实验5.3 一阶电路“黑箱”模块的时域测量和辨别

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、预习内容

均采用方案A的连接方式。得到

其波形如图：

四、实验数据、图片。

电路连接图：

示波器图形：

五、实验分析

（1）实验中选择的外接串联电阻阻值为1k欧姆。

（2）判断黑箱内部动态元件与电阻连接方式为：RL并联

动态元件及其参数为：电感 78.167mH

电阻值为938欧姆

（3）测得时间常数为：0.0833ms

六、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。

七、感想和体会。

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。

第二篇：电路分析教学大纲

电路分析（含实验）（专业基础课） Circuit Analysis（& Experiment）

以下部分标题填写用黑体五号字体，具体填写内容字体为宋体五号）

【课程编号】BJ26123 【课程类别】专业基础课

【编写日期】2010.3.30

【先修课程】普通物理、高等数学 【学分数】4.5 【学时数】87=67+8+12(实验)

【适用专业】电子信息工程、通信工程、自动化、网络

一、教学目的、任务

电路分析是高等学校电类各专业的基础课程之一，通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本原理和基础知识，熟悉电路的基本概念和基本定律，掌握电路分析的基本方法，正确分析各种电路的工作状态。为学习后续课程和从事专业技术工作打下基础。

二、课程教学的基本要求

本门课程理论性较强，要求学生较扎实的数学基础，能正确理解电路常用名词，掌握电路基本定律（包括欧姆定律、基尔霍夫定律、换路定律），熟练灵活应用各种电路分析的基本方法（包括回路电流法、节点电压法、叠加定理、等效变换法等等），在教学过程中，着重培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，以及会正确熟练地使用计算工具进行运算的能力。

