電分實(shí)驗(yàn)53一階電路黑箱模塊的時(shí)域測量和辨別

1、5.3一階電路“黑箱”模塊的時(shí)域測量和辨別姓名： 學(xué)號： 班級：一、 基本信息1. 實(shí)驗(yàn)人：2. 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：九教南5013. 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：4. 實(shí)驗(yàn)題目：一階電路“黑箱”模塊的時(shí)域測量和辨別5. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?) 熟練運(yùn)用動(dòng)態(tài)電路波形測量和時(shí)間常數(shù)測量法。2) 綜合運(yùn)用一階動(dòng)態(tài)電路分析理論知識，深入理解動(dòng)態(tài)元件特性和一階動(dòng)態(tài)電路特有的階躍響應(yīng)波形。二、 實(shí)驗(yàn)儀器和器材信號發(fā)生器、示波器、“黑箱”模塊（動(dòng)態(tài)元件與電阻的組合）、實(shí)驗(yàn)箱。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.二端“黑箱”“黑箱”是指隱藏了連接方式和元件參數(shù)的一個(gè)電阻和一個(gè)動(dòng)態(tài)元件用串/并聯(lián)方式構(gòu)成的二端模塊。在本實(shí)驗(yàn)中，模塊作為被測量和識別的對象。一個(gè)模塊

2、中的動(dòng)態(tài)元件可能是電感或電容，與電阻的連接方式可能是串聯(lián)或并聯(lián)。2.實(shí)驗(yàn)任務(wù)每組學(xué)生隨機(jī)領(lǐng)取一個(gè)“黑箱”模塊，利用通用實(shí)驗(yàn)板上的一個(gè)已知阻值的電阻，串聯(lián)“黑箱”模塊構(gòu)成被測電路。實(shí)驗(yàn)任務(wù)是用時(shí)域測量方法，測量二端一階“黑箱”的外特性，辨別“黑箱”內(nèi)部元件、元件參數(shù)及其連接方式?！昂谙洹蹦K的兩種測量方案如下圖所示：3.對實(shí)驗(yàn)測量方法的規(guī)定在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，必須將外接電阻與模塊串聯(lián)后接入信號發(fā)生器，信號源采用幅度為1V的周期方波，用示波器測量電路的階躍響應(yīng)波形，通過初始值、穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)的測量來計(jì)算和辨別“黑箱”模塊內(nèi)部兩個(gè)元件的參數(shù)值和連接方式。不允許用萬用表等其他儀器或采用頻域阻抗測量等方

3、法。4.選作對于試驗(yàn)中已經(jīng)辨別出來的黑箱模塊和外接電阻組成的電路，調(diào)整外接方波的周期，使得方波周期T=2r，記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)黑箱兩端電壓一個(gè)周期波形，測量其最大值和最小值。根據(jù)得到的元件參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，將二者進(jìn)行對比。四、 實(shí)驗(yàn)原理1.假定外加方波峰-峰值為1V，半周期等于6倍時(shí)間常數(shù)r，外接串聯(lián)電阻等于黑箱內(nèi)部電阻，四種可能的黑箱連接方式端電壓的階躍響應(yīng)表達(dá)式、波形如下：（1） RL串聯(lián)：V（0+）=1V；V（）=R/（R1+R）V；V（t）=R1/(R1+R)exp(-t/)+R/(R+R1),t>0;（2） RL并聯(lián)：V(0+)=R/(R+R1)V;V()=0V;V(t)=-R/(R+

4、R1)exp(-t/),t>0;（3） RC串聯(lián)：V(0+)=R/(R+R1)V;V()=1V;V(t)=1-R1/(R+R1)exp(-t/),t>0;（4） RC并聯(lián)：V(0+)=OV;V()=R/(R+R1);V(t)=-R/(R+R1)exp(-t/)+R/(R+R1),t>0;2.計(jì)算公式R：黑箱內(nèi)的電阻值 R1：串聯(lián)在電路的電阻RL串聯(lián)RL并聯(lián)RC串聯(lián)RC并聯(lián)電壓值V()= R/(R+R1)V(0+)=R/(R+R1)V(+0)=R/R+R1V()= R/(R+R1)時(shí)間常數(shù)r=L/Rr=L/Rr=RCr=RC3.時(shí)間常數(shù)的測量方法根據(jù)電路實(shí)驗(yàn)教材P149-P15

5、0頁，時(shí)間常數(shù)的測量方法有三種：（1）若能產(chǎn)生零輸入響應(yīng)波形，則可以用示波器根據(jù)電壓與時(shí)間關(guān)系的波形測量時(shí)間常數(shù)。即任意兩個(gè)電壓的幅度比值為36.8%所對應(yīng)的時(shí)間間隔都是一個(gè)r。（2）若能產(chǎn)生零狀態(tài)響應(yīng)波形，可以用示波器根據(jù)電壓與時(shí)間的關(guān)系測量時(shí)間常數(shù)。即任意兩個(gè)電壓的幅度差是穩(wěn)態(tài)值與第一個(gè)電壓值只差的63.2%所對應(yīng)的時(shí)間間隔都是一個(gè)r。（3）若輸入信號是占空比為50%的方波，當(dāng)T/2>>r時(shí)，可以通過測量波動(dòng)值得到時(shí)間常數(shù)。通過測量V獲取時(shí)間常數(shù)的計(jì)算公式為：r=(T/2)/ln(Vs+V)/(Vs-V)。四、實(shí)際測量1.選擇的外接串聯(lián)電阻的阻值為1k，實(shí)驗(yàn)的電路連接圖如原理分析一致。2.由實(shí)驗(yàn)所得波形圖及電壓的初始值，穩(wěn)態(tài)值，周期判斷出黑箱內(nèi)部動(dòng)態(tài)元件與電阻的連接方式為RC并聯(lián)。3.根據(jù)示波器上波形可得：V（）=0.85V=R/（R+1000），求得R=5.7k；時(shí)間參數(shù)由示波器測量出為=38s,所以動(dòng)態(tài)元件C=/R=5.7nF五、 實(shí)驗(yàn)收獲1.加強(qiáng)了對動(dòng)態(tài)元件特性的理解，學(xué)習(xí)了時(shí)間常數(shù)的測量方法，對示波器等實(shí)驗(yàn)儀器的使用更加熟練，將理論知識運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中。