Zweitore - Allgemeine und theoretische Elektrotechnik - Universität ...
Zweitore - Allgemeine und theoretische Elektrotechnik - Universität ...
Zweitore - Allgemeine und theoretische Elektrotechnik - Universität ...
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
Gr<strong>und</strong>lagen der <strong>Elektrotechnik</strong><br />
Praktikum Teil 1<br />
Versuch B1/4<br />
„<strong>Zweitore</strong>“<br />
<strong>Allgemeine</strong> <strong>und</strong> Theoretische <strong>Elektrotechnik</strong> (ATE)<br />
<strong>Elektrotechnik</strong> <strong>und</strong> Informationstechnik<br />
Fakultät für Ingenieurwissenschaften<br />
<strong>Universität</strong> Duisburg-Essen<br />
Duisburg, Juli 2013
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Gr<strong>und</strong>lagen 1<br />
1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
1.2 Das lineare passive Zweitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
1.3 Die Zweitorgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2<br />
1.4 Die Zweitorgleichungen in Leitwertform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
1.5 Die Zweitorgleichungen in Widerstandsform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
1.6 Die Zweitorgleichungen in Kettenform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2 Zusammenschaltung von <strong>Zweitore</strong>n 6<br />
2.1 Parallelschaltung zweier <strong>Zweitore</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
2.2 Reihenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
2.3 Kettenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
3 Versuchsdurchführung 10<br />
4 Hilfsblatt 12<br />
5 Messprotokoll 12<br />
ii
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
1 Gr<strong>und</strong>lagen<br />
1.1 Einleitung<br />
Ein elektrisches Netzwerk, das von aussen durch vier Anschlüsse zugänglich ist, wird Zweitor genannt.<br />
• Sind in einem Zweitor keine Quellen vorhanden, so heißt es passives Zweitor.<br />
• Ein Zweitor, das Quellen enthält, wird als aktives Zweitor bezeichnet.<br />
• Besteht ein Zweitor ausschließlich aus linearen Elementen (z.B. aus Widerständen, Spulen, Kondensatoren,<br />
Übertragern), so wird es lineares Zweitor genannt.<br />
1.2 Das lineare passive Zweitor<br />
Bei einem linearen passiven Zweitor stehen die vier Klemmen im Inneren durch beliebige Anordnungen<br />
von linearen passiven Elementen (z.B. Widerständen, Kapazitäten, Induktivitäten, Leitungen,<br />
magnetischen Kopplungen) in Verbindung.<br />
Abbildung 1. Zweitor mit Umgebung.<br />
Ist ein Zweitor nach Bild 1 mit einem umgebenden Netzwerk verb<strong>und</strong>en, ergibt sich bei Anwendung<br />
der Kirchhoffschen Knotengleichung<br />
Eine weitergehende Aussage ist in diesem Fall nicht möglich.<br />
î 1 + î 1 ′ + î 2 + î 2 ′ = 0. (1)<br />
Abbildung 2. Mit Eintoren beschaltetes Zweitor.<br />
1
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Lässt sich das das Zweitor umgebende Netzwerk in zwei Eintore nach Bild 2 auftrennen, so gilt<br />
