Versione italiana
Esercizi sui Quadripoli
Un quadripolo è un modello matematico utilizzato per rappresentare circuiti elettrici lineari a quattro terminali. I quadripoli possono essere utilizzati per analizzare circuiti complessi e sono fondamentali nell'ingegneria elettrica e nelle telecomunicazioni. I quadripoli possono essere classificati in base al loro comportamento, come quadripoli passivi e attivi.
Parametri dei Quadripoli
I quadripoli possono essere descritti attraverso vari parametri, tra cui:
-
Parametri Z (impedenza):
- V_1 = Z_{11} I_1 + Z_{12} I_2V1​=Z11​I1​+Z12​I2​
- V_2 = Z_{21} I_1 + Z_{22} I_2V2​=Z21​I1​+Z22​I2​
-
Parametri Y (admittanza):
- I_1 = Y_{11} V_1 + Y_{12} V_2I1​=Y11​V1​+Y12​V2​
- I_2 = Y_{21} V_1 + Y_{22} V_2I2​=Y21​V1​+Y22​V2​
-
Parametri H (ibridi):
- V_1 = H_{11} I_1 + H_{12} V_2V1​=H11​I1​+H12​V2​
- I_2 = H_{21} I_1 + H_{22} V_2I2​=H21​I1​+H22​V2​
-
Parametri T (trasmissione):
- V_1 = T_{11} V_2 + T_{12} I_2V1​=T11​V2​+T12​I2​
- I_1 = T_{21} V_2 + T_{22} I_2I1​=T21​V2​+T22​I2​
Esercizi
Esercizio 1: Calcolo dei parametri Z
Un quadripolo ha i seguenti parametri di impedenza:
- Z_{11} = 2 \, \OmegaZ11​=2Ω
- Z_{12} = 1 \, \OmegaZ12​=1Ω
- Z_{21} = 0.5 \, \OmegaZ21​=0.5Ω
- Z_{22} = 3 \, \OmegaZ22​=3Ω
Se la corrente I_1 = 2 \, \text{A}I1​=2A e I_2 = 1 \, \text{A}I2​=1A, calcola le tensioni V_1V1​ e V_2V2​.
Soluzione:
Utilizziamo le equazioni dei parametri Z:
V_1 = Z_{11} I_1 + Z_{12} I_2
V1​=Z11​I1​+Z12​I2​
V_2 = Z_{21} I_1 + Z_{22} I_2
V2​=Z21​I1​+Z22​I2​
Calcoliamo V_1V1​:
V_1 = 2 \cdot 2 + 1 \cdot 1 = 4 + 1 = 5 \, \text{V}
V1​=2⋅2+1⋅1=4+1=5V
Calcoliamo V_2V2​:
V_2 = 0.5 \cdot 2 + 3 \cdot 1 = 1 + 3 = 4 \, \text{V}
V2​=0.5⋅2+3⋅1=1+3=4V
Esercizio 2: Calcolo dei parametri Y
Un quadripolo ha i seguenti parametri di ammittanza:
- Y_{11} = 0.1 \, \text{S}Y11​=0.1S
- Y_{12} = 0.05 \, \text{S}Y12​=0.05S
- Y_{21} = 0.02 \, \text{S}Y21​=0.02S
- Y_{22} = 0.15 \, \text{S}Y22​=0.15S
Se le tensioni V_1 = 10 \, \text{V}V1​=10V e V_2 = 5 \, \text{V}V2​=5V, calcola le correnti I_1I1​ e I_2I2​.
Soluzione:
Utilizziamo le equazioni dei parametri Y:
I_1 = Y_{11} V_1 + Y_{12} V_2
I1​=Y11​V1​+Y12​V2​
I_2 = Y_{21} V_1 + Y_{22} V_2
I2​=Y21​V1​+Y22​V2​
Calcoliamo I_1I1​:
I_1 = 0.1 \cdot 10 + 0.05 \cdot 5 = 1 + 0.25 = 1.25 \, \text{A}
I1​=0.1⋅10+0.05⋅5=1+0.25=1.25A
Calcoliamo I_2I2​:
I_2 = 0.02 \cdot 10 + 0.15 \cdot 5 = 0.2 + 0.75 = 0.95 \, \text{A}
I2​=0.02⋅10+0.15⋅5=0.2+0.75=0.95A
Esercizio 3: Conversione tra parametri Z e parametri H
Un quadripolo ha i seguenti parametri Z:
- Z_{11} = 4 \, \OmegaZ11​=4Ω
- Z_{12} = 2 \, \OmegaZ12​=2Ω
- Z_{21} = 1 \, \OmegaZ21​=1Ω
- Z_{22} = 3 \, \OmegaZ22​=3Ω
Calcola i parametri H corrispondenti.
