Цель работы: изучение способов экспериментального определения ослабления четырехполюсника
Величина собственного затухания четырехполюсника характеризует потери мощности в четырехполюснике.
1. Измерение собственного ослабления четырехполюсника
Собственное ослабление характеризует потери мощности в четырехполюснике. Эта величина определена как:
,
где 
-полная мощность на входе четырехполюсника;
- полная мощность на его выходе.
Отличительной особенностью собственного ослабления является требование полного согласования тракта передачи сигнала, причем вход четырехполюсника должен быть согласован с выходом генератора 
, а выход четырехполюсника - с нагрузкой 
. Очевидно, что при этом условии входное сопротивление несимметричного четырехполюсника будет представлять собой характеристическое сопротивление со стороны входа 
, а выходное - характеристическое сопротивление со стороны выхода четырехполюсника 
.
Значения мощностей 
и вычисляют по результатам измерений напряжения на входе 
и выходе 
четырёхполюсника, соответственно:
, 
.
Подстановка этих выражений приводит к соотношению для вычислений собственного ослабления четырехполюсника:
, дБ.
Таким образом, для нахождения собственного ослабления четырехполюсника (при известных его характеристических сопротивлениях) достаточно измерить напряжения на входе и выходе согласованного четырехполюсника. Для этого следует собрать схему, представленную на рисунке 1.
K
~ U1 4-х пол. U2 RН
Рис. 1. Схема измерений собственного ослабления четырёхполюсника.
В состав схемы измерений входят: генератор гармонических колебаний, вольтметр переменного тока, измеряемый четырехполюсник, нагрузка сопротивлением 
и двухполюсныйпереключатель K. От измерительного генератора на каждой выбранной частоте подается в схему сигнал постоянного уровня (ориентировочно напряжением 1-3 вольта). Величина напряжения контролируется с помощью вольтметра, подключенного первоначально к входу четырехполюсника, а затем к его выходу.
Таблица 1
| Частота f, кГц | Напряжение на входе четырехполюсника , В
| Напряжение на выходе четырехполюсника  , В
| Собственное ослабление четырехполюсника  , дБ
|
| 2.45 | 2.05 | 1.548 | |
| 2.36 | 2.06 | 1.181 | |
| 2.3 | 2.04 | 1.042 | |
| 2.23 | 2.0 | 0.945 | |
| 2.16 | 1.95 | 0.888 | |
| 2.1 | 1.9 | 0.869 | |
| 2.09 | 1.9 | 0.828 | |
| 2.03 | 1.85 | 0.806 | |
| 1.96 | 1.8 | 0.74 | |
| 1.9 | 1.74 | 0.764 | |
| 1.85 | 1.68 | 0.837 |
По результатам измерений следует построить график зависимости собственное ослабление четырехполюсника от частоты.
2. Измерение рабочего ослабления четырехполюсника
Рабочее ослабление четырехполюсника характеризует потери мощности сигнала в системе передачи генератор – четырехполюсник – приемник при любых произвольных значениях сопротивлений генератора и приемника. Величина рабочего ослабления определяется соотношением:
, дБ
где - полная мощность, выделившаяся в идеальной нагрузке, непосредственно подключенной к генератору и согласованной с ним;
- полная мощность, выделившаяся в рабочей нагрузке, подключенной к генератору через исследуемый четырехполюсник (рис. 2).
ZГ ZГ
S1 S2
E 
E 4-х пол. ZН
Рис. 2. Рабочее ослабление четырёхполюсника
Мощности и вычисляют по результатам измерений напряжения на сопротивлениях нагрузок. Схема измерений приведена на рисунке 3. В состав схемы входят: генератор гармонических колебаний, вольтметр переменного тока, исследуемый четырехполюсник, переключатель K и два магазина сопротивлений, имитирующих внутреннее сопротивление генератора сигналов 
и резистивную нагрузку 
, 
.
RГ
~ 4-х пол. RН
Рис. 3. Схема измерений рабочего ослабления четырёхполюсника.
Значения мощностей вычисляют по результатам измерений напряжений:
, 
,
где - напряжение на нагрузке, подключенной к генератору и согласованной с ним; - напряжение на нагрузке, подключенной к генератору через исследуемый четырехполюсник; 
- сопротивление согласованной нагрузки, равное сопротивлению генератора; - сопротивление рабочей нагрузки.
