Курсовая работа По предмету: Основы электроники и схемотехники На тему: «Четырехполюсник» icon

Курсовая работа По предмету: Основы электроники и схемотехники На тему: «Четырехполюсник»


Смотрите также:
Курсовая работа по дисциплине: «Сети ЭВМ и телекоммуникации» на тему: «P2P сети»...
Курсовая работа по дисциплине: «Сети ЭВМ и телекоммуникации» на тему: «P2P сети»...
Курсовая работа на тему: «Транспортные сети. Задача о максимальном потоке в сети»...
Курсовая работа по дисциплине: «Сети ЭВМ и телекоммуникации» на тему: «Настройка днс сервера...
Курсовая работа по дисциплине «теоретические основы механики жидкости и газа»...
Курсовая работа по дисциплине: Основы менеджмента На тему: «Условия и организация труда»...
Курсовая работа по дисциплине основы менеджмента на тему: «Управление рисками в организации»...
Курсовая работа по предмету: Таможенная статистика. Тема: Объекты изучения таможенной статистики...
Курсовая работа По предмету : Организация производства на тему: «Организация автоматизации...
Курсовая работа по дисциплине «Теоретические основы прогрессивных технологий» Тема: «Лазерное...
Финансово-экономический факультет Заочное отделение Курсовая работа по предмету: «Ревизия и...
Курсовая работа По учебной дисциплине “Основы менеджмента ” На тему: «Школы менеджмента...





Министерство науки и образования Республики Казахстан

Высшая техническая школа


Курсовая работа

По предмету: Основы электроники и схемотехники

На тему: «Четырехполюсник»


Выполнил: студент гр. В-512

Кабекенов М.

Проверила: Отарбаева Ж. О.


2010г.


Содержание:




Содержание: 2

Фильтр как четырехполюсник 14

Прохождение импульсов четырехполюсника 15

Коэффициент шума четырехполюсника 19

Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника 22

Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника. Схемы измерения, источники погрешностей. Затухание энергетическая мера передачи гармонического сигнала через четырёхполюсник. Различают 3 вида затухания: рабочее, вносимое и собственное, которые характеризуют четырёхполюсники, предназначенные для передачи информации. Рабочее затухание определяется по формуле  дБ P1 кажущаяся мощность, которую может отдать генератор на согласованную с ним нагрузку. Величины Р1 и Р2 связаны с величиной ЭДС генератора Е и напряжением на нагрузке Uн известными соотношениями, где Zн и Zr -  модули полных сопротивлений генератора и нагрузки. Существует 2 метода измерения рабочего затухания и усиления четырёхполюсника: Метод известного генератора Метод известного генератора Метод известного генератора основан на использовании измерительного генератора с известным внутренним сопротивлением Zr и ЭДС.  Для определения рабочего затухания четырёхполюсника этим методом достаточно измерить напряжение U на выходе четырёхполюсника. Можно напряжение на нагрузке определить с помощью измерителя уровня. Схема измерения рабочего затухания методом известного генератора. Данный режим измерения позволяет ускорить и автоматизировать процесс снятия частотных характеристик рабочего затухания. Значение ЭДС и внутреннего сопротивления генератора в рабочем диапазоне частот могут изменяться под влиянием паразитных параметров входного блока генератора и колебания значения сопротивления нагрузки, поэтому во время измерения рабочего затухания необходимо следить за постоянством ЭДС и внутреннего сопротивления генератора. Для стабилизации параметров на выходе генератора часто включают резисторные удлинители, представляющие собой звенья Т и П-образных четырёхполюсников, затухание которых соответствует затуханию электрически длинной линии, т.е. 15-20дБ. В результате получают известный генератор с более стабильными параметрами. 22