î 1 = − î 1 ′ <strong>und</strong><br />
î 2 = − î 2 ′. (2)<br />
Die vier Anschlüsse des Zweitors sind jetzt paarweise zusammengefasst worden, wobei ein Klemmenpaar<br />
durch die Gleichheit der Ströme in den Anschlüssen gekennzeichnet ist. Ist Gleichung 2 erfüllt,<br />
so spricht man von einem Zweitor im engeren Sinne.<br />
Abbildung 3. Zweitorbezugspfeilsystem.<br />
Im Folgenden sollen die Bezugspfeilrichtungen der Spannungen <strong>und</strong> Ströme nach Bild 3 festgelegt<br />
sein.<br />
1.3 Die Zweitorgleichungen<br />
Die Beziehungen zwischen den Größen î 1 <strong>und</strong> û 1 sowie î 2 <strong>und</strong> û 2 lassen sich mit Hilfe bekannter<br />
Methoden der Netzwerkanalyse herleiten.<br />
Hier wird die Maschenstromanalyse angewandt. Dazu wird ein vollständiger Baum so gelegt, dass die<br />
von außen zugänglichen Zweige 1 <strong>und</strong> 2 Verbindungszweige sind. Das Gleichungssystem der Maschenströme<br />
lautet dann<br />
⎛<br />
↔ Z ⃗î = ⃗û , ⃗î = ⎜<br />
⎝<br />
î 1<br />
î 2<br />
î a<br />
î b<br />
î c<br />
·<br />
·<br />
·<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛<br />
, ⃗û = ⎜<br />
⎝<br />
wobei die Ströme î a , î b , î c usw. als zweitorinterne Hilfsgrößen zu verstehen sind.<br />
Mit Hilfe der Cramerschen Regel ergibt sich<br />
î 1 = + D 11<br />
î 2 = − D 12<br />
D û 1 − D 21<br />
D û 2,<br />
û 1<br />
û 2<br />
0<br />
0<br />
0<br />
·<br />
·<br />
·<br />
⎞<br />
, (3)<br />
⎟<br />
⎠<br />
D û 1 + D 22<br />
D û 2, (4)<br />
wenn D die Systemdeterminante von ↔ Z ist <strong>und</strong> D ik die zu z ik gehörige Unterdeterminante von ↔ Z .<br />
Mit Hilfe der Rechenregeln für Determinanten folgt aus der Symmetrie von ↔ Z , dass<br />
D ik = D ki . (5)<br />
2
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
1.4 Die Zweitorgleichungen in Leitwertform<br />
Die Beziehungen zwischen den Strömen î 1 <strong>und</strong> î 2 <strong>und</strong> den Spannungen û 1 <strong>und</strong> û 2 bei einem linearen<br />
passiven Zweitor haben also die allgemeine Form:<br />
oder in Matrizenschreibweise:<br />
î 1 = y 11 û 1 + y 12 û 2 ,<br />
î 2 = y 21 û 1 + y 22 û 2 (6)<br />
⃗î =<br />
↔<br />
Y ⃗û . (7)<br />
Die Matrizenelemente haben die Dimension von Leitwerten. Deshalb werden die Gleichungen 6 bzw.<br />
7 die Zweitorgleichungen in Leitwertform genannt.<br />
Die auftretende Matrix ↔ Y heißt Admittanzmatrix, ihre Elemente Y-Parameter. Es sei an dieser Stelle<br />
bemerkt, dass nicht jedes lineare passive Zweitor eine Admittanzmatrix besitzt.<br />
Die Berechnung der Admittanzmatrix (wie auch der anderen Zweitormatrizen) erfolgt in der Praxis<br />
zweckmäßig mittels Leerlauf- bzw. Kurzschlussexperimenten. Die entsprechenden Formeln entnehme<br />
man dem beiliegenden Hilfsblatt.<br />
Aus Gleichung 5 folgt, dass die Admittanzmatrix symmetrisch ist, d.h.<br />
y 12 = y 21 . (8)<br />
Daraus folgt zusammen mit den Zweitorgleichungen in Leitwertform (Hilfsblatt)<br />
î 1<br />
û 2<br />
∣ ∣∣∣∣<br />
û 1 =0<br />
= î 2<br />
û 1<br />
