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一阶电路“黑箱”模块的时域分析和辨别姓名：杨宏达班级：通信13学号：实验地点：九教南501实验时间：2014.12.15指导老师：养雪琴一、实验目的：(1)熟练运用动态电路波形测量和时间常数测量。(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”模块的两种有：（1）电源与电阻、黑箱形成串联回路，电源的一端及黑箱的一端接地。（2）电源与电阻、黑箱形成串联回路，电源的一端及电阻的一端接地。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法。4.选作对于实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。三、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，外接串联电阻等于黑箱内部电阻，在实验图5-6中画出四种可能的黑箱按照实验图5-5(a)方式连接时电压v，的一个周期波形2、利用EWB进行仿真，具体电路及波形如下所示：(1)、方案A:黑箱接地a）、RC串联：EWB仿真结果1b）、RC并联：EWB仿真结果2c）、RL串联：EWB仿真结果3d）、RL并联：EWB仿真结果4(2)、方案B:电阻接地a）、RC串联：EWB仿真结果5b）、RC并联：EWB仿真结果6c）、RL串联：EWB仿真结果7d）、RL并联：EWB仿真结果8四、实验要求及注意事项(1)做好预习，推导四种模块组合与电阻串联时其端电压阶跃响应表达式。方法预先得到波形。设计好实验测量方案，准备好计算公式。(2)预习并熟悉一种时间常数的测量方法。(3)用两种不同的接地方式测量输出电压波形。注意使用适当阻值的外接串联电阻,以使波形参数的测量更容易。(4)调整信号发生器的方波输出周期，以便清楚观测电压波形中完整过渡过程。(5)实验报告要求。1、预习内容：用三要素法计算出四种黑箱与电阻串联时，黑箱端电压的阶跃响应表达式；给出表达式和波形图或仿真结果，确定测试方案。2、记录实际测试电路连接、测试步骤、测试数据和波形结果：a给出实验电路连接图和外接电阻阻值；b给出黑箱内部元件性质和连接方式的判定依据，给出包含黑箱内两个元件在内的完整电路图；c记录原始输出波形(含两种接地方式)，指出关键点参数(初始值、稳态值、信号源周期等)；d说明采用的时间常数测量方法，给出测量所用波形，给出动态元件参数计算结果。3、回答思考题。五、实验仪器及元件型号特征：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，电阻元件。六、实验数据处理与分析：(1)画出两种接地方式下输出波形的草图，标出关键数据(初始值、稳去值等)(2)结合实验图5-7中的草图，指出如何得到黑箱内部电阻阻值，给出计算公式七、实验结论：（1）、实验中选择的外接串联电阻阻值为2kΩ，（2）、判断黑箱内部动态元件与电阻连接方式为并联，（3）、动态元件及其参数为电感，L=0.0151H，（4）、电阻值为R=2545Ω，（5）、测得时间常数为τ=13.5us。八、误差分析：测积分电路时，由于频率太大，用示波器测量时一开始只显示一条很粗的直线，且不稳定。接上输入信号之后才稳定下来。从图中可看出波形对应的线都很粗，在用游标测量时很容易产生误差。其次，从前面示波器测量原理知：示波器探头有一定电容，随信号频率增加，电容呈现电抗减小，对待侧信号的影响将随着信号频率的增加而增大，这也造成了示波器测量误差的原因。另外，试验中用的电阻，电容值可能并不是所标示的值，因此理论值也不是定值。九、实验照片核实：实验照片1实验照片2十、思考题：(1)外接串联电阻阻值如何确定？电阻值过大或过小会对你的具体黑箱测量结果产生哪些不利影响？外接串联电阻阻值应该与黑箱中的电阻阻值接近，如此才能使得输入和输出的电压比接近于2：1。电阻过小的话，外接电阻的分压作用不明显，造成输出电压的波形峰峰值较大，计算上误差特别大。电阻过大的话，外界电阻上的电压大，照成黑箱的端路电压的峰峰值小，误差大。(2)采用了哪一种接地方式进行波形参数测量，理由是什么？黑箱中的动态元件如果是电容，则应该选择电阻接地的连接方式，即方案A。黑箱中的动态元件如果是电感，则应该选择电阻接地的连接方式，即方案B。(3)采用了什么方式提高时间常数测量的精度？在波形测量上，应当增大幅度精度，才能减小测量的误差，使计算得到的时间常数更精确。十一、感想体会：学习到了知识，还是需要在实践中才能得到更深刻的认识理解。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，我想这就是通信专业的学生在学习玩电路分析课程之后，要亲自亲自动手做电分实验的原因吧。通过这个实验，我学到了许多东西。原本认为自己在电路分析理论课上已经把RC电路和RL电路的阶跃响应理解得很清晰了，对三要素的使用方法的掌握已经很透彻了。但是，这次实验让我发现了自己在电路理论知识方面的不足，促使我能够真正地把理论知识学好。实验给了我们一个很好的把理论应用到实践的机会，让我们能够很好的把理论知识转化到实际能力，提高了对理论知识的理解与掌握。在学习知识上面，本学期电分实验不想往届听老师讲解，而是全靠自己预习自学自己摸索，感觉对我们的自主学习钻研是种挑战，但同时也是锻炼。十二、参考文献【1】高岩，养雪琴，闻跃，赵翔.基础电路实验教程[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社,2014。【2】闻跃，高岩，杜普选.基础电路分析[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社,2008。