Метод известного генератора 23

Метод известного генератора основан на использовании измерительного генератора с известным внутренним сопротивлением Zr и ЭДС Е.  Для определения рабочего затухания четырёхполюсника этим методом достаточно измерить напряжение U на выходе четырёхполюсника. Можно напряжение на нагрузке определяет с помощью измерителя уровня. Данный режим измерения позволяет ускорить и автоматизировать процесс снятия частотных характеристик рабочего затухания. Значение ЭДС и внутреннего сопротивления генератора в рабочем диапазоне частот могут изменяться под влиянием паразитных параметров входного блока генератора и колебания значения сопротивления нагрузки, поэтому во время измерения рабочего затухания необходимо следить за постоянством ЭДС и внутреннего сопротивления генератора. Для стабилизации параметров на выходе генератора часто включают резисторные удлинители, представляющие собой звенья Т и П-образных четырёхполюсников, затухание которых соответствует затуханию электрически длинной линии, т.е. 15-20дБ. В результате получают «известный» генератор с более стабильными параметрами: внутренним сопротивлением, равным характеристическому сопротивлению удлинителя, и ЭДС, равной напряжению на выходе без нагрузки. Погрешность измерения рабочего затухания методом известного генератора определяется в основном погрешностью измерительного прибора и составляет обычно 0,1-0,8 дБ. 23

Параметры транзистора как четырехполюсника. h-параметры 24

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис. 4). 24

25

Рис. 4. Схема четырехполюсника 25

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы z-параметров, y-параметров и h-параметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение. 25

Система z-параметров 25

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 будем определять как функции этих токов. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид: 25

25

Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом: 25

- определяются как входное и выходное сопротивления. 25

- сопротивления обратной и прямой передач. 25

Измерения z-параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I1 = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера в несколько кОм уже позволяет считать I1 = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I2 = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого должно быть порядка ГОм). 25

Система y-параметров 26

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U1 и U2, а токи I1 и I2 будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид: 26

26

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом: 26

- входная и выходная проводимости. 26

- проводимости обратной и прямой передач. 26

Измерение y-параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе (U1 = 0) для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно составлять доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U2 = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут быть даже сотни Ом). 26

Система h-параметров 27

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом: 27

27

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид: 27

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; 27

- выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи; 27

- коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи; 27

- коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе. 27

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5. а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр. 28

28

Рис. 5. Эквивалентная схема четырехполюсника:
а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; 28

б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером. 28

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5, а также выражениями для вольтамперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем: 28

28

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид: 28

29

29

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером. 29

Таблица 2. Связи между h параметрами 29

29

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h21э в зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) - коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии. 29

30

Рис. 6. Зависимость коэффициента h21э для различных транзисторов. 30

Вывод 30

Четырёхполюсник - электрическая цепь (её участок) с четырьмя полюсами (зажимами), к которым могут подключаться другие цепи (участки цепи); наиболее распространённый тип многополюсника. В четырехполюснике обычно различают две пары зажимов: входные и выходные (предназначенные для подсоединения, соответственно, источника электрической энергии и нагрузки). Если зависимость между токами через Ч. и напряжениями на его зажимах линейная, то четырехполюсник называются линейным (в противном случае — нелинейным). Основная характеристика линейного четырехполюсника — комплексный коэффициент передачи, равный отношению комплексных амплитуд на его входе и выходе. Четырехполюсник называется симметричным, если при перемене мест подсоединений приёмника и источника его характеристики не меняются. Четырёхполюсником называется любая цепь, имеющая два входных и два выходных зажима. Примеры четырехполюсника: линия передачи, линия связи, трансформатор, выпрямитель, мостовые цепи, электрические цепи. 30

Список литературы 31



Введение

Четырехполюсником (рис. 1) называется цепь или участок цепи, которые имеют четыре вывода (зажима). Зажимы (1-1), к которым подключается источник электрической энергии, называются входными, а зажимы (2-2), к которым подсоединяется приемник электрической энергии (нагрузка), - выходными. Примером четырехполюсников являются трансформаторы, усилители, электрические фильтры, линии связи и т.п.



Рис. 1.Общий вид четырехполюсника.

К входу четырехполюсника (1-1) подсоединен источник электрической энергии с задающим напряжением и внутренним сопротивлением . К выходным зажимам (2-2) присоединена нагрузка с сопротивлением . На входных зажимах действует напряжение , на выходных-. Через входные зажимы протекает ток , через выходных - .

