Оглавление:
Четырехполюсник
Активный 4 терминал имеет источник энергии, а пассивный не имеет источника энергии. Сеть с четырьмя клеммами является линейной, когда напряжение и ток на выходной клемме линейно зависят от напряжения и тока на входной клемме.
Если ток и напряжение цепи, к которой подключены 4 клеммы, не изменяется при инвертировании входных и выходных клемм, эти 4 клеммы симметричны. В противном случае 4 терминала являются асимметричными. Для передачи информации с использованием электромагнитной энергии (волны, сигналы электрических цепей) используются различные устройства с двумя входными (первичными) клеммами и двумя выходными (вторичными) клеммами.
Источник электрической энергии подключен к входной клемме, а нагрузка подключена к выходной клемме.
Такое устройство называется квадрупольным. В автономных 4-контактных клеммах напряжение поддерживается благодаря наличию внутреннего источника. Другими словами, эти 4 терминала всегда активны. В обратимой 4-портовой системе отношение входного тока к выходному току (сопротивление передачи) не зависит от пары вход / выход.
В противном случае 4 терминала необратимы. Основная задача 4-контактной теории состоит в установлении взаимосвязи между входным и выходным напряжениями и током, протекающим через входные и выходные клеммы. Два из четырех значений, которые определяют режим с четырьмя терминалами, можно считать заданным действием, а два остаются в ответ на эти эффекты. Следовательно, взаимосвязь между током и напряжением на входе и выходе четырехполюсной сети может быть описана в форме шести одновременных уравнений.
- В технологии связи под терминальной сетью понимается сложная электрическая цепь (или ее часть) с двумя парами зажимов для подключения к источнику и приемнику электрической энергии. Клемма (нагрузка), к которой подключен приемник, является выходной клеммой (полюсом).
Примеры 4-контактных устройств включают трансформаторы и усилители. К 4-контактным устройствам относятся электрические фильтры, беспроводные передатчики или устройства беспроводного усиления, а также междугородные телефонные линии. Все эти устройства имеют совершенно «разные» схемы и много общих характеристик.
В общем, квадруполи нарисованы так, как показано. . Источник электрической энергии с опорным напряжением Ug и внутренним сопротивлением Zg подключен к входу 4-клеммы 1-1 ‘. Нагрузка резистора Zн подключена к выходной клемме 2-2 ‘. На входной клемме напряжение U1. Выходной ток U1 I1 поступает на входную клемму, а I2 течет на выходную клемму. Обратите внимание, что другие квадруполи могут функционировать в качестве источника и приемника электрической энергии.
Используются условные обозначения для напряжения и тока. Это верно при анализе 4-терминальной сети в гармоническом режиме. Если используются периодические ангармонические или непериодические источники, могут использоваться спектральные представления напряжения и тока.
- Такие выражения широко используются при анализе частотных характеристик сети с четырьмя терминалами. При необходимости обращайтесь к изображениям оператора Uг (p), U1 (p), U2 (p), I1 (p) и I2 (p). Их легко получить, заменив оператор jw на оператор p.
- Есть 4-х терминальные линейные и нелинейные. Линейные 4-контактные устройства отличаются от нелинейных устройств тем, что они не содержат нелинейных элементов (NE) и поэтому характеризуются линейной зависимостью напряжения и тока выходного терминала от напряжения и тока входного терминала.
Примерами линейных 4-терминальных устройств являются электрические фильтры, линии связи и основные ресторанные устройства. Нелинейные примеры включают преобразователи частоты радиоприемника (включая диоды), выпрямители переменного тока и трансформаторы со стальными сердечниками (при работе со стальным насыщением).
Усилители, которые содержат NE (например, триоды), могут быть линейными или нелинейными четырьмя терминалами в зависимости от режима работы (линейный или нелинейный участок характеристик триода). Квадруполь пассивна и активна. Пассивные цепи не содержат источников электрической энергии, но активные цепи. Последний может включать в себя зависимые и независимые источники. Примером активного квадруполя с зависимым источником является произвольный усилитель. Примером пассивности является LC-фильтр.
- В зависимости от конструкции, имеются четырехполюсные мосты и лестницы: форма , чередующиеся . Среднее положение занято четырехполюсным сетевым мостовым (перекрывающимся) контуром.
Квадруполи можно разделить на симметричные и асимметричные. В симметричном квадруполе, даже если входные и выходные клеммы поменялись местами, напряжение и ток подключенной цепи не изменятся. В дополнение к электрической симметрии, квадруполи могут иметь структурную симметрию, определенную относительно вертикальной оси симметрии. Поэтому треугольник, боковые и перекрывающиеся квадруполи имеют вертикальную ось симметрии при Z1 = Z3. Мостовая цепь структурно симметрична. Ясно, что структурно симметричный квадруполь является электрически симметричным.
