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Aufgabe:

Vierpol Berechnung


Problem/Ansatz:

Ich komme nicht auf die gleichen Formeln wie der Dozent.

ich komme auf:


$$Z_{11} = \frac{U_1}{I_1} | I_2 = 0\\ Z_{12} = \frac{U_1}{I_2} | I_1 = 0\\ z_{21} = \frac{U_2}{I_1} | I_2 = 0\\ z_{22} = \frac{U_2}{I_2} | I_1 = 0\\ \text{Mit den Werten:}\\ Z_{11} = \frac{12V}{0,1A} | I_2 = 0\\ Z_{12} = \frac{12V}{0,5A} | I_1 = 0\\ z_{21} = \frac{7V}{0,1A} | I_2 = 0\\ z_{22} = \frac{7V}{0,5A} | I_1 = 0\\$$


Somit ist mein Problem, dass ich mit den U's (Spannungen) nicht klar komme. Sonst hatten wir bei Vierpol immer nur einer pro Seite, nun aber zwei. Da noch keine Zeichnung dazu gegeben ist faellt es mir schwer auf die Richtige Loesung zu kommen.


Freue mich ueber Hilfe!

Bildschirmfoto 2023-02-17 um 13.39.14.png

Text erkannt:

10.
Bei der messtechnischen Untersuchung eines Vierpols wurden folgende Werte ermittelt:
- Leerlauf am Eingang \( \quad \mathrm{u}_{1}=12 \mathrm{~V}, \quad \mathrm{u}_{2}=15 \mathrm{~V}, \quad \mathrm{i}_{2}=0,5 \mathrm{~A} \)
- Leerlauf am Ausgang \( \mathrm{u}_{1}=15 \mathrm{~V}, \quad \mathrm{i}_{1}=100 \mathrm{~mA}, \mathrm{u}_{2}=7 \mathrm{~V} \)
Bestimmen Sie die Leitwertparameter des Vierpols.
Lösung:
\( \begin{array}{l} \mathrm{u}_{1}=\mathrm{Z}_{11} \mathrm{i}_{1}+\mathrm{Z}_{12} \mathrm{i}_{2} \\ \mathrm{u}_{2}=\mathrm{Z}_{21} \mathrm{i}_{1}+\mathrm{Z}_{22} \mathrm{i}_{2} \end{array} \)
\( \begin{array}{ll} \mathrm{Z}_{11}=\left.\frac{\mathrm{u}_{1}}{\mathrm{i}_{1}}\right|_{\mathrm{i}_{2}=0}=\frac{15 \mathrm{~V}}{0,1 \mathrm{~A}}=150 \Omega & \mathrm{Z}_{21}=\left.\frac{\mathrm{u}_{2}}{\mathrm{i}_{1}}\right|_{i_{2}=0}=\frac{7 \mathrm{~V}}{0,1 \mathrm{~A}}=70 \Omega \\ \mathrm{Z}_{12}=\left.\frac{\mathrm{u}_{1}}{\mathrm{i}_{2}}\right|_{\mathrm{i}_{1}=0}=\frac{12 \mathrm{~V}}{0,5 \mathrm{~A}}=24 \Omega & \mathrm{Z}_{22}=\left.\frac{\mathrm{u}_{2}}{\mathrm{i}_{2}}\right|_{i_{1}=0}=\frac{15 \mathrm{~V}}{0,5 \mathrm{~A}}=30 \Omega \end{array} \)

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Du hast die Z-Parameter Z11 und Z22 falsch berechnet, da:

für Z11 der Vierpol am Ausgang leer laufen muss und

für Z22 der Vierpol am Eingang leer laufen muss.

Wenn du die Z-Parameter dann richtig berechnet hast, dann beginnt der Hautteil der Aufgabe, nämlich die Z-Parameter in Leitwertparameter umzurechnen. Dazu gibt es ein mathematischer Formalismus. Viel Spass beim Umrechnen ...

Gruß von hightech

1 Antwort

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Hallo Nykzom, deine Aufgabe ist schon etwas älter. Wenn du noch interessiert bist, dann fange mal damit an, den Vierpol zu zeichnen. Hierbei hilft dir Wikipedia „Vierpol“. Sobald wir das Bild haben, kümmern wir uns um die korrekte Berechnung der vier Z’s, und dann um die vier Y’s.

Das, was in deinem Bild unter „Lösung“ steht, ist nicht die Lösung, sondern nur der erste Schritt. Wahrscheinlich hast du das Bild abgeschnitten.

Avatar von

Hallo Nykzom. Hmmm, 2 Tage ohne Antwort. Dann gehe ich davon aus, dass du nicht weiter interessiert bist.

Hallo RomanGa,

offensichtlich ist Nykzom nicht mehr an der Lösung interessiert.

Dennoch, hier ein Hinweis zur Lösung:

Die Vierpoltheorie ist ein Standardverfahren und wird im Rahmen der Nachrichtentechnik in wenigen Vorlesungen behandelt. Wer diese Vorlesungen gehört hat kommt ohne weitere Hilfsmittel aus.

Einen Vierpol zu zeichnen (wie von dir gefordert) ist nicht erforderlich, weil das Schema eindeutig ist und man es nicht falsch zeichnen oder verstehen kann.