Четырехполюсники бывают пассивными и активными. Пассивные схемы не содержат источников электрической энергии, активные – содержат.

Также четырехполюсники делятся на обратимые и необратимые. В обратимых четырехполюсниках отношение напряжения на входе к току на выходе не меняется при перемене местами зажимов, т.е. они позволяют передавать энергию в обоих направлениях.

Различают четырехполюсники симметричные и несимметричные. В симметричном четырехполюснике перемена местами входных и выходных зажимов не изменяет напряжений и токов в цепи, с которой он соединен.

Четырехполюсники, которые состоят только из линейных элементов, называются линейными. Они имеют линейную зависимость выходного напряжения и тока от напряжения и тока на входных зажимах. Четырехполюсники, которые имеют хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными.

Четырёхполюсником называется любая цепь, имеющая два входных и два выходных зажима. Примеры четырехполюсника: линия передачи, линия связи, трансформатор, выпрямитель.

Классифицируют четырехполюсники по различным признакам:

- по наличию или отсутствию не скомпенсированных источников энергии - пассивные и активные;

- в зависимости от схемы внутреннего соединения элементов – Т-образные, П-образные, Г-образные с Т или П входом , мостовые.

- в зависимости от характера сопротивлений – линейные и нелинейные, симметричные и несимметричные.

При анализе четырехполюсника обычно не интересуются распределением напряжений и токов внутри четырехполюсника, важны лишь токи и напряжения на входе и выходе.

В данной главе разбираются лишь пассивные линейные четырехполюсники, работающие в установившемся синусоидальном режиме или в цепях постоянного тока (частный случай синусоидальной цепи).

Понятие четырехполюсника используют тогда, когда, не прибегая к схеме электрической цепи, оценивают влияние конкретной цепи на амплитудные и частотные характеристики, передаваемого через эту цепь электрического сигнала. Для решения подобных задач необходимо знать основные характеристики четырехполюсников. Эти характеристики получают на основании решения уравнений передачи четырехполюсника.

^ Частотные характеристики четырехполюсников

Пассивный четырехполюсник представляет собой электрическую цепь, внутри которой имеется соединение элементов r, L и C. Цепь имеет две пары зажимов: к первичным зажимам подсоединяется источник энергии (тока или напряжения), к вторичным зажимам - нагрузка, под которой в общем случае понимают пассивный или активный двухполюсник с известными вольтамперными характеристиками. На рис.1.1б изображена комплексная схема замещения четырехполюсника; на ней указаны токи и напряжения входных и выходных зажимов в виде комплексных переменных. Также как и в двухполюснике, связь между этими переменными может быть определена через частотные характеристики четырехполюсника:

1. Входное сопротивление четырехполюсника



(1.11)

2. Входная проводимость четырехполюсника



(1.12)

3. Коэффициент передачи по напряжению



(1.13)

4. Коэффициент передачи по току



(1.14)

5. Передаточное сопротивление



(1.15)

6. Передаточная проводимость



(1.16)

Все эти формулы определяют причинно-следственную связь между заданным входным воздействием и реакцией цепи в виде тока или напряжения на входных или выходных зажимах. Также как и в двухполюсниках, все частотные характеристики не зависят от величин токов и напряжений, а определяются только параметрами элементов цепи и способом соединения ветвей. Они могут быть найдены опытным или расчетным путем. Все указанные выше характеристики называют внешними характеристиками четырехполюсника.

Фазо–частотная характеристика - ФЧХ представляет собой зависимость разности фаз двух гармонических колебаний безотносительно к их физической природе. Эта разность может измеряться в градусах или в радианах.

Чтобы рассчитать комплексную передаточную функцию четырехполюсника в общем случае необходимо проделать следующее:

1.Задаться произвольным значением или на входе (обобщенная функция ).

2.Любым методом рассчитать комплексное напряжение или ток на выходе цепи (обобщенная функция ).

