5.3一阶电路“黑箱”模块的频域检测和鉴别姓名：学号：班级：基本信息实验人：实验地点：九教南501实验时间：实验题目：一阶电路“黑箱”模块的频域检测和鉴别实验目的：熟练运用动态电路波形检测和时间常数检测法。综合运用一阶动态电路剖析理论知识，深入理解动态器件特点和一阶动态电路特有的前馈响应波形。实验仪器和器材讯号发生器、示波器、“黑箱”模块（动态器件与阻值的组合）、实验箱。实验内容1.二端“黑箱”“黑箱”是指隐藏了联接方法和器件参数的一个内阻和一个动态器件用串/并联形式构成的二端模块。在本实验中，模块作为被检测和辨识的对象。一个模块中的动态器件可能是电感或电容，与阻值的联接形式可能是串联或并联。2.实验任务每组中学生随机发放一个“黑箱”模块，借助通用实验板上的一个已知电阻的阻值，串联“黑箱”模块构成被测电路。实验任务是用频域检测方式，检测二端一阶“黑箱”的外特点，分辨“黑箱”内部器件、元件参数及其联接形式。“黑箱”模块的两种检测方案如右图所示：3.对实验检测方式的规定在进行实验检测时，必须将外接内阻与模块串联后接入讯号发生器，讯号源采用幅度为1V的周期方波，用示波器检测电路的前馈响应波形，通过初始值、稳态值和时间常数的检测来估算和鉴别“黑箱”模块内部两个器件的参数值和联接形式。
不容许用万用表等其他仪器或采用卷积阻抗检测等方式。4.选作对于试验中早已分辨下来的暗箱模块和外接内阻组成的电路，调整外接方波的周期，致使方波周期T=2r，记录稳态时暗箱两端电流一个周期波形，检测其最大值和最小值。依据得到的器件参数进行理论估算，将两者进行对比。实验原理1.假设外加方波峰-峰值为1V，半周期等于6倍时间常数r，外接串联内阻等于暗箱内部内阻，四种可能的暗箱联接方法端电流的前馈响应表达式、波形如下：RL串联：V（0+）=1V；V（∞）=R/（R1+R）V；V（t）=R1/(R1+R)exp(-t/ι)+R/(R+R1),t>0;RL并联：V(0+)=R/(R+R1)V;V(∞)=0V;V(t)=-R/(R+R1)exp(-t/ι),t>0;RC串联：V(0+)=R/(R+R1)V;V(∞)=1V;V(t)=1-R1/(R+R1)exp(-t/ι),t>0;RC并联：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：暗箱内的内阻值R1：串联在电路的内阻RL串联RL并联RC串联RC并联电流值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.时间常数的检测方式依照电路实验教材P149-P150页，时间常数的检测方式有三种：（1）若能形成零输入响应波形，则可以用示波器按照电流与时间关系的波形检测时间常数。
即任意两个电流的幅度比值为36.8%所对应的时间间隔都是一个r。（2）若能形成零状态响应波形，可以用示波器按照电流与时间的关系检测时间常数。即任意两个电流的幅度差是稳态值与第一个电流值只差的63.2%所对应的时间间隔都是一个r。（3）若输入讯号是基频为50%的方波，当T/2>>r时，可以通过检测波动值得到时间常数。通过检测△V获取时间常数的估算公式为：r=(T/2)/ln[(Vs+△V)/(Vs-△V)]。四、实际检测1.选择的外接串联内阻的电阻为1kΩ电阻的串联和并联题目，实验的电路联接图如原理剖析一致。2.由实验所得波形图及电流的初始值，稳态值，周期判定出暗箱内部动态器件与内阻的联接形式为RC并联。3.按照示波器上波形可得：V（∞）=0.85V=R/（R+1000），求得R=5.7kΩ；时间参数由示波器检测出为ι=38μs,所以动态器件C=ι/R=5.7nF实验收获1.强化了对动态器件特点的理解，学习了时间常数的检测方式，对示波器等实验仪器的使用愈发熟练电阻的串联和并联题目，将理论知识运用到实验中。2.在实验中对RC串联与RC并联的判定出现了错判，在老师的帮助及朋友的共同努力下解决了此问题。提高了与别人的沟通合作能力，初步培养了解决实际问题的思维方法，有利于综合素养的提升。
