ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(УрГУПС)

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

М.С. Мухамедзянов

И.В. Хрипунова

Методическое пособие

по лабораторной работе №3

по курсу «Теория электрических цепей»

« Измерение рабочего затухания и затухания передачи четырехполюсника»

Екатеринбург

2012

Лабораторная работа № 3

Измерение рабочего затухания и затухания передачи четырехполюсника

Цель работы

Изучение и практическое определение характеристических и рабочих параметров четырехполюсника.

Содержание работы

1. Изучение характеристических и рабочих параметров четырехполюсника.

2. Измерение рабочего затухания четырехполюсника методом известного генератора и методом сравнения.

3. Измерение затухания передачи четырехполюсника.

4. Расчет и построение частотных характеристик рабочего затухания и затухания передачи по данным измерений.

Краткие сведения из теории

Для оценки степени ослабления мощности сигнала на выходе пассивного четырехполюсника при различных режимах его работы введены понятия собственного затухания, рабочего затухания и затухания передачи.

Собственное затухание цепи (четырехполюсника) определяется, как логарифм отношения мощности S₁ входе цепи к мощности S₂, выделяющейся на нагрузке при согласованном режиме работы (Z_Г = Z_С1 ; Z_Н =Z_С2) :

a=10 lg |S₁/ S₂|

Рабочее затухание определяется выражением:

, дБ (1)

где S₀ – мощность, которую может получить приемник с сопротивлением Z_н=Z_г,

подключенный непосредственно к генератору (рисунок 3.1.а);

S_Н – мощность, которую поучает приемник с сопротивлением Z_н, включенный на выходе измеряемой цепи (четырехполюсника) (рисунок 3.1. б).

Выразим S₀ и S_н через напряжения Е и U_н :

S₀ = E²/4Z_г ; S_н = U²₂/Z_н

После подстановки в формулу (1) значений S₀ и S_н выражение для а_раб. может быть представлено следующим образом: , (2)

В основу измерения рабочего затухания положена формула:

, (3)

Рабочее затухание можно измерить методом известного генератора и методом сравнения.

Метод известного генератора

а) б)

Рисунок 3 - Схемы измерения рабочего затухания методом известного генератора

Из выражения (3) видно, что для определения рабочего затухания четырехполюсника следует измерить высокоомным вольтметром половину ЭДС генератора Е/2 (рисунок 3.1.а), и напряжение U₂ (рисунок 3.1.б). Второе слагаемое выражения рабочего затухания (3) определяется расчетом.

С целью упрощения расчетов измеряют не величины напряжений, а величины абсолютных уровней по напряжению. Для этого представим выражение (3) в следующем в виде:

, (4)

Где: - абсолютный уровень по напряжению половины ЭДС генератора на выходе согласованно нагруженного генератора (рисунок 3.1. а).

Уровень половины ЭДС генератора можно определить с помощью следующего:

, (5)

- абсолютный уровень по напряжению, полученный от этого генератора приемником через четырехполюсник, дБ. Уровеньизмеряется указателем уровня с высокоомным входом (рисунок 3.1.б).

Третье слагаемое формулы (4) определяется расчетом.

Рисунок 3.2 Схема измерения уровня р_Е

Метод сравнения

Z₁/2

Схема измерения затухания методом сравнения приведена на рисунке 3.3.

ИЧ

Z₂

U'₂

U₁

Z₁/2

Z_Г

УУ

Е_Г

R₀/2

МЗ

U"₂

U₁

R₀

R₀/2

Рисунок 3.3 – Схема измерения затухания методом сравнения

Где: ИЧ – измеряемый четырехполюсник;

МЗ – магазин затуханий;

Z₂ – сопротивление нагрузки четырехполюсника;

Z_Г –сопротивление генератора в рабочей схеме включения;

УУ - указатель уровней.

В этом методе искусственно воспроизводятся рабочие условия четырехполюсника.

В схеме 3.3 на вход измеряемого четырехполюсника ИЧ и магазина затуханий МЗ от генератора с ЭДС Е с внутренним сопротивлением Z_Г подается одно и то же напряжение U₁. Сопротивления Z₁ = Z₂ = R₀ = 600 Ом и входят в схему блока измерений.

Верхнюю ветвь можно рассматривать как работающую от эквивалентного генератора с ЭДС Е= U₁, и внутренним сопротивлением R₀.

МЗ конструктивно выполнен так, что независимо от положения его переключателей его характеристическое сопротивление остается неизменным и равным R₀. Таким образом, нижняя ветвь схемы всегда работает в режиме согласованной нагрузки. Процесс измерения состоит в регулировании затухания МЗ до достижения равенства напряжений U'₂ и U"₂.

Рисунок 3.4 – Рабочая схема измерения затухания а_раб

Затухание измеряемого четырехполюсника (рисунок 3.3) определяется выражением:

, (6)

Рабочее затухание магазина равно его собственному:

, (7)

Достижение равенства U'₂ = U"₂ дает возможность получить:

, (8)

При Z_н = Z_г; а_раб. = а_мз.

Таким образом, рабочее затухание измеряемого четырехполюсника отсчитывается непосредственно по положению ручек магазина затуханий МЗ. В этом методе нет необходимости измерять ЭДС генератора.

Точность измерений определяется точностью и градацией МЗ. Указатель уровня погрешности не вносит.