3. Взять отношение выходного значения к входному. Входное значение при этом сокращается, получившееся выражение будет комплексной передаточной функцией, которую в общем случае обозначают буквой H(jω).

4. Получившееся комплексное выражение записать в показательной форме, для чего следует использовать формулы перехода от алгебраической формы записи комплексного выражения к показательной и обратно:



(1.17)

5. Сравнивая отдельно модули и фазы, выделить АЧХ и ФЧХ передаточной функции:

- АЧХ передаточной функции; (1.18)

- ФЧХ передаточной функции. (1.19)

6. Изменяя значение переменной от 0 до бесконечности рассчитать и построить графики функций H(ω) и θ(ω). Целесообразно данные расчетов свести в таблицу, которую в дальнейшем можно использовать для анализа прохождения электрических сигналов через четырехполюсник.

Графики найденных функций можно строить в зависимости от переменной ω, если известны численные значения параметров цепи r и L, или строить их в зависимости от обобщенной переменной Ω.

На рис. 2 a,б построены эти графики, физический смысл которых очевиден: при малых значениях ω выполняется условие ωL << r, и ток источника тока будет преимущественно протекать в индуктивности, т.е. будет стремиться к единице. На большой частоте, при выполнении условия ωL >> r, ток источника будет в основном протекать в сопротивлении r, а доля тока в индуктивности будет уменьшена, т.е. K(ω) будет стремиться к нулю.



а) б)

Рис. 2 Частотные характеристики четырехполюсника для коэффициента передачи тока Кi: а)АЧХ для Кi; б) ФЧХ для Кi.

Если схема четырехполюсника известна, то эти коэффициенты могут быть найдены расчетным путем, используя законы Ома и Кирхгофа, метод контурных токов или узловых потенциалов, а также простейшие преобразования цепи. Все эти методы предполагают постановку и решение прямой задачи электротехники, т.е. произвольное задание источника энергии на входных зажимах и последующий поиск тока или напряжения в ветви, присоединенной к выходным зажимам .Однако существует метод непосредственного определения частотных характеристик четырехполюсника по известным А параметрам четырехполюсника.

Для более сложных цепей есть возможность разбиения исходной цепи на группу каскадное соединенных звеньев. Каскадным называется такое соединение двух и более четырехполюсников, когда выходные зажимы предыдущего четырехполюсника соединяются с входными зажимами последующего.



Рис. 3. Каскадное соединение четырехполюсников

Известно правило объединения матриц каскадное соединенных четырехполюсников: при каскадном соединении перемножаются матрицы А параметров, и задача исследователя заключается в разбиении исходной цепи на группу простейших каскадное соединенных четырехполюсников с известными А параметрами.

Если число каскадно-соединенных звеньев больше двух, то следует перемножать матрицы в той последовательности, в которой стоят четырехполюсники, помня о том, что перемножение матриц обладает сочетательным свойством, но не коммутативно, т.е.. Пассивный четырехполюсник состоит из индуктивностей, емкостей, резисторов.

Затухание четырехполюсника - величина, характеризующая уменьшение напряжения U , тока I или мощности P = I * U при передаче через четырехполюсник.

Затухание измеряется в децибелах:

а) мощности P1 и P2



б) напряжения U1 и U2



Затухание в четырехполюснике зависит от сопротивления генератора и нагрузки. Активный четырехполюсник передает в нагрузку мощность, большую поступающей в него; состоит из источников ЭДС, электронных усилительных ламп, транзисторов.

Коэффициент усиления - отношение величины напряжения, тока или мощности на выходе четырехполюсника к соответствующей величине на входе. Усиление зависит от сопротивления генератора и нагрузки.

Модуль входного сопротивления четырехполюсника зависит от сопротивления нагрузки и равен отношению приращения входного напряжения на входных клеммах к вызванному им приращению входного тока



Модуль выходного сопротивления четырехполюсника равен отношению приращения выходного напряжения к соответствующему изменению величины выходного тока.




^

Фильтр как четырехполюсник


Фильтр - четырехполюсник, служащий для передачи в нагрузку мощности электрического тока определенного диапазона частот в области прозрачности фильтра. В области непрозрачности фильтра мощность тока передается в нагрузку с большим затуханием.