∣ ∣∣∣∣<br />
û 2 =0<br />
. (9)<br />
Diese Beziehung beinhaltet den Umkehrsatz für lineare passive <strong>Zweitore</strong>:<br />
Eine an den Klemmen 11’ angelegt Spannung û 1 ruft in den kurzgeschlossenen Klemmen<br />
22’ den gleichen Strom hervor, wie ihn die gleiche Spannung û 2 an den Klemmen 22’<br />
angelegt in den kurzgeschlossenen Klemmen 11’ verursacht.<br />
Folgende physikalische Interpretationen der Elemente der Admittanzmatrix sind naheliegend:<br />
• y 12 wird Kopplungsleitwert des Zweitors genannt.<br />
• Werden die Klemmen 22’ kurzgeschlossen, so ist der Eingangsleitwert an den Anschlüssen 11’<br />
gleich y 11 .<br />
• y 22 ist der Leitwert zwischen den Klemmen 22’ bei Kurzschluss an den Klemmen 11’.<br />
Jedes lineare passive Zweitor, das eine Admittanzmatrix besitzt, lässt sich durch ein Ersatzschaltbild<br />
nach Bild 4 (π-Schaltung) beschreiben.<br />
Diese Ersatzschaltung beschreibt das Verhalten des Zweitors nur an den Klemmenpaaren<br />
11’ <strong>und</strong> 22’ <strong>und</strong> nicht das Verhalten zwischen den Anschlüssen 12 <strong>und</strong> 1’2’.<br />
Es ist<br />
bzw.<br />
y 11 = Y 1 + Y 0 ,<br />
y 22 = Y 2 + Y 0 ,<br />
y 12 = − Y 0 <strong>und</strong><br />
y 21 = − Y 0 .<br />
Y 1 = y 11 + y 21 ,<br />
Y 2 = y 22 + y 21 <strong>und</strong><br />
Y 0 = − y 21 .<br />
(10)<br />
(11)<br />
3
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Abbildung 4. π-Ersatzschaltbild.<br />
1.5 Die Zweitorgleichungen in Widerstandsform<br />
Neben der Leitwertform ist für Zweitorgleichungen noch die Widerstandsform<br />
û 1 = z 11 î 1 + z 12 î 2 ,<br />
û 2 = z 21 î 1 + z 22 î 2 (12)<br />
oder in Matrizenschreibweise<br />
⃗û =<br />
↔<br />
Z ⃗î (13)<br />
gebräuchlich.<br />
Es ist<br />
z 11 =<br />
z 21 =<br />
y 22<br />
y 11 y 22 − y 12 y 21<br />
, z 12 =<br />
− y 12<br />
y 11 y 22 − y 12 y 21<br />
, z 22 =<br />
− y 12<br />
y 11 y 22 − y 12 y 21<br />
y 11<br />
.<br />
y 11 y 22 − y 12 y 21<br />
sowie<br />
(14)<br />
Die Gleichungen 12 bzw. 13 werden die Zweitorgleichungen in Widerstandsform genannt. Die Elemente<br />
von ↔ Z heißen Z-Parameter, ↔ Z selbst ist die Impedanzmatrix. Es sei hier bemerkt, dass nicht jedes<br />
lineare passive Zweitor eine Impedanzmatrix besitzt.<br />
Aus den Gleichungen 8 <strong>und</strong> 14 folgt<br />
oder (Hilfsblatt)<br />
z 12 = z 21 (15)<br />
û 2<br />
î 1<br />
∣ ∣∣∣∣<br />
î 2 =0<br />
= û 1<br />
î 2<br />
∣ ∣∣∣∣<br />
î 1 =0<br />
. (16)<br />
Diese Beziehung enthält wieder den Umkehrsatz für lineare passive <strong>Zweitore</strong>:<br />
Die Ausgangsspannung an einem offenen Klemmenpaar ändert sich bei gegebenem Eingangsstrom<br />
nicht, wenn Eingang <strong>und</strong> Ausgang des Zweitors vertauscht werden.<br />
Interpretationen der Z-Parameter:<br />
• Die Größe z 12 heißt Kopplungswiderstand des <strong>Zweitore</strong>s.<br />
• Der Eingangswiderstand des Zweitors an den Anschlüssen 11’ bei leerlaufenden Klemmen 22’ ist<br />
z 11 .<br />
4
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