Соотношение для вычислений рабочего ослабления по результатам измерений напряжения имеет вид:
, дБ.
Значения сопротивлений , 
задаются преподавателем, результаты измерений записывают в таблицу 2. После этого необходимо исследовать зависимость рабочего ослабления от сопротивлений генератора и нагрузки.
Таблица 2.
| Частота f, кГц | Напряжение на согласованной нагрузке , В
| Напряжение на выходе четырехполюсника , В
| Рабочее ослабление четырехполюсника  , дБ
|
| 2.27 | 1.9 | 1.545 | |
| 2.29 | 1.91 | 1.576 | |
| 2.29 | 1.88 | 1.714 | |
| 2.29 | 1.83 | 1.948 | |
| 2.28 | 1.77 | 2.199 | |
| 2.36 | 1.7 | 2.849 | |
| 2.34 | 1.69 | 2.827 | |
| 2.32 | 1.63 | 3.066 | |
| 2.3 | 1.56 | 3.372 | |
| 2.27 | 1.5 | 3.599 | |
| 2.24 | 1.45 | 3.778 |
График зависимости рабочее ослабление четырехполюсника от частоты
Измерения выполняются в два этапа. Первоначально исследуется зависимость ослабления от величины сопротивления генератора 
при неизменном сопротивлении нагрузки, затем зависимость рабочего ослабления от сопротивления нагрузки при неизменном сопротивлении генератора. Частота сигнала остается неизменной=0,1кГц.
Таблица 3
Сопротивление генератора  , Ом
| Сопротивление нагрузки четырех-полюсника , Ом
| Напряжение на согласованной нагрузке , В
| Напряжение на выходе четырехполюсника , В
| Рабочее ослабление четырех-полюсника, , дБ
|
| ||||
| 2.3 | 1.7 | 5.636 | ||
| 2.3 | 2.14 | 2.387 | ||
| 2.3 | 2.21 | 1.139 | ||
| 2.3 | 2.04 | 1.042 | ||
| 2.3 | 1.35 | 1.222 | ||
| 2.3 | 1.75 | 1.124 | ||
| 2.3 | 1.61 | 1.337 | ||
| ||||
| 2.3 | 1.4 | 1.302 | ||
| 2.3 | 1.66 | 1.071 | ||
| 2.3 | 1.87 | 1.006 | ||
| 2.3 | 2.05 | 0.999 | ||
| 2.3 | 2.19 | 1.095 | ||
| 2.3 | 2.3 | 1.249 | ||
| 2.3 | 2.4 | 1.391 |
Построим на одном график кривые зависимости ослабления от сопротивления нагрузки и сопротивления генератора.
3. Измерение вносимого ослабления четырехполюсника
Вносимое ослабление четырехполюсника характеризует потери мощности, обусловленные включением четырехполюсника в тракт передачи сигнала. Величина вносимого ослабления определяется соотношением:
, дБ
где - полная мощность, выделившаяся в нагрузке, подключенной непосредственно к генератору;
- полная мощность, выделившаяся в той же нагрузке, подключенной к генератору через исследуемый четырехполюсник (рис. 4).
ZГ ZГ
S2
E U1 Zн E 4-х пол. U2ZН
Рис. 4. Вносимое ослабление четырёхполюсника
Значения мощностей вычисляют по результатам измерений напряжения на нагрузке :
, 
.
Таким образом, вносимое ослабление четырехполюсника определяется соотношением:
, дБ
Таблица 4
| Частота f, кГц | Напряжение на нагрузке, подключенной к генератору , В
| Напряжение на нагрузке на выходе четырех-полюсника , В
| Вносимое ослабление четырехполюсника  , дБ
|
| 2.25 | 2.02 | 0.937 | |
| 2.26 | 2.92 | 0.975 | |
| 2.27 | 2.0 | 1.1 | |
| 2.27 | 1.97 | 1.231 | |
| 2.27 | 1.92 | 1.454 | |
| 2.37 | 1.93 | 1.784 | |
| 2.36 | 1.87 | 2.021 | |
| 2.36 | 1.82 | 2.257 | |
| 2.36 | 1.76 | 2.548 | |
| 2.35 | 1.7 | 2.812 | |
| 2.35 | 1.66 | 3.019 |
Построим зависимость величины ослабления от частоты измерительного сигнала.
Лабораторная работа № 4