Фильтры нижних частот (обрезающие) имеют область прозрачности для частот ниже граничной частоты .



Сглаживающий фильтр - обрезающий фильтр, который служит для выделения постоянной составляющей. Его граничная частота лежит ниже основной гармонической частоты сигнала. Фильтры верхних частот (обрезающие) имеют область прозрачности для частот выше граничной частоты . Полосовой фильтр имеет область прозрачности в определенной полосе частот, лежащей между граничными частотами и .
Режекторный фильтр имеет область непрозрачности в определенной полосе частот лежащей между граничными частотами.


^

Прохождение импульсов четырехполюсника


1)Прохождение прямоугольного импульса через RC-цепь. При подаче на вход RC-цепи прямоугольного импульса напряжения в первый момент времени t1 в схеме возникает скачек тока, равный по величине U/R . По мере загрузки конденсатора напряжение на нем возрастает по экспоненте с постоянной времени . Если длительности импульса, напряжение на емкости возрастает до U входного напряжения. В момент окончания импульса t2 в схеме появляется отрицательный скачек тока и емкость начинает разряжаться (по экспоненте): .

В результате на выходе RC-цепи (на резисторе) появляются два импульса - положительный, совпадающий по времени с передним фронтом входного импульса, и отрицательный импульс, совпадающий с задним фронтом входного импульса. Такая цепочка называется дифференцирующей RC-цепью.

2)Прохождение прямоугольного импульса через RL-цепь. При подаче на вход RL-цепи прямоугольного импульса напряжения в первый момент времени t1 ток в цепи равен нулю, так ток через индуктивность не может измениться скачком. Затем ток экспоненциально нарастает с постоянным временем . Если , то ток в цепи успевает вырасти до значения U/R. В первый момент времени напряжение на сопротивлении равно нулю ( т. к. ток равен нулю), а затем оно экспоненциально нарастает . Напряжение на индуктивности в первый момент времени равно входному напряжению U , а затем уменьшается с постоянной времени до нуля . В момент окончания импульса t2 ток в схеме экспоненциально уменьшается с постоянной времени до нуля, напряжение на сопротивлении экспоненциально уменьшается до нуля, а на индуктивности появляется отрицательный скачок напряжения, равный перепаду напряжения на входе схемы; напряжение на индуктивности экспоненциально уменьшается до нуля.



Системы безопасности строятся из отдельных приборов, соединяемых между собой кабелями. При инсталляции системы, а также при ее эксплуатации возможны ситуации, когда система не работает должным образом. В данной публикации не рассматривается поиск дефектов в самих приборах, цель статьи более скромная - помочь специалисту в отыскании дефектов в межблочных соединениях.




Для отыскания дефектов в монтаже удобно использовать модель Г-образного четырехполюсника (к каскадному соединению которых можно свести большинство радиоэлектронных устройств).

Точка в монтаже системы безопасности, в которой выходное напряжение существенно отличается от нормы, можно назвать точкой дефекта. Для Г-образного четырехполюсника такой точкой может быть его выход.

При поиске дефекта наибольший интерес представляет такой Г-образный четырехполюсник, у которого входное напряжение U1 соответствует номинальному, а выходное напряжение U2 в точке дефекта существенно отличается от номинального.

При этом возможны следующие варианты:

  • U2 = 0, если Z1 = ∞ (обрыв в последовательной ветви) или Z2 = 0 (короткое замыкание в параллельной ветви);

  • U2 = U1, если Z1 = 0 или Z2 = ∞;

  • U2 меньше нормы, если Z1 увеличилось или Z2 уменьшилось;

  • U2 больше нормы, если Z1 уменьшилось, или Z2 увеличилось.

Вообще говоря, возможен и такой случай, когда U2 становится больше U1. Это говорит о том, что появился неочевидный источник напряжения (например, из-за нарушения изоляции между соседними проводами).

Рассмотренные соотношения справедливы как для линейных, так и нелинейных четырехполюсников, как для частотно-зависимых, так и частотно-независимых.

