ET 11 Vierpole

ET 11 Vierpole
1 Versuchsziel
Kennenlernen von Meßmethoden zur Bestimmung der Parameter elektrischer Vierpole.
2 Vorausgesetztes Wissen
Strom - Spannungsbeziehungen; Vierpolkennlinien
Vierpolarten
Vierpolgleichungen
Umwandlung der Vierpolbeziehungen
Vierpolersatzschaltungen
Vierpolzusammenschaltungen
3 Versuchsvorbereitung
3.1 Berechnen Sie für den Vierpol Bild ET11-1 die Eingangskennlinie I1 = f (U1) mit U2 als
Parameter und die Ausgangskennlinie I2 = f (U2) mit U1 als Parameter und stellen Sie diese grafisch dar.
Bild ET 11-1
_I 1
U1
R2
I2
U2
R1
3.2 Ermitteln Sie zu Bild ET11-2 die Koeffizienten der Vierpolimpedanzmatrix!
Bild ET 11-2
I1
U1
R
1
jω C
I2
U2
11-1
ET11 Vierpole
3.3 Berechnen Sie die Koeffizienten der Kettenmatrix nach Bild ET11-2! Der vorliegende
Vierpol ist offensichtlich nicht symetrisch. Weisen Sie dies anhand der berechneten Koeffizienten nach!
3.4 Berechnen Sie die Koeffizienten der Impedanzmatrix , die Leerlauf - (ZL) und die Kurzschlußimpedanz (ZK) sowie den Wellenwiderstand (ZO) der Kreuzschaltung nach Bild
ET11-3.
Bild ET 11-3
Z1
~
Z2
wobei Z 1 = Z 4
~
und Z 2 = Z 3 sei.
~
Z3
~
Z4
3.5 Gegeben ist ein linearer passiver Vierpol. Es treten keine Phasenverschiebungen auf. Berechnen Sie aus den Meßwerten der Tabelle ET11-1 die Elemente des π- und des T-Ersatzschaltbildes des Vierpols.
Bild ET 11-4
_I 1
_I 2
Vierpol
U
_2
_1
U
An ihm wurden folgende Meßwerte aufgenommen:
Messung
U1
U2
I1
I2
1
5V
0
15mA
5mA
2
0
5V
-5mA
-10mA
Tab.ET11-1
11-2
ET11 Vierpole
3.6 Errechnen Sie die Kennwerte des Vierpols Z1l, Z1k, Z2l, Z2k, Zw1 und Zw2 nach Bild
ET11-6.
Z1L...Eingangsleerlaufimpedanz
Z1K...Eingangskurzschlußimpedanz
Z2L...Ausgangsleerlaufimpedanz
Z2K...Ausgangskurzschlußimpedanz
Zw1...Wellenwiderstand am Eingang
Zw2 ...Wellenwiderstand am Ausgang
3.7 Literatur: [3], [12], [15], [16], [21]
4 Versuchsdurchführung
4.1 Siebschaltungen
verwendete Geräte:
1
Frequenzgenerator VPP = 45V
(eingebaut im Versuchstisch)
2
Tischmultimeter Fluke 45
1
Analogoszilloskop PM3050
1
Universalplatte
2
Widerstand 1kΩ
2
Kondensator 0,22µF
1
Übertrager 1 : 1
1
Meßwiderstand 10Ω
4.1.1 Ermitteln Sie durch Messung der Klemmengrößen unter definierten Nebenbedingungen (Leerlauf, Kurzschluß) die Vierpolparameter der Leitwertform des RC-Netzwerkes
(Tiefpaß 1. Grades) nach Bild ET11-2. R = 1 kΩ , C = 0,22 µF , Uq = 10 V , f = 1 kHz
4.1.2 Ermitteln Sie durch Messung die Klemmengrößen, die Vierpolparameter der Widerstandsform des RC-Netzwerkes (Hochpaß) nach Bild ET11-5.
R = 1 kΩ , C = 0,22 µF , Uq = 10 V , f = 1 kHz
Bild ET 11-5
_I 1
U1
1
jω C
I2
R
U2
4.1.3 Bauen Sie mit einer Kettenschaltung zweier Tiefpaßschaltungen 1. Grades nach Bild
ET11-2 einen Tiefpaß 2. Grades auf und ermitteln Sie durch Messung der Klemmengrößen die A-Parameter des so entstandenen neuen Vierpols.
11-3
ET11 Vierpole
4.1.4 Überprüfen Sie die ermittelten Werte von 3.1.3 an Hand der Werte von 3.1.1 durch
Rechnung. Diskutieren Sie auftretende Abweichungen!
Bild ET 11-6
I1
Vierpol
R1
R2
3,3kΩ
U1
I2
1k Ω
R3
2,2kΩ
RB
4.2 Betriebsparameter von Vierpolen
verwendete Geräte(3.2...3.3):
1
Frequenzgenerator VPP = 45V
(eingebaut im Versuchstisch)
2
Tischmultimeter Fluke 45
1
Universalplatte
1
Widerstand 1 kΩ
1
Widerstand 2,2 kΩ
1
Widerstand 3,3 kΩ
1
Widerstandsdekade 0...10kΩ
Bauen Sie die Schaltung nach Bild ET11-6 auf und messen Sie in Abhängigkeit von RB
(0 ≤ R B ≤ 10kΩ) bei U1 = 10 V die Spannung U2 und die Ströme I1 und I2. Berechnen Sie daraus V U = U 2 /U1 , V I = I 2 /I1 , Vp = P 2 /P1 , die Eingangsimpedanz Z 1 und die Ausgangsimpedanz Z2 und stellen Sie dies in einem Kennlinienfeld graphisch dar. Diskutieren Sie
das Ergebnis.
Hinweis: Die Spannung U1 ist bei jeder Laständerung nachzustellen.
4.3 Wellenparameter von Vierpolen
Ermitteln Sie durch Messung der Spannungen und Ströme unter geeigneten Nebenbedingungen den Wellenwiderstand des Vierpols nach Bild ET11-6. Vergleichen Sie das Ergebnis mit
den Werten von 3.2!
4.4 Ersatzschaltbilder
Bauen Sie die T- und π- Ersatzschaltbilder mit den unter 2.5 berechneten Bauelementewerten
auf und überprüfen Sie die in der Tabelle ET11-1 dargestellten Meßwerte.
11-4