Измерение ослабления четырехполюсника

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 R_Н

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).

 

 

Z_Г Z_Г

S₁ S₂

E E 4-х пол. Z_Н

 

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 , .

 

R_Г

 

 

~ 4-х пол. R_Н

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).

 

Z_Г Z_Г

S₂

E U₁ Zн E 4-х пол. U₂Z_Н

 

 

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