Soluzione:
I parametri H possono essere calcolati dai parametri Z utilizzando le seguenti relazioni:
H_{11} = Z_{11} \quad \text{e} \quad H_{12} = \frac{Z_{12}}{Z_{22}}
H11​=Z11​eH12​=Z22​Z12​​
H_{21} = \frac{Z_{21}}{Z_{22}} \quad \text{e} \quad H_{22} = \frac{1}{Z_{22}}
H21​=Z22​Z21​​eH22​=Z22​1​
Calcoliamo i parametri H:
- H_{11} = Z_{11} = 4 \, \OmegaH11​=Z11​=4Ω
- H_{12} = \frac{Z_{12}}{Z_{22}} = \frac{2}{3}H12​=Z22​Z12​​=32​
- H_{21} = \frac{Z_{21}}{Z_{22}} = \frac{1}{3}H21​=Z22​Z21​​=31​
- H_{22} = \frac{1}{Z_{22}} = \frac{1}{3}H22​=Z22​1​=31​
Quindi, i parametri H sono:
- H_{11} = 4H11​=4
- H_{12} = \frac{2}{3}H12​=32​
- H_{21} = \frac{1}{3}H21​=31​
- H_{22} = \frac{1}{3}H22​=31​
Esercizio 4: Calcolo della risposta di un quadripolo
Un quadripolo ha i seguenti parametri T:
- T_{11} = 0.5T11​=0.5
- T_{12} = 0.2T12​=0.2
- T_{21} = 0.3T21​=0.3
- T_{22} = 0.4T22​=0.4
Se la tensione in ingresso V_2 = 12 \, \text{V}V2​=12V e la corrente in ingresso I_2 = 1 \, \text{A}I2​=1A, calcola la tensione in uscita V_1V1​ e la corrente in uscita I_1I1​.
Soluzione:
Utilizziamo le equazioni dei parametri T:
V_1 = T_{11} V_2 + T_{12} I_2
V1​=T11​V2​+T12​I2​
I_1 = T_{21} V_2 + T_{22} I_2
I1​=T21​V2​+T22​I2​
Calcoliamo V_1V1​:
V_1 = 0.5 \cdot 12 + 0.2 \cdot 1 = 6 + 0.2 = 6.2 \, \text{V}
V1​=0.5⋅12+0.2⋅1=6+0.2=6.2V
Calcoliamo I_1I1​:
I_1 = 0.3 \cdot 12 + 0.4 \cdot 1 = 3.6 + 0.4 = 4.0 \, \text{A}
I1​=0.3⋅12+0.4⋅1=3.6+0.4=4.0A
English version
Quadripole Exercises
A quadrupole is a mathematical model used to represent linear four-terminal electrical circuits. Quadrupoles can be used to analyze complex circuits and are essential in electrical engineering and telecommunications. Quadrupoles can be classified based on their behavior, as passive and active quadrupoles.
Quadripole Parameters
Quadripoles can be described by various parameters, including:
- Z (impedance) parameters:
- V_1 = Z_{11} I_1 + Z_{12} I_2V1​=Z11​I1​+Z12​I2​
- V_2 = Z_{21} I_1 + Z_{22} I_2V2​=Z21​I1​+Z22​I2​
- Y (admittance) parameters:
- I_1 = Y_{11} V_1 + Y_{12} V_2I1​=Y11​V1​+Y12​V2​
- I_2 = Y_{21} V_1 + Y_{22} V_2I2​=Y21​V1​+Y22​V2​
- H (hybrid) parameters:
- V_1 = H_{11} I_1 + H_{12} V_2V1​=H11​I1​+H12​V2​
- I_2 = H_{21} I_1 + H_{22} V_2I2​=H21​I1​+H22​V2​
- T (hybrid) parameters (transmission):
- V_1 = T_{11} V_2 + T_{12} I_2V1​=T11​V2​+T12​I2​
- I_1 = T_{21} V_2 + T_{22} I_2I1​=T21​V2​+T22​I2​
Exercises
Exercise 1: Calculating Z parameters
A quadrupole has the following impedance parameters:
- Z_{11} = 2 \, \OmegaZ11​=2Ω
- Z_{12} = 1 \, \OmegaZ12​=1Ω
- Z_{21} = 0.5 \, \OmegaZ21​=0.5Ω
- Z_{22} = 3 \, \OmegaZ22​=3Ω
If the current I_1 = 2 \, \text{A}I1​=2A and I_2 = 1 \, \text{A}I2​=1A, calculate the voltages V_1V1​ and V_2V2​.
