Четырехполюсник

4.  Попов  В.С. Теоретическая электротехника. – М., Энергия, 1978. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение А 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение  Б

Читинский государственный университет

Кафедра «Физики и техники связи» 
 
 
 

Лабораторная  работа 

По дисциплине

«ФИЗИКА»

«Исследование разветвленной электрической цепи» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная  работа ОЦ302

Исследование  разветвленной электрической  цепи

Приборы и оборудование: Лабораторный стенд «Каскад», модуль с исследуемой схемой, вольтметр и двулучевой осциллограф.

Цель  работы

     Целью работы является экспериментальное  исследование входных и передаточных характеристик разветвленной резистивной  электрической цепи.

1 Теоретическая часть

Резистивные цепи

       Пусть к резистивному элементу  R приложено гармоническое напряжение

      u = U_msin (ωt + φ_n)                    (5.1)

     Согласно  закону Ома через элемент R будет протекать ток

                               (5.2)

где I_m = U_m/R — амплитуда; φ_і = φ_u — начальная фаза тока. Таким образом, ток i и напряжение u в резистивном элементе совпадают по фазе друг с другом (рис. 2.6, а). Средняя за период Т мощность, выделяемая в резисторе R,

                         (5.3)

     При последовательном или параллельном соединениях нескольких резистивных элементов ток в цепи определяется уравнением, аналогичным (5.2), где R определяется согласно (5.4) для последовательного и (5.5) для параллельного соединений элементов. При этом фазовый сдвиг между током и приложенным напряжением остается равным нулю.

                (5.4)

           (5.5)

Резистор (активное сопротивление)

     Пусть по резистору сопротивлением R течет ток i = I_m sin ωt . По закону Ома напряжение на резисторе

u = ίR = R I_m sin ωt = U_m sin ωt,

где U_m = R I_m

     Комплексы тока I_m и напряжения U по фазе совпадают.

     Протекание  по цепи тока сопровождается потреблением от источника энергии. Скорость поступления энергии характеризуется мощностью. Условимся под мгновенным значением мощности понимать произведение мгновенного значения напряжения u на участке цепи на мгновенное значение тока i , протекающего по этому участку:

p=ui,

где р - функция времени.

При активной нагрузке

     Мгновенная  мощность имеет постоянную составляющую U_mI_m/ 2 и

составляющую  U_mI_mcos2ωt/2, изменяющуюся с частотой 2 ω.

2 Задание для самостоятельной подготовки

     2.1. По одному из учебников [1] или  [3] следует ознакомиться с понятиями  входных и передаточных функций  обратимых электрических цепей:  входной и передаточной (или взаимной) проводимостью, входным и передаточным сопротивлением.

     2.2. Приведите в лабораторной тетради  краткие письменные ответы на контрольные вопросы.

3 Методические указания по проведению работы

     3.1. Получите у преподавателя допуск  к проведению данной работы.

     3.2. Установите модуль с исследуемой  схемой (рис. 5.1.) на лабораторный  стенд. В качестве R₁ используется  резистор номиналом 750 Ом. В качестве R₂ - резистор номиналом 1 кОм, в качестве R₃ – резистор номиналом 1 кОм и в качестве R₅ - резистор 200 Ом. Чтобы получить возможность измерять входной ток, напряжение генератора подводится к разветвленной цепи через резистор с известным сопротивлением R. 
 

     Данный  модуль имеет четыре переключателя:

     1-ый  имеет 6 положений для исследования 6 вариантов подключения исследуемой  цепи.

     2-ой  позволяет переключать между  резисторами R3 и R3’.

     3-ий  позволяет переключаться между  режимами измерения входного (положение  «1») и выходного напряжения (положение  «2»).

     4-ый  позволяет менять вход с выходом  местами.

     3.3. Установите 3-ий переключатель в  положение «1», что соответствует  измерению напряжению на входе  цепи.

     3.4. Генератор стенда включите в  режиме ГСС (синусоидальная форма  напряжения варьируемой частоты  «f-var»).

     3.5. По вольтметру V1 установите максимально возможное напряжение Е генераторного блока.

     3.6. Включите переключатель «1» модуль  в режим «1», чтобы получить  следующую цепь (рис. 5.2.)

     3.7. Запишите напряжение Е генераторного  блока, измеренное по вольтметру.

     3.8. Измерьте напряжение на резисторе  R, переключив 3-ий тумблер в положение «2». Запишите результаты измерений и подсчитайте по закону Ома ток I, который подведен к входным узлам 4 и 4’ исследуемой цепи.

                                      Рис.5.2.

     3.9. Переключите модуль «1» в режим  «2», чтобы получить следующую  цепь (рис. 5.3.). (При этом переключении  сохранятся старые значения всех  токов и напряжений цепи.).

                                     Рис.5.3.

     В результате описанного переключения выходной узел цепи 5' оказывается соединенным  с точкой ее заземления.  

     Это позволяет измерить выходное напряжение U5 с помощью заземленного вольтметра V2 по схеме (переключение тумблера «3» в положение «2»),соединённым с узлом 5 цепи (рис. 5.3). Измерьте выходное напряжение и подсчитайте передаточное сопротивление R₅₄.

     3.10. Переключите модуль «1» в режим  «3», чтобы получить следующую  цепь (рис. 5.4.)

                                               Рис. 5.4.

     Измерьте  входное напряжение U₄ цепи и   подсчитайте   входное сопротивление R₄₄

     3.11. Переключите «4» в режим «2»,а  модуль «1» в режим «4», чтобы  получить следующую цепь (рис. 5.5.). (В данной цепи  к выходным  узлам  5 и 5' подводится ток I и один из узлов резистора R соединен с землей.) 
 
 

                                 Рис. 5.5.

     3.12. Измерьте напряжение U', на резисторе R (положение 3-го тумблера в положение «2»). Запишите результат измерения и подсчитайте ток I. который подводится к выходным узлам цепи (рис. 5.5).

     3.13. Переключите модуль «1» в режим  «5», чтобы получить следующую  цепь (рис. 5.6). (При этом переключении  сохранятся старые значения всех  токов и напряжений цепи.).

                                  Рис. 5.6

     В данной цепи узел 4 соединён с вольтметром  V₂. При этом мы получаем возможность изменить входное напряжение цепи U₄.

     Измерьте  напряжение U₄ и подсчитайте передаточное сопротивление R₄₅ исследуемой цепи. Сделайте заключение о том, выполняется ли принцип взаимности в исследуемой цепи.

     3.14. Переключите модуль «1» в режим  «6», чтобы получить следующую  цепь (рис. 5.7).

                            Рис. 5.7

     Измерьте  напряжение  на резисторе R5. Запишите результаты измерений и подсчитайте  выходное сопротивление R55.   

     Передаточные  сопротивления подсчитываются по формулам:

;

;

     3.15.После  проведения всех операций переключите  «2» в положение «2» и повторите  все действия (3.3-3.14) для определения симметричности схемы.

4 Контрольные вопросы

1. Как  определяются входные и передаточные сопротивления и     проводимости цепи?
2. Что такое обратимые цепи и принцип взаимности?
3. Какие классы электрических цепей являются заведомо обратимыми?
4. Приведите пример обратимой цепи.
5. Приведите пример необратимой цепи.