Квадруполи могут быть сбалансированными и несбалансированными. Сбалансированный квадруполь используется, когда он имеет ось симметрии (например, мостовую схему и зажим должен быть симметричным относительно любой точки (например, заземления). Может сбалансировать любую из 4 терминальных лестниц.
Квадруполи также можно разделить на обратимые и необратимые. Обратимые квадруполи позволяют передавать энергию в обоих направлениях. К ним применима теорема обратимости или взаимности. В соответствии с этим, даже если клемма заменена, отношение входного напряжения к выходному току не изменяется.
Система уравнений для сети с четырьмя терминалами. Основная задача 4-терминальной теории — установить связь между четырьмя величинами. Это входные и выходные напряжения и ток, протекающий через входные и выходные клеммы. Уравнение, которое показывает взаимосвязь между U1, U2, I1 и I2, называется уравнением квадрупольного переноса. Для линейных квадруполей эти уравнения являются линейными. Величина, соединяющая напряжение и ток в уравнении переноса, называется параметром для четырехполюсника.
Сложные электрические цепи с входными и выходными клеммами (такими как каналы связи) могут рассматриваться как набор четырехполюсников, подключенных по определенной схеме. Зная эти параметры сети с четырьмя терминалами, вы можете рассчитать сложные параметры сети с четырьмя терминалами, что приведет к сложным результатам без вычисления всех напряжений и токов в конкретной цепи. Вы можете получить взаимосвязь между напряжением и током на клеммах сети с 4 терминалами.
Кроме того, теория четырех терминалов может решить обратную задачу: используя заданные напряжение и ток, найти параметры четырех терминалов, построить схему и вычислить элементы, т.е. решить задачу синтеза.
Предположим, что сеть с четырьмя терминалами содержит n независимых цепей. Присвойте первую цепь входу 4-терминальной сети (Iк1 = I1), а вторую цепь — его выходу (Iк2 = I2). Предполагается, что внутренняя схема 4-терминальной сети не имеет независимого источника энергии.
При рассмотрении четырехполюсной сети важно заранее договориться о положительном направлении напряжения и тока. В дальнейшем соблюдайте положительное направление, обозначенное стрелками если не указано иное. Независимо от внутренней структуры, количества элементов и т. Д. Два квадруполя с одинаковой системой параметров четко характеризуются одним и тем же уравнением переноса. Такие квадруполи называются эквивалентными, и когда один из них включен, один и тот же режим устанавливается между одинаковыми внешними цепями на их клеммах.
Коэффициент параметров свойств. Поскольку системы с параметрами Y, Z, a, n и F формируются из коэффициентов уравнения передачи, они часто объединяются с помощью коэффициентов параметров с одинаковыми именами. Рассмотрим основные характеристики коэффициента параметра.
- Коэффициент параметра определяется только 4-контактной схемой и ее элементами и не зависит от внешней цепи, которая может подключить 4-контактную схему. Другими словами, 4 терминала сами по себе характеризуются. Сравните эти уравнения с уравнением переноса параметров. Как видите, параметры определяются исключительно фигурными квадрупольными элементами и не зависят от внешних воздействий.
- Поскольку все системы для параметров коэффициентов описывают одну и ту же сеть с четырьмя терминалами, существует четкая взаимосвязь между различными системами параметров коэффициентов.
Пример. Установите связь между параметрами и Z параметрами. Решение системы уравнений для неизвестных параметров показывает: Факторы имеют конкретное физическое значение. Чтобы определить это физическое значение, четыре терминала должны находиться в рабочем режиме, а уравнение переноса должно включать только один интересующий параметр.
Это происходит при использовании холостого хода (разомкнутая пара с XX-зажимом) и короткого замыкания (короткая пара с коротким зажимом).
- Таким образом, в XX, на клемме 2-2 ток I2 = 0. Из предыдущих свойств видно, что параметры и коэффициенты являются комплексными величинами, поскольку они определяются отношением комплексной амплитуды (среднеквадратичного значения) напряжения и тока. Для 4-портового анализа в режиме ангармонической вибрации используется спектральное представление количества электричества.
Можно показать, что параметры и коэффициенты конкретного частотного спектра являются рациональными функциями оператора jw, а не об отдельных частотах. При переходе от оператора jw к оператору p коэффициенты параметра являются рациональными функциями оператора p.
Смотрите также:
