4. Лабораторная работа № 4

Исследование параметров и схем замещения линейных четырехполюсников

Цель работы– выработать навыки исследования цепей постоянного тока с помощью теории четырехполюсника (ЧП). В результате проведения лабораторной работы студенты должны знатьосновные формы записи уравнений ЧП и представление последних схемами замещения;уметьрассчитывать параметры эквивалентных схем замещения;приобрести навыкиэкспериментального исследования режимов работы ЧП.

Исследование широкого класса устройств электротехники и электроники в большинстве случаев сводится к обобщенному рассмотрению их свойств относительно двух пар узлов. С этой целью такие узлы выделяются из рассматриваемой цепи. Одна пара называется входной (к ней обычно подключаются источники сигналов или энергии), другая пара – выходной (к ней подключается приемник сигнала, нагрузка). Часть электрической цепи между двумя парами узлов в этом случае называется четырехполюсником. В дальнейшем исследуется линейный пассивный ЧП.

В работе используется регулируемый источник постоянного напряжения, блок переменного сопротивления и элементы наборного поля стенда № 01–07, 10–12. Токи, напряжения и сопротивления резисторов и всей цепи в целом измеряются ампервольтметрами. Для выполнения сложных и повторяющихся расчетов применяется ПМК.

Задачи работы– определение параметров ЧП в режимах холостого хода и короткого замыкания: исследование режимов работы ЧП при изменении сопротивления нагрузки; вычисление коэффициентов заданной формы уравнений ЧП: исследование схемы замещения ЧП.

Порядок и методика проведения исследований

1. Согласно варианту задания (рис. 4.1 и табл. 4.1) собрать цепь на наборном поле. Подключить источник ИР и установить напряжение в пределах 10 ... 15 V.

2. Поочередно применяя режимы холостого хода и короткого замыкания со стороны выходных зажимов, измерить входные токи и напряжения. Определить сопротивления R₁₀(по результатам опыта холостого хода) иR_1K(по результатам опыта короткого замыкания).

Отключить источник напряжения и измерить те же сопротивления непосредственно прибором. Результаты экспериментов и расчетов занести в табл. 4.2

З. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания со стороны входных зажимов, подключив источник напряжения к выходу схемы. Измерить токи и напряжения со стороны выходных зажимов и определить сопротивления R₂₀и R_2K.

Отключить источник и измерить те же сопротивления непосредственно прибором.

Схема 1 Схема 2

Схема 3 Схема 4

Схема 5 Схема 6

Схема 7 Схема 8

Рис. 4.1. Варианты схем для исследования

Результаты экспериментов и расчетов занести в таблицу, аналогичную табл. 4.2.

Таблица 4.1

Варианты задания

Вариант	Номер схемы (рис 4.1)	Элементы исследуемой цепи							Форма управ-лений	Схема замеще-ний
		1	2	3	4	5	6	7
		Элементы наборного поля
1	1	01	04	03	05	02	06	07	A	Т
2	2	02	05	04	03	01	07	06	Y	П
3	3	02	06	03	04	05	01	07	Z	П
4	4	01	03	02	06	04	07	05	A	Т
5	5	03	06	02	01	07	04	05	Y	Т
6	6	07	02	01	03	05	04	06	Z	П
7	7	03	05	01	04	06	02	07	A	Т
8	8	03	02	05	07	01	04	06	Y	Т
9	1	02	03	04	05	01	07	06	Z	Т
10	2	01	04	03	05	02	06	07	A	П
11	3	03	07	04	05	01	02	06	Y	П
12	4	02	01	03	05	04	06	07	Z	Т
13	5	01	03	04	02	05	07	06	A	Т
14	6	06	01	02	04	05	03	07	Y	П
15	7	02	04	03	05	07	01	06	Z	П
16	8	02	03	04	06	01	05	07	A	Т

Таблица 4.2

Результаты опытов холостого хода и короткого замыкания выходных зажимов

Исследуемая схема	U10, V	I10, mA	R10, Ω			U1k, V	I1k, mA	R1k, Ω
				Изме-рения	Рас-чет				Изме-рения	Рас-чет
Исходная
Замещения

4. По заданной схеме и параметрам элементов (см. табл. 1.1) рассчитать значения сопротивлений R₁₀и R_1К. Результаты расчетов занести в табл. 4.2.

При расхождении значений сопротивлений, определенных разными способами, более 5…8 % после консультации с преподавателем повторить эксперимент или скорректировать расчет.

5. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить согласующее (характеристическое) сопротивление R_C.

При вычислениях R_Cиспользовать программу 1 для ПМК (прил. 1).

6. Установить влияние сопротивления нагрузки R_Нна входные и выходные токи ЧП. Для этого ко входу исследуемой цепи (зажимы 1–1') подключить источник ИР, установив напряжение в пределах 10…15V. К выходу (зажимы 2–2') подключить блок регулируемого сопротивления.

Изменяя сопротивление блокa, измерить токи на входе и выходе цепи. Пределы изменения сопротивления нагрузки ограничить диапазоном 0,1…10 R_C, установив 7–10 значенийR_Н.

Результаты занести в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Результаты исследования ЧП при измерении R_Н

№ п/п	RH, Ω	I1, mA	I2, mA	P1, W	P2, W	η	Rin, Ω
1 …

Примечание. Напряжение на входеU₁ = … V.

7. По значениям U₁, I₁иR_H,I₂(п. 6) определить мощностиP₁ на входе иP₂на выходе ЧП, коэффициент передачи η и входное сопротивлениеR_in. Результаты расчета занести в табл. 4.3. Построить графики η (R_Н) иR_in(R_H ).

8. По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания (пп. 2 и 3) рассчитать коэффициенты уравнений ЧП в заданной форме. Записать полученные уравнения в общем виде и, используя данные одной из строк табл. 4.3. оценить полученные результаты.

9. Рассчитать параметры заданной схемы замещения по коэффициентам уравнений ЧП либо по сопротивлениям холостого хода и короткого замыкания. Изобразить схему замещения.

10. Собрать на стенде цепь по заданной схеме замещения, используя элементы наборного поля № 10–12. Установить сопротивления элементов согласно рассчитанным в п. 9 значениям.

11. Подключить ко входу источник ИР и установить напряжение согласно п. 2. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания выходных зажимов схемы замещения. Рассчитать по схеме замещения значения сопротивлений R₁₀и R_1К. Результаты экспериментов и расчетов занести в табл. 4.2.

Сравнить результаты с ранее полученными для исходной схемы. При существенных расхождениях выяснить причины и при необходимости повторить расчет или эксперимент.

12. Сделать выводы по работе. обратив внимание на роль холостого хода и короткого замыкания при анализе ЧП, а также на эквивалентность замены исследуемой цепи схемой замещения. Оценить влияние нагрузки на коэффициент передачи.

Литература для подготовки

[ 11, с. 347–356, 363–364; 12, с. 157–163, 164–166; 13, с.116–117, 120–123; 14, с. 213–221; 15, с. 324–332. 335; 16, с. 404–414]