电分实验53一阶电路黑箱模块的时域测量和辨别

1、5.3一阶电路“黑箱”模块的时域测量和辨别姓名： 学号： 班级：一、 基本信息1. 实验人：2. 实验地点：九教南5013. 实验时间：4. 实验题目：一阶电路“黑箱”模块的时域测量和辨别5. 实验目的：1) 熟练运用动态电路波形测量和时间常数测量法。2) 综合运用一阶动态电路分析理论知识，深入理解动态元件特性和一阶动态电路特有的阶跃响应波形。二、 实验仪器和器材信号发生器、示波器、“黑箱”模块（动态元件与电阻的组合）、实验箱。三、 实验内容1.二端“黑箱”“黑箱”是指隐藏了连接方式和元件参数的一个电阻和一个动态元件用串/并联方式构成的二端模块。在本实验中，模块作为被测量和识别的对象。一个模块

2、中的动态元件可能是电感或电容，与电阻的连接方式可能是串联或并联。2.实验任务每组学生随机领取一个“黑箱”模块，利用通用实验板上的一个已知阻值的电阻，串联“黑箱”模块构成被测电路。实验任务是用时域测量方法，测量二端一阶“黑箱”的外特性，辨别“黑箱”内部元件、元件参数及其连接方式。“黑箱”模块的两种测量方案如下图所示：3.对实验测量方法的规定在进行实验测量时，必须将外接电阻与模块串联后接入信号发生器，信号源采用幅度为1V的周期方波，用示波器测量电路的阶跃响应波形，通过初始值、稳态值和时间常数的测量来计算和辨别“黑箱”模块内部两个元件的参数值和连接方式。不允许用万用表等其他仪器或采用频域阻抗测量等方

3、法。4.选作对于试验中已经辨别出来的黑箱模块和外接电阻组成的电路，调整外接方波的周期，使得方波周期T=2r，记录稳态时黑箱两端电压一个周期波形，测量其最大值和最小值。根据得到的元件参数进行理论计算，将二者进行对比。四、 实验原理1.假定外加方波峰-峰值为1V，半周期等于6倍时间常数r，外接串联电阻等于黑箱内部电阻，四种可能的黑箱连接方式端电压的阶跃响应表达式、波形如下：（1） RL串联：V（0+）=1V；V（）=R/（R1+R）V；V（t）=R1/(R1+R)exp(-t/)+R/(R+R1),t>0;（2） RL并联：V(0+)=R/(R+R1)V;V()=0V;V(t)=-R/(R+

4、R1)exp(-t/),t>0;（3） RC串联：V(0+)=R/(R+R1)V;V()=1V;V(t)=1-R1/(R+R1)exp(-t/),t>0;（4） RC并联：V(0+)=OV;V()=R/(R+R1);V(t)=-R/(R+R1)exp(-t/)+R/(R+R1),t>0;2.计算公式R：黑箱内的电阻值 R1：串联在电路的电阻RL串联RL并联RC串联RC并联电压值V()= R/(R+R1)V(0+)=R/(R+R1)V(+0)=R/R+R1V()= R/(R+R1)时间常数r=L/Rr=L/Rr=RCr=RC3.时间常数的测量方法根据电路实验教材P149-P15

5、0页，时间常数的测量方法有三种：（1）若能产生零输入响应波形，则可以用示波器根据电压与时间关系的波形测量时间常数。即任意两个电压的幅度比值为36.8%所对应的时间间隔都是一个r。（2）若能产生零状态响应波形，可以用示波器根据电压与时间的关系测量时间常数。即任意两个电压的幅度差是稳态值与第一个电压值只差的63.2%所对应的时间间隔都是一个r。（3）若输入信号是占空比为50%的方波，当T/2>>r时，可以通过测量波动值得到时间常数。通过测量V获取时间常数的计算公式为：r=(T/2)/ln(Vs+V)/(Vs-V)。四、实际测量1.选择的外接串联电阻的阻值为1k，实验的电路连接图如原理分析一致。2.由实验所得波形图及电压的初始值，稳态值，周期判断出黑箱内部动态元件与电阻的连接方式为RC并联。3.根据示波器上波形可得：V（）=0.85V=R/（R+1000），求得R=5.7k；时间参数由示波器测量出为=38s,所以动态元件C=/R=5.7nF五、 实验收获1.加强了对动态元件特性的理解，学习了时间常数的测量方法，对示波器等实验仪器的使用更加熟练，将理论知识运用到实验中。