5.3一階電路“黑箱”模塊的頻域檢測和鑒別姓名：學號：班級：基本信息實驗人：實驗地點：九教南501實驗時間：實驗題目：一階電路“黑箱”模塊的頻域檢測和鑒別實驗目的：熟練運用動態電路波形檢測和時間常數檢測法。綜合運用一階動態電路剖析理論知識，深入理解動態器件特點和一階動態電路特有的前饋響應波形。實驗儀器和器材訊號發生器、示波器、“黑箱”模塊（動態器件與阻值的組合）、實驗箱。實驗內容1.二端“黑箱”“黑箱”是指隱藏了聯接方法和器件參數的一個內阻和一個動態器件用串/并聯形式構成的二端模塊。在本實驗中，模塊作為被檢測和辨識的對象。一個模塊中的動態器件可能是電感或電容，與阻值的聯接形式可能是串聯或并聯。2.實驗任務每組中學生隨機發放一個“黑箱”模塊，借助通用實驗板上的一個已知電阻的阻值，串聯“黑箱”模塊構成被測電路。實驗任務是用頻域檢測方式，檢測二端一階“黑箱”的外特點，分辨“黑箱”內部器件、元件參數及其聯接形式。“黑箱”模塊的兩種檢測方案如右圖所示：3.對實驗檢測方式的規定在進行實驗檢測時，必須將外接內阻與模塊串聯后接入訊號發生器，訊號源采用幅度為1V的周期方波，用示波器檢測電路的前饋響應波形，通過初始值、穩態值和時間常數的檢測來估算和鑒別“黑箱”模塊內部兩個器件的參數值和聯接形式。
不容許用萬用表等其他儀器或采用卷積阻抗檢測等方式。4.選作對于試驗中早已分辨下來的暗箱模塊和外接內阻組成的電路，調整外接方波的周期，致使方波周期T=2r，記錄穩態時暗箱兩端電流一個周期波形，檢測其最大值和最小值。依據得到的器件參數進行理論估算，將兩者進行對比。實驗原理1.假設外加方波峰-峰值為1V，半周期等于6倍時間常數r，外接串聯內阻等于暗箱內部內阻，四種可能的暗箱聯接方法端電流的前饋響應表達式、波形如下：RL串聯：V（0+）=1V；V（∞）=R/（R1+R）V；V（t）=R1/(R1+R)exp(-t/ι)+R/(R+R1),t>0;RL并聯：V(0+)=R/(R+R1)V;V(∞)=0V;V(t)=-R/(R+R1)exp(-t/ι),t>0;RC串聯：V(0+)=R/(R+R1)V;V(∞)=1V;V(t)=1-R1/(R+R1)exp(-t/ι),t>0;RC并聯：V(0+)=OV;V(∞)=R/(R+R1);V(t)=-R/(R+R1)exp(-t/ι)+R/(R+R1),t>0;2.估算公式R：暗箱內的內阻值R1：串聯在電路的內阻RL串聯RL并聯RC串聯RC并聯電流值V(∞)=R/(R+R1)V(0+)=R/(R+R1)V(+0)=R/R+R1V(∞)=R/(R+R1)時間常數r=L/Rr=L/Rr=RCr=RC3.時間常數的檢測方式依照電路實驗教材P149-P150頁，時間常數的檢測方式有三種：（1）若能形成零輸入響應波形，則可以用示波器按照電流與時間關系的波形檢測時間常數。
即任意兩個電流的幅度比值為36.8%所對應的時間間隔都是一個r。（2）若能形成零狀態響應波形，可以用示波器按照電流與時間的關系檢測時間常數。即任意兩個電流的幅度差是穩態值與第一個電流值只差的63.2%所對應的時間間隔都是一個r。（3）若輸入訊號是基頻為50%的方波，當T/2>>r時，可以通過檢測波動值得到時間常數。通過檢測△V獲取時間常數的估算公式為：r=(T/2)/ln[(Vs+△V)/(Vs-△V)]。四、實際檢測1.選擇的外接串聯內阻的電阻為1kΩ電阻的串聯和并聯題目，實驗的電路聯接圖如原理剖析一致。2.由實驗所得波形圖及電流的初始值，穩態值，周期判定出暗箱內部動態器件與內阻的聯接形式為RC并聯。3.按照示波器上波形可得：V（∞）=0.85V=R/（R+1000），求得R=5.7kΩ；時間參數由示波器檢測出為ι=38μs,所以動態器件C=ι/R=5.7nF實驗收獲1.強化了對動態器件特點的理解，學習了時間常數的檢測方式，對示波器等實驗儀器的使用愈發熟練電阻的串聯和并聯題目，將理論知識運用到實驗中。2.在實驗中對RC串聯與RC并聯的判定出現了錯判，在老師的幫助及朋友的共同努力下解決了此問題。提高了與別人的溝通合作能力，初步培養了解決實際問題的思維方法，有利于綜合素養的提升。
