電分實(shí)驗(yàn)-黑箱報(bào)告

1、一階電路“黑箱”模塊的時(shí)域分析和辨別姓名：楊宏達(dá) 班級(jí)：通信13 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：九教南501 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2014.12.15 指導(dǎo)老師：養(yǎng)雪琴 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 熟練運(yùn)用動(dòng)態(tài)電路波形測(cè)量和時(shí)間常數(shù)測(cè)量。(2) 綜合運(yùn)用一階動(dòng)態(tài)電路分析理論知識(shí)，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)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(cè)量和識(shí)別的對(duì)象。一個(gè)模塊中的動(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

2、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(cè)電路。實(shí)驗(yàn)任務(wù)是用時(shí)域測(cè)量方法，測(cè)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。“黑箱”模塊的兩種有：（1）電源與電阻、黑箱形成串聯(lián)回路，電源的一端及黑箱的一端接地。（2）電源與電阻、黑箱形成串聯(lián)回路，電源的一端及電阻的一端接地。 3、對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法的規(guī)定 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，必須將外接電阻與模塊串聯(lián)后接入信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)源采用幅度為1V的周期方波，用示波器測(cè)量電路的階躍響應(yīng)波形，通過(guò)初始值、穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)的測(cè)量來(lái)計(jì)算和辨別“黑箱”模塊內(nèi)部?jī)蓚€(gè)元件的參數(shù)值和連接方式。不允許用萬(wàn)用表等其他儀器或采用頻域阻抗測(cè)量等方

3、法。 4. 選作對(duì)于實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)辨別出來(lái)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(cè)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(duì)比。三、 實(shí)驗(yàn)原理：1、假定外加方波峰- 峰值為1 V，半周期等于6 倍時(shí)間常數(shù)，外接串聯(lián)電阻等于黑箱內(nèi)部電阻，在實(shí)驗(yàn)圖5-6 中畫(huà)出四種可能的黑箱按照實(shí)驗(yàn)圖5-5 (a) 方式連接時(shí)電壓v，的一個(gè)周期波形2、利用EWB進(jìn)行仿真，具體電路及波形如下所示： (1)、方案A:黑箱接地 a）、RC串聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 1 b）、RC并聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 2 c）、RL串聯(lián)：EWB仿真結(jié)果

4、 3 d）、RL并聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 4 (2)、方案B:電阻接地 a）、RC串聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 5 b）、RC并聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 6 c）、RL串聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 7 d）、RL并聯(lián)：EWB仿真結(jié)果 8四、 實(shí)驗(yàn)要求及注意事項(xiàng)(1) 做好預(yù)習(xí)，推導(dǎo)四種模塊組合與電阻串聯(lián)時(shí)其端電壓階躍響應(yīng)表達(dá)式。方法預(yù)先得到波形。設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案，準(zhǔn)備好計(jì)算公式。(2) 預(yù)習(xí)并熟悉一種時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。(3) 用兩種不同的接地方式測(cè)量輸出電壓波形。注意使用適當(dāng)阻值的外接串聯(lián)電阻,以使波形參數(shù)的測(cè)量更容易。(4) 調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的方波輸出周期，以便清楚觀(guān)測(cè)電壓波形中完整過(guò)渡過(guò)程。(5) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。

5、1、預(yù)習(xí)內(nèi)容： 用三要素法計(jì)算出四種黑箱與電阻串聯(lián)時(shí)，黑箱端電壓的階躍響應(yīng)表達(dá)式；給出表達(dá)式和波形圖或仿真結(jié)果，確定測(cè)試方案。2、記錄實(shí)際測(cè)試電路連接、測(cè)試步驟、測(cè)試數(shù)據(jù)和波形結(jié)果：a 給出實(shí)驗(yàn)電路連接圖和外接電阻阻值；b 給出黑箱內(nèi)部元件性質(zhì)和連接方式的判定依據(jù)，給出包含黑箱內(nèi)兩個(gè)元件在內(nèi)的完整電路圖；c 記錄原始輸出波形(含兩種接地方式) ，指出關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù) (初始值、穩(wěn)態(tài)值、信號(hào)源周期等)；d 說(shuō)明采用的時(shí)間常數(shù)測(cè)量方法，給出測(cè)量所用波形，給出動(dòng)態(tài)元件參數(shù)計(jì)算結(jié)果。3、回答思考題。五、 實(shí)驗(yàn)儀器及元件型號(hào)特征： 信號(hào)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，電阻元件。六