Solution:
We use the Z-parameter equations:
V_1 = Z_{11} I_1 + Z_{12} I_2
V1​=Z11​I1​+Z12​I2​
V_2 = Z_{21} I_1 + Z_{22} I_2
V2​=Z21​I1​+Z22​I2​
Let's calculate V_1V1​:
V_1 = 2 \cdot 2 + 1 \cdot 1 = 4 + 1 = 5 \, \text{V}
V1​=2⋅2+1⋅1=4+1=5V
Let's calculate V_2V2​:
V_2 = 0.5 \cdot 2 + 3 \cdot 1 = 1 + 3 = 4 \, \text{V}
V2​=0.5⋅2+3⋅1=1+3=4V
Exercise 2: Calculating Y-parameters
A quadrupole has the following admittance parameters:
- Y_{11} = 0.1 \, \text{S}Y11​=0.1S
- Y_{12} = 0.05 \, \text{S}Y12​=0.05S
- Y_{21} = 0.02 \, \text{S}Y21​=0.02S
- Y_{22} = 0.15 \, \text{S}Y22​=0.15S
If the voltages V_1 = 10 \, \text{V}V1​=10V and V_2 = 5 \, \text{V}V2​=5V, calculate the currents I_1I1​ and I_2I2​.
Solution:
We use the Y-parameter equations:
I_1 = Y_{11} V_1 + Y_{12} V_2
I1​=Y11​V1​+Y12​V2​
I_2 = Y_{21} V_1 + Y_{22} V_2
I2​=Y21​V1​+Y22​V2​
Let's calculate I_1I1​:
I_1 = 0.1 \cdot 10 + 0.05 \cdot 5 = 1 + 0.25 = 1.25 \, \text{A}
I1​=0.1⋅10+0.05⋅5=1+0.25=1.25A
Let's calculate I_2I2​:
I_2 = 0.02 \cdot 10 + 0.15 \cdot 5 = 0.2 + 0.75 = 0.95 \, \text{A}
I2​=0.02⋅10+0.15⋅5=0.2+0.75=0.95A
Exercise 3: Conversion between Z-parameters and H-parameters
A quadrupole has the following Z-parameters:
- Z_{11} = 4 \, \OmegaZ11​=4Ω
- Z_{12} = 2 \, \OmegaZ12​=2Ω
- Z_{21} = 1 \, \OmegaZ21​=1Ω
- Z_{22} = 3 \, \OmegaZ22​=3Ω
Calculate the corresponding H parameters.
Solution:
The H parameters can be calculated from the Z parameters using the following relations:
H_{11} = Z_{11} \quad \text{e} \quad H_{12} = \frac{Z_{12}}{Z_{22}}
H11​=Z11​eH12​=Z22​Z12​​
H_{21} = \frac{Z_{21}}{Z_{22}} \quad \text{e} \quad H_{22} = \frac{1}{Z_{22}}
H21​=Z22​Z21​​eH22​=Z22​1​
Let's calculate the H parameters:
- H_{11} = Z_{11} = 4 \, \OmegaH11​=Z11​=4Ω
- H_{12} = \frac{Z_{12}}{Z_{22}} = \frac{2}{3}H12​=Z22​Z12​​=32​
- H_{21} = \frac{Z_{21}}{Z_{22}} = \frac{1}{3}H21​=Z22​Z21​​=31​
- H_{22} = \frac{1}{Z_{22}} = \frac{1}{3}H22​=Z22​1​=31​
So, the H parameters are:
- H_{11} = 4H11​=4
- H_{12} = \frac{2}{3}H12​=32​
- H_{21} = \frac{1}{3}H21​=31​
- H_{22} = \frac{1}{3}H22​=31​
Exercise 4: Calculating the response of a quadrupole
A quadrupole has the following T parameters:
- T_{11} = 0.5T11​=0.5
- T_{12} = 0.2T12​=0.2
- T_{21} = 0.3T21​=0.3
- T_{22} = 0.4T22​=0.4
If the voltage input V_2 = 12 \, \text{V}V2​=12V and input current I_2 = 1 \, \text{A}I2​=1A, calculate output voltage V_1V1​ and output current I_1I1​.
Solution:
We use the T-parameter equations:
V_1 = T_{11} V_2 + T_{12} I_2
V1​=T11​V2​+T12​I2​
I_1 = T_{21} V_2 + T_{22} I_2
I1​=T21​V2​+T22​I2​
Let's calculate V_1V1​:
V_1 = 0.5 \cdot 12 + 0.2 \cdot 1 = 6 + 0.2 = 6.2 \, \text{V}
V1​=0.5⋅12+0.2⋅1=6+0.2=6.2V
Let's calculate I_1I1​:
I_1 = 0.3 \cdot 12 + 0.4 \cdot 1 = 3.6 + 0.4 = 4.0 \, \text{A}
I1​=0.3⋅12+0.4⋅1=3.6+0.4=4.0A
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