黑盒子实验

                                                              李甲星 刘倩 齐欢

电池，电阻，电容，电感，半导体二极管及三极管是电子线路中的一些基本元件。本实验通过万用表判定黑盒子中的电子元件及其连接方式，能够加深大家对基本电子元件的认识与了解，培养大家分析问题，逻辑推理以及初步分析电路的能力。

一、实验目的

1、检查黑盒子内部是否导通及对电路图的分析判断

2、进一步学习与掌握万用表的使用方法

3、学习二极管、三极管、电容、电感、电阻等元器件的特性与基本判断法。

二、实验仪器

万用表及表笔，密封的盒子（内装有电阻、电感、半导体二极管、三极管、电容等元器件），直流稳压电源，可变电容，二极管及三极管，电阻箱，导线若干。

三，实验原理

所谓“黑盒子”，是指从用户的观点来看一个器件或产品时，并不关心其内部构造和原理，而只关心它的功能及如何使用这些功能。这个由西方学者提出的观点，非常科学，十分有助于帮助我们合理分工，理清思路，提高问题处理的效率。

1、电阻特性

    电阻——表示导体对电流阻碍能力的大小。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，电阻在电路中通常起分压和分流作用。

常用符号：

                

注：需注意电阻与其它元件的串并联等复杂形势。

2、电容特性

电容器——一种能储存电荷的容器。它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的。电容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有隔直流作用。

按绝缘材料可分为：云母．瓷介．纸介，电解电容器等。

常用符号：

注：一般电容与其它元件并联很难被测量出来，需谨慎注意有无类似情况的发生。

3、电感特性：

电感——导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通量与生产此磁通的电流之比的元器件。它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量。

按电感的形式可分为：固定电感和可变电感线圈；按导磁性质可分为：空芯线圈和磁芯线圈；按耦合方式可分为：自感应和互感应线圈等。

常用符号：

4、二极管特性

二极管的特性——单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

二极管按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。二极管按用途可分为：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等。

常用符号：

二极管的伏安特性曲线：

锗管                                      硅管

5、三极管特性：

三极管——由三块半导体两个PN结组成。 按材料分有两种：可以分为锗管和硅管。按两个P-N结连接方式不同，可以分为NPN 型和PNP型两种不同导电类型的三极管。

常见符号：

注：一般黑盒子实验中所需的二极管，三极管，电容，电感均为普通元件，不需考虑太过复杂。

四、实验内容及方法

1、判断黑盒子中是否有电源；

   判断方法：用万用表电压档测量两个接线柱间的电压，若有电压值显示，则内部含有电源，若没有则不含电源。

2、判断有无电阻；

   判断方法：用万用表电阻档测量两个接线柱间的阻值，并将测量表笔互换位置测其正反向电阻，若阻值相同，表明是电阻元件。

3、判断有无电容；

   判断电容：用万用电表欧姆档测量，表针连接元器件的两个接线柱，若出现断路而且有充放电现象，即黑盒子连接到电路中时，测量两端口与电源提供电压相同，在断掉电路之后表笔示数由电源电压逐渐降低直至为零，就可确定该元器件是电容。

判断大小：据实验表明，若用万用表电阻端测量电容时，电容越大，万用表示数增加越快，电容越小，万用表示数增加越慢。

4、判断有无电感；

   判断方法：用万用电表欧姆档（×1k）测两个接线柱间阻值，若出现短路现象，则所测的元器件是电感。若电感与电阻等元件串联，则当接入电路中时若万用表示数不稳定则可怀疑中间接入电感（不排除因万用表接触不良导致此现象的出现）。

5、判断有无半导体二极管及晶体管；

判断二极管：用万用表电阻档测量两个接线柱间的电阻，将两表笔互换位置测其正反向电阻的阻值，相差大的为二极管。

判断极性：测量时，如测得两接线柱间电阻为小阻值时，此时万用表的黑表笔接的便是二极管正极，红表笔接的则是二极管负极。

判断质量：测量二极管正、反向电阻。其正向电阻阻值小，良好的管子一般在几百欧至几千欧；反向电阻的阻值大，一般在几千欧以上。正、反向电阻值相差越大越好，若两次测得阻值一样大或一样小，说明二极管已损坏。