6、、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析：(1) 畫(huà)出兩種接地方式下輸出波形的草圖，標(biāo)出關(guān)鍵數(shù)據(jù) (初始值、穩(wěn)去值等)(2) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖5-7 中的草圖，指出如何得到黑箱內(nèi)部電阻阻值，給出計(jì)算公式七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1） 、實(shí)驗(yàn)中選擇的外接串聯(lián)電阻阻值為2k，（2） 、判斷黑箱內(nèi)部動(dòng)態(tài)元件與電阻連接方式為并聯(lián)，（3） 、動(dòng)態(tài)元件及其參數(shù)為電感，L=0.0151H，（4） 、電阻值為R=2545，（5） 、測(cè)得時(shí)間常數(shù)為=13.5us。八、 誤差分析：測(cè)積分電路時(shí)，由于頻率太大，用示波器測(cè)量時(shí)一開(kāi)始只顯示一條很粗的直線(xiàn)，且不穩(wěn)定。接上輸入信號(hào)之后才穩(wěn)定下來(lái)。從圖中可看出波形對(duì)應(yīng)的線(xiàn)都很粗，在用游標(biāo)測(cè)量時(shí)很容易產(chǎn)生誤

7、差。其次，從前面示波器測(cè)量原理知：示波器探頭有一定電容，隨信號(hào)頻率增加，電容呈現(xiàn)電抗減小，對(duì)待側(cè)信號(hào)的影響將隨著信號(hào)頻率的增加而增大，這也造成了示波器測(cè)量誤差的原因。另外，試驗(yàn)中用的電阻，電容值可能并不是所標(biāo)示的值，因此理論值也不是定值。九、 實(shí)驗(yàn)照片核實(shí)：實(shí)驗(yàn)照片 1實(shí)驗(yàn)照片 2十、 思考題：(1) 外接串聯(lián)電阻阻值如何確定？電阻值過(guò)大或過(guò)小會(huì)對(duì)你的具體黑箱測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生哪些不利影響？外接串聯(lián)電阻阻值應(yīng)該與黑箱中的電阻阻值接近，如此才能使得輸入和輸出的電壓比接近于2：1。電阻過(guò)小的話(huà)，外接電阻的分壓作用不明顯，造成輸出電壓的波形峰峰值較大，計(jì)算上誤差特別大。電阻過(guò)大的話(huà)，外界電阻上的電壓大，照

8、成黑箱的端路電壓的峰峰值小，誤差大。(2) 采用了哪一種接地方式進(jìn)行波形參數(shù)測(cè)量，理由是什么？ 黑箱中的動(dòng)態(tài)元件如果是電容，則應(yīng)該選擇電阻接地的連接方式，即方案A。黑箱中的動(dòng)態(tài)元件如果是電感，則應(yīng)該選擇電阻接地的連接方式，即方案B。(3) 采用了什么方式提高時(shí)間常數(shù)測(cè)量的精度？ 在波形測(cè)量上，應(yīng)當(dāng)增大幅度精度，才能減小測(cè)量的誤差，使計(jì)算得到的時(shí)間常數(shù)更精確。十一、 感想體會(huì)：學(xué)習(xí)到了知識(shí)，還是需要在實(shí)踐中才能得到更深刻的認(rèn)識(shí)理解。紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行，我想這就是通信專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)玩電路分析課程之后，要親自親自動(dòng)手做電分實(shí)驗(yàn)的原因吧。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我學(xué)到了許多東西。原本認(rèn)為自己在電路分析理論課上已經(jīng)把RC電路和RL電路的階躍響應(yīng)理解得很清晰了，對(duì)三要素的使用方法的掌握已經(jīng)很透徹了。但是，這次實(shí)驗(yàn)讓我發(fā)現(xiàn)了自己在電路理論知識(shí)方面的不足，促使我能夠真正地把理論知識(shí)學(xué)好。實(shí)驗(yàn)給了我們一個(gè)很好的把理論應(yīng)用到實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們能夠很好的把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化到實(shí)際能力，提高了對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。在學(xué)習(xí)知識(shí)上面，本學(xué)期電分實(shí)驗(yàn)不想往屆聽(tīng)老師講解，而是全靠自己預(yù)習(xí)自學(xué)自己摸索