三、教学内容和学时分配 （8+5+8+8+3+7+2+8+7+6+5=67）

总论（或绪论、概论等） 1 学时（课堂讲授学时）

主要内容：

绪论，课程定位

教学要求：

总体介绍电路分析主要内容和课程结构，学习电路分析的基础和该学科在以后的应用；把课程所涉及的参考方向和重要定理知识强调到位。

其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

第一章 电路模型和电路定理 8学时（课堂讲授学时+课程实验学时） 主要内容：

1、电路模型和理想电路元件，其中包括电阻、电容、电感的伏安关系。 ２、独立源和受控源。

３、参考方向，关联与非关联，及其发出功率和吸收功率的判断。

４、基尔霍夫电流定律和电压定律。

教学要求：

掌握参考方向的设置，基尔霍夫定律，电源与负载。

其它教学环节：1学时 习题课

第二章 电阻电路的等效变换 5学时（课堂讲授学时+课程实验学时） 主要内容：

1、电阻的串并联和混联等效电阻的计算

2、电阻Y联接和电阻Δ型联接的等效变换

3、电源的等效变换

4、输入电阻和等效电阻

教学要求：

掌握电路混联问题的求解，尤其是二端网络的等效电阻。 其它教学环节：1学时 习题课

第三章 电阻电路的一般分析 8学时

主要内容：

1、有向图的概念，并会列ＫＣＬ和ＫＶＬ的独立方程

2、网孔法和回路法求解电路

3、节点法求解电路

教学要求：

掌握电路方程的建立、求解，灵活应用电路分析方法。

其它教学环节：1学时 习题课

第四章 电路定理 8 学时

主要内容：

1、叠加定理求解电路

2、替代定理的概念

3、戴维南定理求解电路

※4、特勒根定理的基本概念

※5、互易定理求解电路

教学要求：

掌握电路分析的特殊求解方法，提高分析效率。

其它教学环节：

1学时习题课+2学时实践研究：分析电路分析方法的实用性。

第五章 运算放大器 3学时

主要内容：

1、理解运算放大器基本概念

2、利用“虚短”和“虚断”概念来分析和计算比例电路、电压跟随器、加法器电路 教学要求：

掌握运算放大器的基本问题，虚短、虚断。

其它教学环节：1学时 习题课

第六章 一阶电路 7 学时

主要内容：

１、电容二端电压和电感支路电流初始值的求解

２、０等效电路，求任意支路上的电压或电流ｆ（０＋）值

３、一阶电路的零输入响应，零状态响应，和全响应的基本概念

４、时间常数τ的求解

５、单位阶跃函数和单位冲激函数的定义、性质和二者的关系

6、卷积积分的应用

教学要求：

掌握初值的求取、响应的构成、时间常数的求取

其它教学环节：1学时习题课

第七章 二阶电路 2 学时

主要内容：

１、用经典法分析二阶电路的过程

２、二阶电路的零输入响应，零状态响应，全响应等基本概念

教学要求：

了解二阶电路的基本分析方法

其它教学环节：无

第八章 相量分析 8 学时

主要内容： ＋

１、正弦信号的三要素

２、正弦信号有效值（或最大值）的相量表示法

３、电路定理的相量形式

教学要求：

掌握交流电路的相量分析法。

其它教学环节：1学时习题课

第九章 正弦稳态电路的分析 7学时

主要内容：

１、阻抗和导纳的关系以及阻抗的求解

２、正弦电流电路的功率，复功率的定义，视在功率，有功功率，无功功率

３、功率因数的求解

４、正弦电流电路的稳态分析（包括：网孔法、戴维南定理求最大功率）

５、串联谐振的分析计算

6、并联谐振概念

教学要求：

掌握复数阻抗电路的分析、谐振。

其它教学环节：1学时习题课

第十章 含耦合电感电路 6 学时

主要内容：

１、互感的串联和并联等效电感的计算

２、互感化除法求解电路

３、空心变压器和理想变压器的概念和计算

教学要求：

掌握互感的方程式求解方法和技巧。

其它教学环节：1学时习题课

第十一章 三相电路 5 学时

主要内容：

１、对称三相电路的计算

２、对称三相电源、不对称三相负载电路的概念

教学要求：

掌握对称三相电路的特殊求解方法。

其它教学环节：1学时习题课

电路分析实验

教学目的、任务： 电路分析实验课是高等院校电气类专业的一门重要实验课。学习本课程的主要目的是：①掌握电位、电压其相互关系，加深对电位的相对性的理解，掌握戴维南定理和诺顿定理。②获得本门课程领域内分析和处理的一些基本内容。③了解电路理论在现代化科学技术中的重要作用。

基本要求: 电路实验是学生在老师的指导下独立进行实验的一种实践活动，一般都有三个环节：1.课前预习、2.课堂实习（认真听取教师对实验的要求、重点、难点和注意事项的讲解；测量；记录）。

3.课后小结（完成实验报告）。

教学内容和学时分配（12=3+3+3+3）

实验一 直流电路中电位及其电压关系的研究 3学时

主要内容：

1、 电路中电位、电压的概念。

2、 参考点的定义。

3、 两者的相互联系与区别。

实验要求：

加深对电位、电压及其相互关系及在不同参考点的测量和计算。

其它教学环节：完成实验报告

实验二 戴维南定理和诺顿定理实验 3学时

主要内容：

1、 含源一端口网络开路电压的测量方法。（直接测量方法和补偿法）

2、 戴维南定理、诺顿定理的概念。

3、 用戴维南、诺顿定理对其等效替代。

教学要求：

掌握戴维南诺顿定理，学会用补偿法测量开路电压，加深对等效电路的理解。

其它教学环节：完成实验报告

实验三 交流电路参数的测定 3学时

主要内容：

1、 交流电路中未知阻抗元件参数的测量。

2、 交流电流表、交流电压表和功率表的测量方法。

3、 三电压表法。

教学要求：

了解交流电流表、交流电压表和三电压表法，掌握功率表法。

其它教学环节：完成实验报告

实验四 改善功率因数实验 3学时

主要内容：

1、 日光灯电路及工作原理。

2、 功率因数的提高。

教学要求：

掌握日光灯电路的工作原理及电路联接方法和改善它的功率因数的方法。

其它教学环节：完成实验报告

实验五 单相变压器实验 3学时

主要内容：

1、 变压器绕组同名端的判定。

2、 变压器空载实验。

3、 变压器外特性实验。

4、 变压器短路实验。

教学要求：

掌握单相变压器的几种实验方法。

其它教学环节：完成实验报告

四、教学重点、难点及教学方法

重点：参考方向在电路分析的设置，电路定理在求解电路方程的灵活应用，相量分析法在交流电路中的应用。通过大量具体例题的详细分析、求解，来训练学生对基本概念和解题方法的掌握，再通过对学生作业的习题集相关问题的详细讲解进一步巩固。

难点：交流电路中参考方向的确定

实验教学重点难点

重点：参考点的定义，两者的相互联系与区别。电位、电压及其相互关系及在不同参考点的测量和计算。含源一端口网络开路电压的测量方法。交流电路中未知阻抗元件参数的测量。日光灯电路及工作原理，功率因数的提高。通过理论课程使学生对本实验有充分了解，再通过具体实验来分析、求解来进一步巩固。

难点：戴维南定理、诺顿定理的具体分析。

五、考核方式及成绩评定方式：考试

六、教材及参考书目

推荐教材：

理论：《电路》，邱关源主编，．第四版，高等教育出版社，19xx年

实验：《电路实验》，孙桂瑛，齐凤艳主编，哈尔滨工业大学出版社，本专科教材修订版，20xx年

参考书：

1、《电路分析基础》，李瀚荪编，第三版，高等教育出版社，1993

2、《电路基本原理》，C.A.狄苏尔，葛守仁编，高等教育出版社，1979

3、《基本电路理论实验指导》，蔡雪祥，倪振群编，上海交通大学出版社，19xx年

4、《电路实验指导》，胡思胜编，机械工业出版社，19xx年

5、《电路实验技术基础》钱克猷、江维澄编，浙江大学出版社，19xx年

6、《电工基础实验指导书》江家麟、宁超编，高等教育出版社，19xx年

修（制）订人： 审核人：

20xx年 3 月30 日