• Fließt in die Klemmen 11’ kein Strom, so ist der Widerstand zwischen den Anschlüssen 22’ gleich<br />
z 22 .<br />
Aus den Zweitorgleichungen in Widerstandsform 12 bzw. 13 lässt sich ein Ersatzschaltbild nach Bild 5<br />
(T-Schaltung) herleiten.<br />
Auch diese Ersatzschaltung beschreibt nur das Verhalten des Zweitors an den Klemmenpaaren 11’ <strong>und</strong><br />
22’.<br />
Es ist:<br />
oder<br />
z 11 = Z 1 + Z 0 ,<br />
z 22 = Z 2 + Z 0 <strong>und</strong><br />
z 12 = Z 0 (17)<br />
Z 1 = z 11 − z 12 ,<br />
Z 2 = z 22 − z 12 <strong>und</strong><br />
Z 0 = z 12 . (18)<br />
Abbildung 5. T-Ersatzschaltbild.<br />
1.6 Die Zweitorgleichungen in Kettenform<br />
Durch Auflösen der Zweitorgleichungen nach je zwei der vier Spannungen <strong>und</strong> Ströme ergeben sich<br />
insgesamt sechs Formen der Zweitorgleichungen. Eine oft verwendete Form ist die Kettenform. Hierbei<br />
werden die Eingangsgrößen ( û 1 , î 1 ) durch die Ausgangsgrößen ( û 2 , î 2 ) ausgedrückt:<br />
û 1 = a 11 û 2 + a 12 (− î 2 ),<br />
î 1 = a 21 û 2 + a 22 (− î 2 ) (19)<br />
oder in Matrizenschreibweise:<br />
( )<br />
û 1<br />
î 1<br />
= ↔ A<br />
( )<br />
û 2<br />
. (20)<br />
− î 2<br />
Die Matrix ↔ A heißt Kettenmatrix, ihre Elemente Ketten- oder einfach A-Parameter. Die vier A-<br />
Parameter haben verschiedene Dimensionen.<br />
Aus dem Umkehrsatz folgt<br />
( ↔A<br />
)<br />
det<br />
= 1. (21)<br />
Es reichen also stets drei Z-, Y- oder A-Parameter zur Beschreibung eines linearen passiven <strong>Zweitore</strong>s<br />
aus, der vierte liegt jeweils durch den Umkehrsatz fest.<br />
Die Kettenparameter der T-Schaltung in Bild 5 <strong>und</strong> der π-Schaltung in Bild 4 entnimmt man dem<br />
beiliegenden Hilfsblatt.<br />
5
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
2 Zusammenschaltung von <strong>Zweitore</strong>n<br />
2.1 Parallelschaltung zweier <strong>Zweitore</strong><br />
Die Parallelschaltung zweier <strong>Zweitore</strong> nach Bild 6 bildet ein neues Zweitor mit den Klemmenpaaren<br />
11’ <strong>und</strong> 22’ .<br />
Abbildung 6. Parallelschaltung von <strong>Zweitore</strong>n.<br />
Das elektrische Verhalten des Gesamtzweitores kann nur dann aus den Zweitorgleichungen der Einzelzweitore<br />
abgeleitet werden, wenn Gleichung 2 erfüllt ist. Das heißt, es muss gelten:<br />
î 1 1 = − î 1 1 ′ , î 2 1 = − î 2 1 ′ (22)<br />
<strong>und</strong><br />
î 1 2 = − î 1 2 ′ , î 2 1 = − î 2 2 ′. (23)<br />
Abbildung 7. Modifizierte Zweitor-Parallelschaltung.<br />
In der Schaltung in Bild 6 wird das im <strong>Allgemeine</strong>n nicht der Fall sein, weil zwischen den Klemmen 1’<br />
<strong>und</strong> 2’ eine Spannung û 1 ′ 2 ′ besteht, die bei den beiden Einzelzweitoren vor dem Zusammenschalten<br />
verschieden sein wird. Eine Parallelschaltung nach Bild 6 führt dann zu einem Ausgleichsstrom, der<br />
sich zu den in den <strong>Zweitore</strong>n eintretenden Strömen addiert bzw. von diesen subtrahiert. Damit ist die<br />
6
