Виды четырехполюсников
Четырехполюсник - электрическая цепь, являющаяся разновидностью многополюсника и имеющая четыре точки подключения (как правило, два входа и два выхода)
Пример схемы четырехполюсника изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Четырехполюсник. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В реальности четырехполюсниками являются:
- Линии электропередач.
- Телефонные линии.
- Трансформаторы.
- Стабилизаторы напряжения.
- Фильтры.
- Усилители.
Четырехполюсники могут быть нелинейными или линейными. Отличие между нелинейными и линейными заключается в том, что в линейных четырехполюсниках отсутствуют нелинейные элементы, поэтому для них характерна линейная зависимость между выходных тока и напряжения от входных. Четырехполюсники также могут быть активными или пассивными. В пассивных не содержатся источники энергии, а в активных присутствуют независимые и зависимые источники. Линейный четырехполюсник является активным, при условии, что при гармоническом возбуждении средняя мощность передаваемого им сигнала на выходе больше, чем на входе. Данные цепи могут быть линейными при малой амплитуде входных сигналов. Примером пассивного четырехполюсника является LC-фильтр, а активного любой усилитель. По структуре четырехполюсники могут быть мостовыми или лестничными (Т-образные, П-образные, Г-образные).
Также различают симметричные и несимметричные четырехполюсники. В симметричных перемена местами выходных и входных зажимов не может стать причиной изменения токов и напряжения в цепи, соединенной с ним. Кроме электрической симметрии различают также структурную, которая определяется относительно вертикальной оси симметрии. Уравновешенные четырехполюсники, в отличие от неуравновешенных, имеют горизонтальную ось симметрии. Они применяются в том случае, если из входы и выходы необходимо сделать симметричными относительно какой-либо точки. Обратимые четырехполюсники могут передавать энергию в любом направлении, поэтому для них справедлива теорема взаимности, согласно которой отношение напряжения на входе к току не выходе не изменяется, в случае перемены зажимов местами.
Режимы четырехполюсников
Различают всего четыре режима работы четырехполюсника:
- Режим нагрузки.
- Режим согласованной нагрузки.
- Режим короткого замыкания.
- Режим холостого хода.
Режим холостого хода и короткого замыкания используется определения параметров объекта. Режим нагрузки - стандартный, а режим согласованной нагрузки используется для определения условий отдачи на нагрузку максимальной мощности.
Холостой ход – это режим работы объекта при отключенной нагрузке.
Четырехполюсники, которые не содержат независимых источников тока или напряжения описываются четырьмя параметрами (два тока и два напряжения). Любые 2 величины, в этом случае, можно определить через две. Используется всего 6 систем записи формальных четырехполюсников:
Рисунок 2. Системы записи формальных четырехполюсников. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, A, B,C, D - комплексные параметры; Y - параметры проводимостей; Z - параметры сопротивлений; h - параметры, которые используются при рассмотрении схем с транзисторами; G - параметры, которые используются при рассмотрении ламповых схем.
Для расчета режима четырехполюсника принято выбирать положительные направления токов неодинаковыми (как на рисунке выше). Положительные направления токов обычно выбираются с источником питания на первичном входном выводе и приемником сопротивления на вторичных выводах, с записей в А-форме, а обратные положительные наоборот, с записью в В - форме. Отношение U к I называется входным сопротивлением, которое определяется режим работы четырехполюсника.
Таким образом для нахождения входных сопротивлений проще всего воспользоваться А и В формами:
Рисунок 3. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если приемник закорочен или выключен, то входные сопротивления характеризуют только четырехполюсник и зависят от его коэффициентов. Если питание осуществляется со стороны первичных выводов при коротком замыкания вторичных (Z2n = 0), то входное сопротивление определяется следующим образом:
Рисунок 4. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Откуда, с учетом коэффициентов сопротивления (табличное значение) получается:
Рисунок 5. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При холостом ходе на вторичных выводах, входное сопротивление рассчитывается следующим образом:
Рисунок 6. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если питание происходит с вторичных выводов при коротком замыкании первичных, то:
Рисунок 7. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При холостом ходе на первичных выводах, входное сопротивление определяется:
Рисунок 8. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Режим работы четырехполюсника (как и любой электрической цепи) характеризуется передаточными функциями при установленном сопротивлении приемника. Таким образом в отличии от коэффициентов четырехполюсника, передаточная функция находится в зависимости не только от параметров и структуры элементов четырехполюсника, но и параметров приемника. Например, если источника питания подключить к первичным выводам, как на рисунке, о можно составить различные передаточные функции, например:
$Ki = I2 / I1; Ku = U2 /U1; Kz = U2 / I1$
Рисунок 9. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