Bei der Aufgabe von Nykzom geht es konkret um die Umrechnung der Z-Parameter in Y-Parameter, oder mathematisch ausgedrückt

Z-Parameter:

U1 = f(I1 , I2)   und

U2 = f(I1 , I2)

umrechnen in

Y-Parameter:

I1 = f(U1 , U2)   und

I2 = f(U1 , U2)

Als Gleichungen lauten diese Funktionen

U1 = Z11 • I1 + Z12 • I2

U2 = Z21 • I1 + Z22 • I2

umrechnen in

I1 = Y11 • U1 + Y12 • U2

I2 = Y21 • U1 + Y22 • U2

Ich denke, für den, der die Vierpoltheorie verstanden hat dürfte die Umrechnung kein Problem sein.

Gruß von hightech

Hallo hightec, vielen Dank für deine ausführlichen Infos. Diese sind mir bekannt. Um sie zu ergänzen: Die Umrechnungen zwischen Z-, Y-, H-Parametern usw. sind z. B. in https://de.wikipedia.org/wiki/Zweitor zu finden.

Wo wir gerade bei Vierpolen sind: Kannst du evtl. bei meiner älteren Frage https://www.nanolounge.de/34478/ubertragungsfunktionen-rauschquellen-bipolar-transistor helfen? Bisher hatte ich da null Antworten. LG Roman

Hallo RomanGa,

wenn man sich den Lösungsansatz von Nykzom ansieht wird klar, dass er die Vierpoltheorie grundsätzlich verstanden hat. Er soll ja zeigen, dass er das Erlernte auch anwenden kann und zwar ohne irgendwelche Hilfsmittel. Spätestens bei einer Klausur oder Prüfung muss er das nachweisen und zwar ohne Wikipedia und co.

Zu deiner Frage mit den Rauschquellen im Bipolar-Transistor:

Ich habe mir die Aufgabe kurz angesehen. Du musst für den Lösungsansatz die Ersatz-Rauschquellen unter Beachtung der Spannungsverstärkung berechnen. Was bedeutet das?

In der Originalschaltung steht am Ausgang die Gesamtrauschspannung U2 an. Diese Gesamtrauschspannung setzt sich zusammen aus dem Rauschstrom iNC plus den Rauschanteilen UNBB und Uπ die beide um den Faktor der Spannungsverstärkung größer am Ausgang erscheinen, da sie ja beide die Verstärkerstufe durchlaufen. Jetzt sollst du alle Rauschquellen an den Eingang so verlagert denken (und berechnen), dass der Bipolar-Transistor selbst als Rauschfrei gedacht werden kann und am Ausgang die gleiche Rauschspannung anliegt wie in der Originalschaltung. D.h. du musst die Ersatz-Rauschquellen so berechnen, dass sie multipliziert mit der Spannungsverstärkung wieder die gleiche Rauschspannung U2 ergibt.

Gruß von hightech

Hallo hightech, vielen Dank für deine Antwort. Ich arbeite in einer ruhigen Minute meine Frage und deine Antwort gründlich durch, und melde mich dann wieder. Liebe Grüße, Roman

Hallo hightec, danke für deine Antwort.

U2 ist keine Gesamtrauschspannung, sondern eine Spannung, die aus U1 und I1 am Eingang resultiert. U2 enthält sozusagen die Nutzspannung *und* die Rauschspannung.

U2 setzt sich *nicht* zusammen aus i_NC, U_NBB und U_pi. Denn erstens ist i_NC ein Strom, und zweitens sind U_NBB und U_pi keine Summanden von U2, wie man am ersten Schaltbild sieht.

Die beiden Spannungen U_NBB und U_pi werden *nicht* um einen Spannungsverstärkungsfaktor zum Ausgang hin vergrößert. Der Transistor ist ein Stromverstärker.

Liebe Grüße, Roman

Hallo Roman,

deine Aufgabe besteht aus 2 Teilen:

Teil 1: Umwandlung in einen rauschfreien Vierpol mit Ersatzrauschquellen

Hierzu empfehle ich dir folgende Fachliteratur:

„Signal und Rauschanalyse mit Quellenverschiebung“
von Albrecht Zwick, Jochen Zwick und Xuan Phuc Nguyen. Springer Verlag

In diesem Buch wird exakt dieses Thema wissenschaftlich behandelt und ist sehr gut zum Selbststudium geeignet. Nach Studium dieser Literatur kannst du deine Aufgabe selbständig lösen. Ich selbst hatte Zugang zu diesem Buch über die Bibliothek der Uni Saarbrücken, bin aber davon überzeugt, dass es anderen Hochschulen ebenfalls verfügbar ist.

Teil 2: Bestimmung der Übertragungsfunktionen

Zur Bestimmung der komplexen Übertragungsfunktionen Gn,m (jω) musst du die Vierpoltheorie auf die Ersatzrauschquellen anwenden. Leider ist in dem Aufgabentext die Matrix und die beiden Gleichungen darunter nicht besonders leserlich.

Ich hoffe das hilft dir weiter.

Gruß von hightech

Hallo hightech,


hach, ist das angenehm, wenn man sachlich diskutieren kann, und keiner dem anderen die Rübe runterreißt. Solche Zeitgenossen wie dich gibt’s nur ganz selten im Netz.

Vielen herzlichen Dank für den Buchtipp. Ich werde mich drum kümmern.

Vielen Dank auch für den Hinweis, dass mein Aufgabentext schlecht zu lesen ist. Vielleicht ist auch das mit ein Grund, dass in mehreren Foren keiner antwortet. Ich stelle nochmal eine piekfeine handschriftliche Version rein, denn TeX‘en kann ich das nicht. Vielleicht kannst du dann nochmal drübergucken.

Liebe Grüße + nochmals vielen Dank, Roman

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