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Voraussetzung für die Gültigkeit der Zweitorgleichungen der Einzelzweitore nicht mehr erfüllt. Durch<br />
Zuschalten eines idealen Übertragers nach Bild 7 kann die Gleichheit der Ströme in den Klemmenpaaren<br />
der Einzelzweitore erzwungen werden.<br />
Ebenso behalten die Zweitorgleichungen ihre Gültigkeit bei einer Parallelschaltung zweier <strong>Zweitore</strong>,<br />
bei denen je zwei Klemmen direkt miteinander verb<strong>und</strong>en sind (Bild 8).<br />
Abbildung 8. Zweitor-Parallelschaltung mit Dreipolen.<br />
Die Zusammenschaltung liefert unmittelbar die Bedingung für die Teilspannungen- <strong>und</strong> -ströme <strong>und</strong><br />
ihre Beziehung zu den Spannungen <strong>und</strong> Strömen des Gesamtzweitores. Es gilt:<br />
î 1 = î 1 1 + î 2 1 , î 2 = î 1 2 + î 2 2 (24)<br />
<strong>und</strong><br />
û 1 = û 1 1 = û 2 1 , û 2 = û 1 2 = û 2 2. (25)<br />
Damit folgt sofort aus den Zweitorgleichungen in Leitwertform:<br />
î 1 = ( y 1 11 + y 2 11) û 1 + ( y 1 12 + y 2 12) û 2 , (26)<br />
î 2 = ( y 1 21 + y 2 21) û 1 + ( y 1 22 + y 2 22) û 2 (27)<br />
oder in Matrizenschreibweise:<br />
⃗î =<br />
↔ 1 ↔ 2 ↔<br />
( Y + Y ) ⃗û = Y ⃗û (28)<br />
mit<br />
↔<br />
Y =<br />
↔ 1 ↔ 2<br />
Y + Y . (29)<br />
2.2 Reihenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong><br />
Werden zwei <strong>Zweitore</strong> nach Bild 9 in Reihe geschaltet, so ist auch hier im allgemeinen die Voraussetzung<br />
für die Gültigkeit der Zweitorgleichungen der Einzelzweitore, die Gleichheit der Ströme in einem<br />
Klemmenpaar, nicht erfüllt.<br />
Auch hier kann die Gleichheit der Ströme in einem Klemmenpaar durch einen idealen Übertrager nach<br />
Bild 10 erzwungen werden.<br />
7
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Ebenso sind die Zweitorgleichungen der Einzelzweitore bei der Schaltung nach Bild 11 gültig.<br />
Die Beziehung zwischen den Teilströmen- <strong>und</strong> -spannungen <strong>und</strong> dem Gesamtstrom <strong>und</strong> der Gesamtspannung<br />
lauten hier<br />
î 1 = î 1 1 = − î 2 1 , î 2 = î 1 2 = − î 2 2 (30)<br />
bzw.<br />
û 1 = û 1 1 − û 2 1 , û 2 = û 1 2 − û 2 2. (31)<br />
Daraus ergibt sich zusammen mit den Zweitorgleichungen in Widerstandsform:<br />
û 1 = z 1 11 î 1 1 + z 1 12 î 1 2 − ( z 2 11 î 2 1 + z 2 12 î 2 2), (32)<br />
û 2 = z 1 21 î 1 1 + z 1 22 î 1 2 − ( z 2 21 î 2 1 + z 2 22 î 2 2) (33)<br />
Abbildung 9. Reihenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong>.<br />
Abbildung 10. Zweitor-Reihenschaltung mit Übertrager.<br />
8
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Abbildung 11. Zweitor-Reihenschaltung mit Dreipolen.<br />
bzw.<br />
û 1 = ( z 1 11 + z 2 11) î 1 + ( z 1 12 + z 2 12) î 2 , (34)<br />
û 2 = ( z 1 21 + z 2 21) î 1 + ( z 1 22 + z 2 22) î 2 (35)<br />
oder im Matrizenschreibweise:<br />
⃗û =<br />
↔1 ↔2 ↔<br />
( Z + Z ) ⃗î = Z ⃗î (36)<br />
mit<br />
↔<br />
Z =<br />
↔1 ↔2 Z + Z . (37)<br />
