

4. Рабочее задание

Часть I. Исследование несимметричного четырёхполюсника

1. Измерить входные сопротивления несимметричного четырёхполюсника в режимах холостого хода и короткого замыкания — Z1х , Z1к ,

Z2х , Z2к .

4

2.Проверить полученные результаты, вычислив по любым трем независимым сопротивлениям холостого хода и короткого замыкания четвертое — зависимое.

3.По измеренным сопротивлениям рассчитать коэффициенты четырёхполюсника в уравнениях типа "А".

4.Измерить напряжения на входе и выходе несимметричного четырёхполюсника и угол между ними в режима холостого хода. Вычислить по этим данным коэффициент "А", сравнить его значение с рассчитанным в предыдущем пункте и выбрать правильный знак при вычислении коэффициентов через сопротивления холостого хода и короткого замыкания.

5.Включить на выходе несимметричного четырёхполюсника задан-

ное активное сопротивление Rн и измерить коэффициент передачи по напряжению.

6.Рассчитать коэффициент передачи по выражению, полученному при подготовке к работе и сравнить с результатами эксперимента.

7.Результаты измерений и вычислений по пунктам 1, 4, 5 свести в таблицу. Провести сопоставление экспериментальных и расчётных данных.

Часть II. Исследование симметричного четырёхполюсника

8.Собрать схему симметричного четырёхполюсника, параметры которого были рассчитаны при подготовке к работе, и измерить входное сопротивление при согласованной нагрузке.

9.Измерить постоянную передачи четырёхполюсника Г . Сопоставить результаты эксперимента и расчёта.

Часть III. Исследование каскадного соединения четырёхполюсников

10.Собрать каскадное соединение симметричного и несимметричного четырёхполюсников. Измерить коэффициент "А" эквивалентного четырёхполюсника.

11.Сопоставить экспериментальное значение коэффициента «А» с расчётным, вычисленным по параметрам двух исходных четырёхполюсников.

5

Варианты параметров для предварительных расчётов и проведения лабораторной работы

6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАКТИВНЫХ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКОВ

1. Краткое содержание работы.

Целью работы: является исследование частотных характеристик электрических фильтров. В работе рассматриваются реактивные электрические низкочастотные или высокочастотные фильтры типа "К". Частотные характеристики собственного коэффициента затухания AC (f f0 ) и коэффициента фазы BC (f f0 ) полученные опытным путем для нескольких частот, сравниваются с соответствующими расчётными характеристиками, ( f0 — частота среза). Экспериментально снимается частотная зависимость ln (U2 U1 ) при несогласованной нагрузке и сравнивается с теоретической для ряда частот.

2. Подготовка к работе

Перед выполнением лабораторной работы изучить теоретический материал по реактивным фильтрам, используя учебную литературу. При подготовке к работе использовать данные, приведенные для соответствующего варианта в таблице 1 рабочего задания.

1. Нарисовать схему исследуемого фильтра и записать выражения, позволяющие по заданной граничной частоте f0 и параметру k рассчитать:

а. индуктивности катушек и ёмкости конденсаторов, образующих фильтр;

б. зависимость характеристического сопротивления от частоты,

т.е. Zc (f f0 ).

2. Рассчитать индуктивности катушек и ёмкости конденсаторов, образующих фильтр, и проверить, можно ли собрать рассчитанный фильтр из элементов, имеющихся на рабочей панели стенда (катушки можно соединять параллельно). Перечень индуктивных элементов приведен в описании установки.

7

3.Заготовить таблицы 1 и 2, образцы которых приведены в Прило-

жении.

4.Рассчитать частотную зависимость характеристического сопротивления Zc ( f f0 ) для полосы пропускания (5 – 7 точек в диапазоне час-

тот f f0 = 0,2…0,9 для фильтра НЧ и f f0 = 1,1…2,0 для фильтра ВЧ). Результаты расчёта занести в таблицу 1, заготовленную в п. 3 подготовки.

5.Нарисовать зависимости AC ( f f0 ) и BC ( f f0 ), соответствующие исследуемому в работе фильтру (пример данных характеристик приведен в Приложении).

6.Получить для исследуемого фильтра выражение для расчёта ко-

эффициента передачи по напряжению Ku = U2 U1 при ZН = k = LC (в несогласованном режиме работы).

7.Рассчитать, используя выражение, полученное в п. 6 подготовки,

значение Ku при ZН = k для 5 частот: 0,5 f0 , 0,75 f0 , 1,0 f0 , 1,25 f0 , 1,5 f0 .

Результаты расчёта занести в таблицу 2, заготовленную в п. 3 подготовки.

8.Построить рассчитанные в п.п. 4 и 7 подготовки к работе зависи-

9. Подготовить протокол лабораторной работы, который должен содержать:

а. схемы измерений исследуемого фильтра; б. таблицы 1 и 2, в которые внесены результаты расчётов, выпол-

ненных в п.п. 4 и 7 подготовки к работе; в. зависимости, построенные при выполнении п.п. 5 и 8 подготов-

ки к работе; г. расчёт параметров исследуемого фильтра;

д. основные выражения для расчёта характеристик фильтра.

3. Описание установки

Исследуемый фильтр собирается из катушек индуктивности и конденсаторов, расположенных на панели; величины их емкостей и индуктивностей рассчитываются. В работе могут применяться:

8

стенде магазин сопротивлений. Источником питания служит звуковой генератор. Для измерений напряжений на входе и выходе исследуемого фильтра применяются два электронных вольтметра. Сдвиг фаз между входными и выходными напряжениями измеряется электронным фазометром.

Все экспериментальные исследования выполняются при неизменном напряжении звукового генератора порядка 10 ... 20 В.

4.Рабочее задание

1.Собрать схему для экспериментального снятия зависимостей вида

AC (f f0 ); BC (f f0 ); Ku (f f0 ); (arg Ku )(f f0 ) заданного фильтра.

2.Подготовить приборы к работе.

3.Снять для исследуемого фильтра частотные характеристики: соб-

ственных коэффициентов затухания AC (f f0 ) и фазы BC (f f0 ); коэффициента передачи по напряжению Ku (f f0 ) и фазы (arg Ku )(f f0 ). При этом сопротивление нагрузки фильтра устанавливается на каждой частоте своё, в соответствии с расчётными значениями п. 4 подготовки к работе.

4.Снять для исследуемого фильтра при ZН = k амплитудночастотную Ku (f f0 ) и фазочастотную (arg Ku )(f f0 ) характеристики.

5.По результатам п. 3 построить зависимости AC (f f0 ) и BC (f f0 ) на графиках, где построены соответствующие теоретические кривые, полученные при подготовке к работе в п. 5.

данные теоретические зависимости.

9