Отметим, что не столь важно точное значение напряжения U2 – при ремонте достаточно обнаружить его качественное изменение как следствие неисправности элементов Z1 и Z2.

Одновременно дефектными оба элемента четырехполюсника бывают крайне редко; чаще из строя выходит один элемент, а уже вследствие этого другой.

Параметры радиоэлементов могут изменяться во времени вплоть до выхода из поля допуска. При поиске дефектов следует учитывать закономерности изменения параметров радиоэлементов:

  • сопротивление резистора не может уменьшиться по сравнению с первоначальным,

  • емкость конденсатора не может возрасти по сравнению с первоначальной,

  • у конденсатора может появиться проводимость.

В схему дефектного Г-образного четырехполюсника может входить не два элемента, а значительно больше. Поэтому в качестве Z1 следует рассматривать все последовательно включенные элементы от точки, где напряжение U соответствует норме, вплоть до точки дефекта. В качестве Z2 должны рассматриваться все элементы, включенные параллельно выходу четырехполюсника.


^

Коэффициент шума четырехполюсника


Коэффициент шума (дифференциальный) четырехполюсника определяется как отношение суммарной мощности шума на выходе от всех причин, к мощности шума на выходе при условии, что сам четырехполюсник не шумит; причем на входе источник шума находится при стандартной температуре T0 =290o K.

Коэффициент шума – эта характеристика четырехполюсника и она не зависит от мощности сигнала и шума на входе. Поэтому в качестве источника шума на входе выбирается генератор шума, который излучает ту же мощность, что и резистор, равный опорному сопротивлению Zo (обычно 50 Ом). Теперь рассмотрим четырехполюсник с вынесенными из него шумами, описанными как автономные шумовые генераторы 1 и 2. Коэффициент шума не зависит от нагрузки, а точнее, не зависит от рассогласования на выходе (поскольку мощности зависят одинаково). Собственные шумы нагрузки учитываются в шумах следующего каскада.
Так как коэффициент шума не зависит от нагрузки, то положим, что на выходе включено сопротивление:

.

Пассивные LC-фильтры обычно представляют собой реактивный лестничный четырехполюсник, включенный между генератором с активным внутренним сопротивлением и нагрузкой с активным сопротивлением R. Входное сопротивление реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление. Каскадное соединенные четырехполюсники с согласованными характеристическими сопротивлениями могут быть замещены одним четырехполюсником, имеющим характеристические сопротивления, равные входному характеристическому сопротивлению первого и выходному характеристическому сопротивлению последнего четырехполюсника. Мера передачи g результирующего четырехполюсника определяется алгебраической суммой мер передачи составных четырехполюсников.
Отсюда следует, что каскадное соединенные четырехполюсники с согласованными характеристическими сопротивлениями могут быть замещены одним четырехполюсником, имеющим характеристические сопротивления, равные входному характеристическому сопротивлению первого и выходному характеристическому сопротивлению последнего четырехполюсников. Мера передачи результирующего четырехполюсника определяется алгебраической суммой мер передачи составных четырехполюсников.
Постоянная передача цепочки, как и всякого симметричного четырехполюсника, определяется выражением, которое совпадает с модулем выражения для коэффициента усиления четырехполюсника с ООС.

Передаточная функция для линейного четырехполюсника определяется только внутренней структурой четырехполюсника и параметрами ее элементов и не зависит от характера возмущения на ходе прибора.
Вид частотных и фазовых характеристик четырехполюсника определяется соответственно модулем и аргументом его передаточной функции. При синтезе четырехполюсника по рабочим параметрам задаются рабочей передаточной функцией или ее модулем и аргументом. Рассмотрение характеристики рабочего затухания в децибелах упрощается при использовании квадрата рабочего ослабления. Соответственно при синтезе четырехполюсников принято задавать не частотную характеристику.