Gleichung 37 ergibt sich auch für die Schaltung in Bild 10.<br />
2.3 Kettenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong><br />
Sind zwei <strong>Zweitore</strong> nach Bild 12 in Kette geschaltet, so sind die Zweitorgleichungen für die Einzelzweitore<br />
gültig.<br />
Abbildung 12. Kettenschaltung zweier <strong>Zweitore</strong>.<br />
Es gilt:<br />
( )<br />
û<br />
1<br />
1<br />
î 1 1<br />
= ↔ A 1( û 1 2<br />
− î 1 2<br />
)<br />
,<br />
( )<br />
û<br />
2<br />
1<br />
î 2 1<br />
= ↔ A 2( û 2 2<br />
− î 2 2<br />
)<br />
. (38)<br />
9
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Aus Bild 12 folgt sofort:<br />
û 1 = û 1 1 , û 2 = û 2 2 <strong>und</strong><br />
î 1 = î 1 1 , î 2 = î 2 2 .<br />
(39)<br />
Außerdem gilt:<br />
û 1 2 = û 2 1 <strong>und</strong> − î 1 2 = î 2 1. (40)<br />
Daraus ergibt sich<br />
( )<br />
û 1<br />
î 1<br />
= ↔ A 1 ↔ A 2( ) ( )<br />
û 2<br />
= ↔ û 2<br />
A<br />
î 2 î 2<br />
(41)<br />
mit<br />
↔<br />
A =<br />
↔<br />
A<br />
1 ↔<br />
A<br />
2<br />
. (42)<br />
3 Versuchsdurchführung<br />
In der Versuchsdurchführung geht es darum, verschiedene Zweitorparameter von Widerstandsnetzwerken<br />
messtechnisch zu ermitteln.<br />
Dazu stehen folgende Geräte zur Verfügung:<br />
• ELVIS Power Supply + als Gleichspannungsquelle (10V einstellen).<br />
• ELVIS DMM als Amperemeter (Anschlüsse Current_Lo u. Current_Hi)<br />
für Stromstärkemessungen î 1 <strong>und</strong> î 2 .<br />
• ELVIS-Anschlussadapter.<br />
• Zur Spannungsmessung die LabVIEW Applikation DC_Voltmeter.vi (Messkanal ACH0)<br />
<strong>und</strong> bei zwei zeitgleichen Spannungsmessungen zusätzlich DC_Voltmeter_ACH1Kanal.vi (Messkanal<br />
ACH1).<br />
• Zwei <strong>Zweitore</strong>, namentlich einfache Widerstandsnetzwerke.<br />
10
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Versuchsablauf<br />
ACHTUNG: Vor dem Aufbau der Schaltung das ELVIS Prototypingboard ausschalten.<br />
Schalter: Prototyping Board Power „OFF“<br />
Erst nach Abnahme der Schaltung durch den Versuchsbetreuer das Board einschalten.<br />
Schalter: Prototyping Board Power „ON“<br />
1 Bestimmung der Zweitorparameter<br />
2 Ersatzschaltbilder<br />
3 Umrechnung der Zweitorparameter<br />
4 Berechnung von Gesamtparametern<br />
5 Messung von Gesamtparametern<br />
Von den zwei gegebenen <strong>Zweitore</strong>n sind<br />
die Widerstandsparameter, Leitwertparameter<br />
<strong>und</strong> Kettenparameter durch Leerlauf- <strong>und</strong><br />
Kurzschlussmessungen zu ermitteln.<br />
Aus den Widerstandsparametern ist die T-<br />
Ersatzschaltung des einen, aus den Leitwertparametern<br />
die π-Ersatzschaltung des anderen<br />
Zweitors zu bestimmen.<br />
Aus den Elementen der Ersatzschaltungen<br />
sind die Kettenparameter der <strong>Zweitore</strong> zu berechnen.<br />
Die Ergebnisse sollen mit den Messwerten<br />
nach 3.1 verglichen werden.<br />
Die Zweitorparameter der Parallel-, Reihen<strong>und</strong><br />
Kettenschaltung der zwei <strong>Zweitore</strong> sind<br />
aus den jeweils günstigen Parametern der<br />
Einzelzweitore zu berechnen.<br />
Die im letzten Punkt berechneten Parameter<br />
sind durch Leerlauf <strong>und</strong> Kurzschlussmessung<br />
an der jeweiligen Zusammenschaltung<br />
der Einzelzweitore zu ermitteln. Die gemessenen<br />
Parameter sind mit den errechneten zu<br />
vergleichen.<br />
• Die Messwerte <strong>und</strong> die berechneten Parameter sind jeweils sinnvoll in die beiliegenden<br />
Universalprotokolle einzutragen.<br />
• Als Gr<strong>und</strong>lage der erforderlichen Rechnungen dient das beiliegende Hilfsblatt.<br />
11
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
4 Hilfsblatt<br />
Hilfsblatt<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong><br />
Ersatzschaltungen<br />
T-ESB:<br />
( )<br />
↔ Z Z = 0 + Z 1 Z 0<br />
Z 0 Z 0 + Z 2<br />
( )<br />
↔ 1 + Z A = 1 / Z 0 Z 1 + Z 2 + ( Z 1 Z 2 )/ Z 0<br />
1/ Z 0 1 + Z 2 / Z 0<br />
π-ESB:<br />
( )<br />
↔ Y Y = 0 + Y 1 − Y 0<br />
− Y 0 Y 0 + Y 2<br />
↔<br />
A =<br />
(<br />
)<br />
1 + Y 2 / Y 0 1/ Y 0<br />
Y 1 + Y 2 + ( Y 1 Y 2 )/ Y 0 1 + Y 1 / Y 0<br />
Matrizenberechnung aus Messdaten<br />
Admittanzmatrix<br />
(<br />
) ( ) (<br />
î 1 y<br />
= 11 y 12<br />
î 2 y 21 y 22<br />
)<br />
û 1<br />
û 2<br />
↔<br />
Y =<br />
(<br />
î 1 / û 1 | û 2 =0<br />
î 1 / û 2 | û 1 =0<br />
î 2 / û 1 | û 2 =0<br />
î 2 / û 2 | û 1 =0<br />
)<br />
Impedanzmatrix<br />
(<br />
) ( ) (<br />
û 1 z<br />
= 11 z 12<br />
û 2 z 21 z 22<br />
)<br />
î 1<br />
î 2<br />
↔<br />
Z =<br />
(<br />
û 1 / î 1 | î 2 =0<br />
û 1 / î 2 | î 1 =0<br />
û 2 / î 1 | î 2 =0<br />
û 2 / î 2 | î 1 =0<br />
)<br />
Kettenmatrix<br />
(<br />
) ( ) (<br />
û 1 a<br />
= 11 a 12<br />
î 1 a 21 a 22<br />
û 2<br />
− î 2<br />
) ↔A<br />
=<br />
(<br />
û 1 / û 2 | î 2 =0<br />
− û 1 / î 2 | û 2 =0<br />
î 1 / û 2 | î 2 =0<br />
− î 1 / î 2 | û 2 =0<br />
)<br />
Einfache Umrechnungen<br />
( ) ( )<br />
↔ ↔ ↔ 1 a A → Z Z = 11 1 ↔A ↔ ↔ 1 a → Y Y = 22 −1<br />
a 21 1 a 22 a 12 −1 a 11<br />
5 Messprotokoll<br />
12
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Messprotokoll<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong> Datum:<br />
Gruppen: <strong>und</strong> Zweitor:<br />
Messdaten<br />
û 1 = 0 V î 1 = 0 mA û 2 = 0 V î 2 = 0 mA<br />
û 1 [V] 0 10 10<br />
î 1 [mA] 0<br />
û 2 [V] 10 10 0<br />
î 2 [mA] 0<br />
Parameter aus den Messdaten<br />
⎛<br />
↔<br />
Y = ⎝<br />
⎞<br />
⎠ ,<br />
↔<br />
Z =<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
⎛<br />
↔<br />
A = ⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Vergleichsparameter aus der Rechnung<br />
=<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Ersatzschaltbildelemente<br />
T-ESB: Z 0 = Z 1 = Z 2 =<br />
π-ESB: Y 0 = Y 1 = Y 2 =<br />
Es sind nur die Felder auszufüllen, die jeweils benötigt werden.<br />
13
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Messprotokoll<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong> Datum:<br />
