Вимірювання основних параметрів чотириполюсників

 

Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.

Для визначення малосигнальних параметрів і побудови ВАХ у ста­тичному режимі складають схему за рис. 2.10, використовуючи вимірю­вальні прилади постійного струму. В малопотужних схемах на вході вми­кають мілівольтметр та мікроамперметр, а на виході — вольтметр і міліам­перметр. Для підвищення точності вимірювань слід ураховувати спад напруги на внутрішньому опорі мікроамперметра. На практиці знімають та будують на

 

Рис. 2.10. Схема для зняття ВАХ чотири- Рис. 2.11. Схема для зняття
полюсника амплітудних та амплітудно-частотних

характеристик чотириполюсника

міліметровому папері в одній системі координат сім'ї ВАХ при різних значеннях фіксованої напруги (струму).

У системі Y-параметрів для зняття вхідних ВАХ фіксують кілька значень напруги U₂, стосовно яких знімають і будують залежність 1₁ від U₁. Якщо характеристика виходить не з початку координат, то слід ре­тельно визначити напругу U₀ при якій починає проходити струм I₁. Якщо ВАХ нелінійна, то в її криволінійній частині відліки беруть через менший інтервал. Для чотириполюсників з малопотужними транзисторами на практиці обмежуються значеннями U₂ = 0 й U₂ = 5 В, а значення напруги U₁ змінюють до 200…500 мВ. Деякі чотириполюсники, наприклад, які містять польові транзистори, вхідних ВАХ не мають.

Вихідні ВАХ знімають при фіксованих значеннях напруги U₁ зміною і побудовою залежності струму І₂ від U₂. Для чотириполюсників з мало­потужними транзисторами зручніше знімати характеристики зміною U₂ від максимального значення до нульового, а не навпаки. Це забезпечує менші похибки, що виникають через розігрівання транзистора.

Характеристику прямої передачі чотириполюсника можна побудува­ти, користуючись сім'єю вихідних ВАХ при фіксованій напрузі U₂ наприклад при U₂ = 5 В. Для експериментальної побудови характеристики прямої передачі фіксують напругу U₂ і змінюючи U_1, змінюють залежність струму І₂ від напруги U₁.

Характеристики внутрішньої зворотної передачі чотириполюсника на практиці не будують.

Для визначення малосигнальних параметрів за ВАХ вибирають РТ, положення якої задають значеннями напруг U₁₀ та U₂₀. Потім в околі цієї точки дають кінцеві прирости ΔU₁та ΔU₂ і визначають відповідні прирости ΔІ₁та ΔІ₂, після чого обчислення викопують за формулами, наве­деними на рис. 2.7.

Амплітудну характеристику чотириполюсника зручно знімати за схемою (рис. 2.11). Знімаючи АХ, плавно змінюють напругу на вході чоти­риполюсника за допомогою регулятора виходу генератора, не змінюючи його частоту. Спочатку визначають межу U_{вх mах}, до якої доцільно змінювати вхідну напругу (це можна зробити за допомогою осцилографа, споcтерігаючи спотворення сигналу на виході чотириполюсника, або за допомогою вольтметра, визначивши значення напруг, після яких порушується пропорційність зміни напруг вхідного і вихідного сигналів). Далі розривають весь інтервал О..U_{вх піах} так, щоб на початку і в кінці вимірювання інтервали між точками були меншими, а в середині більшими.

Рис. 2.12. Схема для зняття ФЧХ чотириполюсника (а) і форма зображення на екрані (б)

Всього досить вибрати 10—12 точок для вимірювання. Щоб запобігти спотворенню сигналу в підсилювачі осцилографа, режим підсилення на його вході слід вибирати так, аби зображення сигналу займало не більш як 3/4 екрана за висотою. За АХ обчислюють коефіцієнт передачі чотириполюсника та його динамічний діапазон.