На входе четырехполюсника действует сигнал, который необходимо усилить. Основными показателями усиления будут следующие параметры:
Если на входе четырехполюсника действует колебательное напряжение с огибающей, изменяющейся по закону Е (t).
Если на входе четырехполюсника действует единичный импульс ЭДС, обладающий спектральной плотностью, равной единице для всех частот. Следовательно, отклик на единичный импульс, т. е. импульсная характеристика цепи, легко определяется с помощью обратного преобразования Фурье, примененного к передаточной функции;
Если на входе линейного четырехполюсника действует сигнал произвольной формы в виде ЭДС(t), то, применяя спектральный метод, нужно определить спектральную плотность входного сигнала.
Коэффициенты четырехполюсника можно определить из решения системы уравнений, что весьма трудоемко при сложной цепи. Проще найти эти коэффициенты для имеющегося четырехполюсника из опыта. Вследствие линейности четырехполюсника коэффициенты не зависят от значений токов и напряжений на входе и выходе.


^

Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника

Методы измерения рабочего затухания и рабочего усиления четырёхполюсника. Схемы измерения, источники погрешностей. Затухание энергетическая мера передачи гармонического сигнала через четырёхполюсник. Различают 3 вида затухания: рабочее, вносимое и собственное, которые характеризуют четырёхполюсники, предназначенные для передачи информации. Рабочее затухание определяется по формуле  дБ P1 кажущаяся мощность, которую может отдать генератор на согласованную с ним нагрузку. Величины Р1 и Р2 связаны с величиной ЭДС генератора Е и напряжением на нагрузке Uн известными соотношениями, где Zн и Zr -  модули полных сопротивлений генератора и нагрузки. Существует 2 метода измерения рабочего затухания и усиления четырёхполюсника: Метод известного генератора Метод известного генератора Метод известного генератора основан на использовании измерительного генератора с известным внутренним сопротивлением Zr и ЭДС.  Для определения рабочего затухания четырёхполюсника этим методом достаточно измерить напряжение U на выходе четырёхполюсника. Можно напряжение на нагрузке определить с помощью измерителя уровня. Схема измерения рабочего затухания методом известного генератора. Данный режим измерения позволяет ускорить и автоматизировать процесс снятия частотных характеристик рабочего затухания. Значение ЭДС и внутреннего сопротивления генератора в рабочем диапазоне частот могут изменяться под влиянием паразитных параметров входного блока генератора и колебания значения сопротивления нагрузки, поэтому во время измерения рабочего затухания необходимо следить за постоянством ЭДС и внутреннего сопротивления генератора. Для стабилизации параметров на выходе генератора часто включают резисторные удлинители, представляющие собой звенья Т и П-образных четырёхполюсников, затухание которых соответствует затуханию электрически длинной линии, т.е. 15-20дБ. В результате получают известный генератор с более стабильными параметрами.

^

Метод известного генератора

Метод известного генератора основан на использовании измерительного генератора с известным внутренним сопротивлением Zr и ЭДС Е.  Для определения рабочего затухания четырёхполюсника этим методом достаточно измерить напряжение U на выходе четырёхполюсника. Можно напряжение на нагрузке определяет с помощью измерителя уровня. Данный режим измерения позволяет ускорить и автоматизировать процесс снятия частотных характеристик рабочего затухания. Значение ЭДС и внутреннего сопротивления генератора в рабочем диапазоне частот могут изменяться под влиянием паразитных параметров входного блока генератора и колебания значения сопротивления нагрузки, поэтому во время измерения рабочего затухания необходимо следить за постоянством ЭДС и внутреннего сопротивления генератора. Для стабилизации параметров на выходе генератора часто включают резисторные удлинители, представляющие собой звенья Т и П-образных четырёхполюсников, затухание которых соответствует затуханию электрически длинной линии, т.е. 15-20дБ. В результате получают «известный» генератор с более стабильными параметрами: внутренним сопротивлением, равным характеристическому сопротивлению удлинителя, и ЭДС, равной напряжению на выходе без нагрузки. Погрешность измерения рабочего затухания методом известного генератора определяется в основном погрешностью измерительного прибора и составляет обычно 0,1-0,8 дБ.

