лабы ТОЭ часть 2

Лабораторная работа № 14 Экспериментальное определение А-параметров четырехполюсника

Целью работы является экспериментальное определение А параметров четырехполюсника в установившемся режиме синусоидальных токов и напряжений; определение параметров схемы замещения четырехполюсника.

1. Общие сведения

Четырехполюсником называется электрическая цепь, в которой выделены два входных и два выходных зажима (порта). Направления токов и напряжений на входе U1, I1 и на выходе U2, I2 указаны на рис. 14.1.

Достоинством представления уравнений четырехполюсника в форме А является простота определения его параметров опытным путем. Достаточно провести опыты, в которых измеряемые напряжения и токи относятся к одной паре зажимов. В опытах холостого хода и короткого замыкания при питании со стороны зажимов 1−1′ измеряются действующие значения напряжения, тока и угол сдвига фаз между ними. Комплексные сопротивления рассчитываются по выражениям:

В этих выражениях индекс 1Х относится к величинам опыта холостого хода, а 1К – короткого замыкания.

Пассивный четырехполюсник можно заменить эквивалентной схемой замещения, содержащей три комплексных сопротивления. На рис. 14.2 приведена Т-образная схема замещения.

2. Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Рекомендуемое значение частоты 100…300 Гц. В работе используют мультиметр и измерительные приборы из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЯ ФАЗЫ. Четырехполюсник собирают из эле-

ментов блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕН-

ТОВ. Рекомендуемые значения: сопротивления R1 =47 или 68 Ом; R2 =47, 68 или 100 Ом; индуктивность L =30, 40, 50 или 60 мГн; конденсатор емкостью C =10 мкФ. Рекомендуемое сопротивление нагрузки RH =47, 68 или 100 Ом.

•Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 1П протокола.

•Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

•Установить заданные преподавателем величины R, L, C в блоках МО-

ДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

•Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Настроить генератор на синусоидальное напряжение заданной преподавателем частотой f и действующее значение U1 = 5–7 В. Записать данные в протокол.

•Выполнить опыты прямого холостого хода и короткого замыкания. Для

измерения действующих значений напряжения u1 и тока i1 и угла сдвига фаз ϕ использовать встроенные в МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЯ ФАЗЫ приборы. Опытные данные занести в табл. 1П протокола измерений.

•Подключить к зажимам 2 −2′ сопротивление RH =47, 68 или 100 Ом. Выходное напряжение четырехполюсника измерить мультиметром РР, остальные величины измерить приборами МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЯ ФАЗЫ. Измеренные значения занести в табл. 1П.

•Поменять местами входные 1−1′и выходные 2 −2′ зажимы. Выполнить опыты обратного холостого хода и короткого замыкания. Измеренные значения занести в табл. 1П.

•Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.

•Протокол измерений утвердить у преподавателя.

•Выключить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и

тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

Протокол измерений к лабораторной работе № 14 «Экспериментальное определение А-параметров четырехполюсника»

C

Рис. 1П

Опытные данные при U1= _____ В и f = ____ Гц внесены в табл. 1П.

Работу выполнили: _______________________________

Работу проверил: __________________________________

3.Содержание отчета

4.Нарисовать схему исследуемой цепи.

5.По экспериментальным данным рассчитать А-параметры четырехполюсника. Выполнить проверку A D – B C = 1.

6.Рассчитать параметры Т - образной схемы замещения четырехполюсника.

7.Провести расчет четырехполюсника с нагрузкой. Сравнить с экспериментальными данными.

Отчет по лабораторной работе № 14 «Экспериментальное определение А-параметров четырехполюсника»

Электрическая схема опыта прямого включения четырехполюсника представлена на рис. 1.

Лабораторная работа № 15 Передаточные функции и частотные характеристики четырехполюсника

Целью данной работы является экспериментальное определение ампли- тудно-частотной (АЧХ), фазочастотной (ФЧХ) и амплитудно-фазовой (АФХ) характеристик четырехполюсника.

1. Общие сведения

Передаточными функциями называются отношения изображений по Лапласу выходного сигнала не возбужденного четырехполюсника (iL (0) =0 и uC (0) =0) к изображениям по Лапласу входного сигнала.

где KU ( jω) – комплексный коэффициент передачи или амплитудно-фазовая характеристика (АФХ), KU (ω), K1 (ω) и K2 (ω)– амплитудно-частотная, вещественная и мнимая частотные характеристики, α(ω) фазо-частотная ха-

рактеристика четырехполюсника. Частотные характеристики удобно строить в функции частоты f = ω2π: KU ( f ) , KU ( f ), K1 ( f ) и K2 ( f ).

Геометрическое место концов вектора KU ( f ) называется годографом ам-

плитудно-фазовой характеристики (рис.15.2).

+ j K2 ( f )

f1 f

+1

KU ( f ) f2K1 ( f )

f5

f4

f3

Рис.15.2

2. Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Для измерения действующих значений напряжений u1 и u2, угла сдвига фаз между напряжением u2 и u1 используют встроенные в модуль ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ приборы. Тумблер

SA2 модуля включить в положение U2.

Электрическую цепь четырехполюсника собирают из пассивных элемен-

тов блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Рекомендуе-

мые значения параметров элементов четырехполюсника: для C =47 мкФ L =30, 40 или 50 мГн; для C =33 мкФ L =50, 60 или 70 мГн; для C =22 мкФ

L =80, 90 или 100 мГн; R1= 47 Ом.

•Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 1П протокола измерений.

•Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

•Установить заданные преподавателем величины пассивных элементов четырехполюсника. Измерить мультиметром активное сопротивление Rк катушки. Значения L, Rк, C и R1 записать в протокол измерений.

•Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и

тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Переключатель

Форма установить в положение . Регулятором Амплитуда установить

величину действующего значения напряжения U1 = 5 В.

• Регулятором Частота установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР частоту f =20 Гц. Выполнить с шагом ∆f =20 Гц до частоты

f =200 Гц измерения напряжения U2 и угла (−α) фазочастотной характе-

ристики. Измеренные значения записать в табл. 1П, изменив знак показания фазометра.

•Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ав-

томатический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

•Протокол измерений утвердить у преподавателя.

Протокол измерений к лабораторной работе № 15

«Передаточные функции и частотные характеристики четырехполюсника»

Схема исследуемой цепи показана на рис. 1П.

U2,

В

α,

град

Работу выполнил: ___________________________________

Работу проверил: _____________________________________

3. Содержание отчета

1.Нарисовать схему исследуемой цепи.

2.По данным табл. 1П рассчитать: амплитудно-частотную KU ( f ), вещественную K1 ( f ), мнимую K2 ( f ) частотные характеристики и фазочастотную α( f ) характеристику четырехполюсника. Результаты расчета представить в таблице.

3.Построить графики частотных характеристик и определить полосу пропус-

кания по линии KU ( f )=1 2 = 0,707 .

Отчет по лабораторной работе № 15 «Передаточные функции и частотные характеристики

четырехполюсника»

Схема исследуемой цепи представлена на рис. 1.

U2,

В

α,

град

Расчет частотных характеристик четырехполюсника

Амплитудно-частотная характеристика цепи K ( f ) = U2 ( f ) .

U1

Вещественная частотная характеристика цепи K1 ( f ) = K ( f )cos(α( f )) .

Мнимая частотная характеристика цепи K2 ( f ) = K ( f )sin(α( f )) .

Амплитудно-фазовая характеристика цепи K ( f ) = K1 ( f ) + jK2 ( f ) .

Фазо-частотная характеристика цепи α( f )= arctg K2 (( f ))

K1 f

Результаты расчета по данным табл. 1 представлены в табл. 2.

Таблица 2

По данным табл. 2 на рис. 2 построена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); на рис. 3 – фазо-частотная характеристика (ФЧХ) четырехполюсника.