Амплітудно-частотну характеристику чотириполюсника знімають теж за схемою на рис. 2.11. Тільки в цьому разі напругу на вході підтримують незмінною, а змінюють частоту сигналу. Знімають АЧХ в межах віл (0,2...0,5)f_н до (2...3)f_в стосовно широкосмугових чотириполюсників або в таких межах діапазону, для яких коефіцієнт передачі зменшується в 10 разів порівняно з коефіцієнтом передачі К_о вузькосмугових чотириполюсників. Досліджуючи частотні властивості чотириполюсників, доцільно в межах вибраного діапазону виконати вимірювання на 15.. .20 контрольних частотах, серед яких обов'язково мають бути частота f₀,на якій знімалась АХ, а також частоти f_ні f_в.

Напруги та частоти сигналів у дослідах слід вибирати такі, щоб ре­зультати вимірюваньбуло зручно обробляти усно і подавати у вигляді графіків. Наприклад, для зручності побудови нормованої АЧХ слід напругу на вході чотириполюсника встановлювати таку, щоб на середніх частотах напруга сигналу на виході була кратною 10ⁿ В, де n = 0, 1, 2, ...,і знаходилась у межах лінійної частини АХ, а для визначення коефіцієнта передачі К_о зручно вибирати напругу сигналу на вході, кратною 10ⁿ В. Частоти сигналів треба вибирати так, щоб вони виражалися не більш як двома значущими цифрами з нулями. АЧХ широкосмугових чотириполюсників доцільно будувати в логарифмічному масштабі.

Фазочастотну характеристику чотириполюсника доцільно знімати одночасно з АЧХ, результати вимірювань зводити в одну таблицю і подавати на одному графіку. Для вимірювання фазових зсувів можна використати, наприклад, метод фігур Ліссажу, для чого осцилограф перево­дять у режим очікування запуску і вмикають за схемою, показаною на рис. 2.12, а, одержуючи еліпс, зображений на рис. 12.2, б. Вимірявши в міліметрах значення х та X, знаходять фазовий зсув ер за формулою

 

(2.18)

Для дослідження ПХ чотириполюсника треба в схемі, зображеній на рис. 2.12, а, генератор гармонічних коливань замінити на генератор імпульсів й одержати на екрані

Рис. 2.13. Схема для вимірювання вхідного і вихідного опорів чотириполюсника

 

стійке зображення прямокутного імпуль­су — таке, як показано на рис. 2.9. Для підвищення точності вимірювання після спостереження всього імпульсу перемиканням тривалості розгортки змінити її масштаб так, щоб на всьому екрані був передній фронт імпульсу. Потім змінити тривалість розгортки, підсилення осцилографа і положення імпульсу на екрані так, щоб можна було б спостерігати тільки вершину імпульсу.

Для визначення вхідного та вихідного опорів чотириполюсника безпо­середнє вимірювання струмів і напруг майже не застосовують, оскільки вимірювати струми, особливо на середніх та високих частотах, дуже не­зручно. Тому для визначення цих параметрів використовують опосеред­ковані способи, що ґрунтуються на властивостях послідовного і паралель­ного з'єднань опорів. Вимірювання виконують на середніх частотах за схемою, зображеною на рис. 2.13, після чого обчисленням визначають тільки активні складові вхідного та вихідного опорів чотириполюсника.

Для визначення опору R_вх вимірюють напруги на виході генератора і на вході чотириполюсника U_вх. Тоді

 

 

(2.19)

Якщо

, (2.20)

то .

 

Умова (2.20) відповідає найбільшій точності вимірювань, тому слід вибирати значення близьким до теоретично розрахованого значення R_вх.

Для обчислення R_вих вимірюють напругу на виході чотириполюсника без навантаження (напругу холостого ходу U_х) та напругу з навантаженням (U_н).Тоді

 

. (2.21)

Якщо

, (2.22)

то .

Як і в попередньому випадку треба вибирати значення Я_н близьким до теоретично розрахованого значення R_вих.