^

Параметры транзистора как четырехполюсника. h-параметры

Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 (рис. 4).

^

Рис. 4. Схема четырехполюсника

В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Это системы z-параметров, y-параметров и h-параметров. Рассмотрим их более подробно, используя линейное приближение.

^

Система z-параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 будем определять как функции этих токов. Тогда связь напряжений и токов в линейном приближении будет иметь вид:

^

Коэффициенты zik в этих уравнениях определяются следующим образом:

- определяются как входное и выходное сопротивления.

^

- сопротивления обратной и прямой передач.

Измерения z-параметров осуществляются в режиме холостого хода на входе (I1 = 0) и выходе (I2 = 0). Реализовать режим разомкнутого входа I1 = 0 для биполярного транзистора достаточно просто (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому размыкающее сопротивление в цепи эмиттера в несколько кОм уже позволяет считать I1 = 0). Реализовать режим разомкнутого выхода I2 = 0 для биполярного транзистора сложно (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и размыкающее сопротивление в цепи коллектора в силу этого должно быть порядка ГОм).

^

Система y-параметров

Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника напряжения U1 и U2, а токи I1 и I2 будем определять как функции этих напряжений. Тогда связь токов и напряжений в линейном приближении будет иметь вид:

^

Коэффициенты в уравнениях имеют размерность проводимости и определяются следующим образом:

- входная и выходная проводимости.

^

- проводимости обратной и прямой передач.

Измерение y-параметров происходит в режиме короткого замыкания на входе (U1 = 0) и выходе (U2 = 0). Реализовать режим короткого замыкания на входе (U1 = 0) для биполярного транзистора достаточно сложно (сопротивление эмиттерного перехода составляет всего десятки Ом и поэтому замыкающее сопротивление в цепи эмиттера должно составлять доли Ома, что достаточно сложно). Реализовать режим короткого замыкания на выходе U2 = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут быть даже сотни Ом).

^

Система h-параметров

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом:

^

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

^

- выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;

- коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;

^

- коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5. а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

^

Рис. 5. Эквивалентная схема четырехполюсника:
а) биполярный транзистор в схеме с общей базой;

б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером.

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5, а также выражениями для вольтамперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

^

Таблица 2. Связи между h параметрами

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h21э в зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) - коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.

^

Рис. 6. Зависимость коэффициента h21э для различных транзисторов.

Вывод

Четырёхполюсник - электрическая цепь (её участок) с четырьмя полюсами (зажимами), к которым могут подключаться другие цепи (участки цепи); наиболее распространённый тип многополюсника. В четырехполюснике обычно различают две пары зажимов: входные и выходные (предназначенные для подсоединения, соответственно, источника электрической энергии и нагрузки). Если зависимость между токами через Ч. и напряжениями на его зажимах линейная, то четырехполюсник называются линейным (в противном случае — нелинейным). Основная характеристика линейного четырехполюсника — комплексный коэффициент передачи, равный отношению комплексных амплитуд на его входе и выходе. Четырехполюсник называется симметричным, если при перемене мест подсоединений приёмника и источника его характеристики не меняются. Четырёхполюсником называется любая цепь, имеющая два входных и два выходных зажима. Примеры четырехполюсника: линия передачи, линия связи, трансформатор, выпрямитель, мостовые цепи, электрические цепи.




 


Список литературы


  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

  2. Каплянский А. Е. и др. Электрические основы электротехники. Изд. 2-е. Учеб. пособие для электротехнических и энергетических специальностей вузов. -М.: Высш. шк., 1972. -448с.

  3. Бобровников К. Н. «Электротехника» - 5-е изд., М. Электроник, 2005г.

  4. Каскадров А. М, Нильщенко А. Д., Доценко Ю. А. – «Теория цепей и их анализ» - М. Высшая школа., 1997г.

  5. Пирогов А. П., Миров М. А. – «Основы электротехники». – М. «Связь», 1998г.






Скачать 307.66 Kb.
оставить комментарий
Отарбаева Ж. О
Дата10.03.2012
Размер307.66 Kb.
ТипКурсовая, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх