3. Исследование зависимости входных сопротивлений линии от её электрической длины и сопротивления нагрузки

   1. Общие сведения

Входное сопротивление длинной линии определяется как отношение напряжения к току на её входе. В общем случае U₂=Z_НI₂и, тогда входное сопротивление линии без потерь длинойl:

При холостом ходе, когда Z_Н, и при коротком замыкании, когдаZ_Н0, входные сопротивления линии соответственно равны:

Следовательно, как при холостом ходе, так и при коротком замыкании входное сопротивление линии без потерь носит чисто реактивный характер. При изменении  lот 0 до, оно может принимать значения от 0 до ±. Электрическую длину линии определяют обычно в долях от длины волныl/. Она зависит от частоты и от фактической длины линии. Поскольку = 2,а l = l 2f(L₀C₀), то:l/ = l f(L₀C₀).

Отсюда можно определить частоту, при которой электрическая длина линии будет соответствовать заданному значению:

где n– число звеньев цепной схемы.

В согласованном режиме, когда Z_Н=Z_С, входное сопротивление линии любой длины равно характеристическому сопротивлению.

В линии, длина которой равна четверти длины волны l = 90^о, и при произвольной нагрузке входное сопротивление линии:

Следовательно, входное сопротивление четвертьволновой линии обратно пропорционально сопротивлению нагрузки. Это свойство четвертьволновой линии позволяет использовать её в качестве согласующего трансформатора, причём, при активной нагрузке Z_Н=R_Нвходное сопротивление линии без потерь имеет также активный характер.

При холостом ходе сопротивление такой линии стремится не к бесконечности, а, наоборот, к нулю. При коротком замыкании оно стремится к бесконечности.

Если в линии имеются потери, то входные сопротивления не принимают значений, равных нулю или бесконечности, но становятся в соответствующих случаях весьма малыми или очень большими.

2. Экспериментальная часть Задание

Снять экспериментально зависимость входного сопротивления линии от её электрической длины в режимах холостого хода, короткого замыкания и согласованной нагрузки. Электрическая длина линии изменяется путём изменения частоты приложенного напряжения. Для четвертьволновой линии снять зависимость входного сопротивления от сопротивления нагрузки. Сравнить результаты эксперимента с расчётом.

Порядок выполнения эксперимента и расчёта

• Рассчитайте и занесите в табл. 3.1 частоты, соответствующие заданным в первом столбце значениям электрической длины линии.

• Соберите цепь в соответствии с рис. 1.1, сначала без сопротивлений нагрузки (режим холостого хода). На входе линии включите токоограничивающее сопротивление 47 Ом и амперметр, вольтметр также подключите к входу линии.

• Включите генератор, установите максимальную амплитуду синусоидального сигнала и, изменяя частоту в соответствии с табл.3.1, снимите показания вольтметра и амперметра при холостом ходе, при коротком замыкании и в согласованном режиме.

• Вычислите входные сопротивления линии по формуле Z_ВХ=U_ВХ/I_ВХи занесите их также в табл.3.1.

• На рис. 3.1 постройте графики Z_ВХ(l/).

• На этом же рисунке постройте теоретические графики ,и в согласованном режимеZ_ВХ(l/) =Z_C.

• Сравните результаты, и сделайте выводы.

Таблица 3.1

l/	f, Гц	Холостой ход			Короткое замыкание			Согласованный режим
		UВХ, В	IВХ, A	ZВХ, Ом	UВХ, В	IВХ, A	ZВХ, Ом	UВХ, В	IВХ, A	ZВХ, Ом
0,1
0,2
0,25
0,3
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,7
0,75
0,8
0,9
0.95
1

Рис. 3.1

• Установите частоту приложенного напряжения, соответствующую четвертьволновой длине линии.

• Включая в конце линии различные сопротивления из набора миниблоков от 47 до 1500 Ом, снимите показания вольтметра и амперметра, включённых в начале линии и рассчитаёте входные сопротивления. Результаты занесите в табл.3.2 и на рис. 3.2 постройте график Z_ВХ(R_Н).

• Рассчитайте Z_ВХ(R_Н) =Z_C²/R_Ни на этом же рисунке постройте расчётный график для сравнения. Сделайте выводы.

Таблица 3.2

RН, Ом	UВХ, В	IВХ,A	ZВХ=UВХ/IВХ, Ом	ZВХ=ZC2/RН, Ом

рис. 3.2