Gruppen: <strong>und</strong> Zweitor:<br />
Messdaten<br />
û 1 = 0 V î 1 = 0 mA û 2 = 0 V î 2 = 0 mA<br />
û 1 [V] 0 10 10<br />
î 1 [mA] 0<br />
û 2 [V] 10 10 0<br />
î 2 [mA] 0<br />
Parameter aus den Messdaten<br />
⎛<br />
↔<br />
Y = ⎝<br />
⎞<br />
⎠ ,<br />
↔<br />
Z =<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
⎛<br />
↔<br />
A = ⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Vergleichsparameter aus der Rechnung<br />
=<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Ersatzschaltbildelemente<br />
T-ESB: Z 0 = Z 1 = Z 2 =<br />
π-ESB: Y 0 = Y 1 = Y 2 =<br />
Es sind nur die Felder auszufüllen, die jeweils benötigt werden.<br />
14
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Messprotokoll<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong> Datum:<br />
Gruppen: <strong>und</strong> Zweitor:<br />
Messdaten<br />
û 1 = 0 V î 1 = 0 mA û 2 = 0 V î 2 = 0 mA<br />
û 1 [V] 0 10 10<br />
î 1 [mA] 0<br />
û 2 [V] 10 10 0<br />
î 2 [mA] 0<br />
Parameter aus den Messdaten<br />
⎛<br />
↔<br />
Y = ⎝<br />
⎞<br />
⎠ ,<br />
↔<br />
Z =<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
⎛<br />
↔<br />
A = ⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Vergleichsparameter aus der Rechnung<br />
=<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Ersatzschaltbildelemente<br />
T-ESB: Z 0 = Z 1 = Z 2 =<br />
π-ESB: Y 0 = Y 1 = Y 2 =<br />
Es sind nur die Felder auszufüllen, die jeweils benötigt werden.<br />
15
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Messprotokoll<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong> Datum:<br />
Gruppen: <strong>und</strong> Zweitor:<br />
Messdaten<br />
û 1 = 0 V î 1 = 0 mA û 2 = 0 V î 2 = 0 mA<br />
û 1 [V] 0 10 10<br />
î 1 [mA] 0<br />
û 2 [V] 10 10 0<br />
î 2 [mA] 0<br />
Parameter aus den Messdaten<br />
⎛<br />
↔<br />
Y = ⎝<br />
⎞<br />
⎠ ,<br />
↔<br />
Z =<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
⎛<br />
↔<br />
A = ⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Vergleichsparameter aus der Rechnung<br />
=<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Ersatzschaltbildelemente<br />
T-ESB: Z 0 = Z 1 = Z 2 =<br />
π-ESB: Y 0 = Y 1 = Y 2 =<br />
Es sind nur die Felder auszufüllen, die jeweils benötigt werden.<br />
16
Versuch B1/4 - <strong>Zweitore</strong><br />
Messprotokoll<br />
Versuch: B1/4-<strong>Zweitore</strong> Datum:<br />
Gruppen: <strong>und</strong> Zweitor:<br />
Messdaten<br />
û 1 = 0 V î 1 = 0 mA û 2 = 0 V î 2 = 0 mA<br />
û 1 [V] 0 10 10<br />
î 1 [mA] 0<br />
û 2 [V] 10 10 0<br />
î 2 [mA] 0<br />
Parameter aus den Messdaten<br />
⎛<br />
↔<br />
Y = ⎝<br />
⎞<br />
⎠ ,<br />
↔<br />
Z =<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
⎛<br />
↔<br />
A = ⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Vergleichsparameter aus der Rechnung<br />
=<br />
⎛<br />
⎝<br />
⎞<br />
⎠<br />
Ersatzschaltbildelemente<br />
T-ESB: Z 0 = Z 1 = Z 2 =<br />
π-ESB: Y 0 = Y 1 = Y 2 =<br />
Es sind nur die Felder auszufüllen, die jeweils benötigt werden.<br />
17