万用表判断三极管的方法

（1）先判断基极：无论PNP管还是NPN管， 都可看成两只二极管反极性串联而成。

　　将万用表“-”极黑表笔轮流连接任一管脚，而后将另一“+”极红表笔分别接另外两个管脚，如果两次测得管脚间的电阻同为高电阻（上述极间的PN结是加反向电压），然后红黑表笔交换，又同为低电阻（b、e极间和b、c极间的PN结上加正向电压）时，则该管脚是三极管的基极。如果是一大一小则不是基极。

(2) 判断PNP型管和NPN型管

若红表笔接基极b，当黑表笔依次连接到另外两个电极时，测出的电阻值都最小，属于PNP型；若黑表笔接基极，当红表笔依次连接到另外两个电极时，测出的电阻值都最小，属于NPN型。

(3)判断发射极e和集电极c

对已知的NPN型或PNP型三极管照下图所示的两种方法连接，未知管脚1和2用表笔分别接万用表“+”，“-”插孔（注意，“-”插孔接表内电源的正极），比较两种接法1，2管脚间的电阻高低。对NPN型管，电阻较低时接“-”插孔黑表笔的是集电极；对PNP型管，电阻较低时接“+”插孔红表笔的是集电极。

注意事项：

（1）若不能由上述方法测量元件并判断可选取疑似元件进行测量，并与之相比判断原件种类。

（2）因有外部条件的影响所以建议多做几项实验进行比较验证。

（3）因有电路设置不合理可能性的出现，当有电容与电阻并联时，望可想出其他方法进行测量。

6、猜测各原件间的连接顺序及连接方式；

7、判断出盒子内部是否导通及盒子上各对接线柱分别是什么元器件及其它们的特性，画出电路图，并记录下盒子的编号；

8、记录各步骤实验数据。

五、原始数据记录及处理

三端口

四端口

六、实验注意事项

1实验尽可能多测量实验现象。例如：电流、电压、电阻、测量两端口是否导通（使用万用表蜂鸣档位进行测量是否导通时需注意有可能因接入电阻大小的不同显示不同现象）

2注意万用表电流档位测量时，直接接到所需测量元件的两端即为测量所流过元件的电流。

3准确记录实验中有用的数据以便数据处理。

4测量时应注意选择万用表正确的档位。

5注意表笔接元件接触是否良好。

6实验结束后应关闭电源。

7注意勿损坏黑盒子。

                                      

第二篇：黑盒子实验报告—设计性实验

黑盒子研究

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                                               实验时间：

一、引言

     黑盒子（暗盒实验箱）是判定电学元件实验中使用的密封元件盒，盒里的元件可能是：干电池、定值电阻、电容器、电感器（变压器）、半导体二极管。黑盒子实验需要我们依据不同类型电学元件的特性对元件进行判别，根据实验室提供的仪器自行设计方案，检测黑盒子内元器件类型和位置，再进一步确定元件的物理量数值。从而培养设计检测步骤及综合分析的能力。

二、实验任务

1.学习依据不同类型电学元件的特性对元件进行判别；

2.进一步熟悉数字万用表等电学仪表的使用；

3.培养设计检测步骤及综合分析的能力。

4根据实验室提供的仪器自行设计方案，检测黑盒子内元器件类型和位置，再进一步确定元件的物理量数值。

三、实验要求

1.查阅有关资料，了解电学元件的特性及对元件进行判别的常用设计方法；

2.根据本实验要求，熟悉相关电子元器件特性及参数，初步设计表格和实验方案；

四、实验测试仪器

1.型暗盒实验箱、2.数字式万用表

五、实验内容设计

1.首先确定盒中有无电池，可用万用电表的电压档确定.若两端有电压,则可判断为电池,

2.判断有无二极管。可用万用电表的电阻档（*1K档或*10K档）测两接线柱间电阻，交换表笔之后再测量。若两测量数值相差较大，可确定为二极管。由于万用电表的红表笔接自带电源的正极，而黑表笔接自带电源的负极，如图三所示。则说明，有正常读数时，红表笔所对应的是二极管的正极。

3..判断有无电容。用万用表欧姆档（*100或*1K）测两个接线柱电阻，若出现断路且有放电现象，即表针先有一偏转马上又回到无穷，可确定有电容存在。

4.判断电阻。用万用电表欧姆档互换表笔两次测量两接线柱间电阻，若阻值不变，则两接线柱间可能有电阻。但是同时也得考虑在小电阻时是否为短，在对大电阻时是否为断路。用电流表和导线，以及一个定值电阻（用于保护检验电路），若干干电池形成一个回路来检测时否为电阻，如为电阻同时也可计算出电阻的阻值。

六、原始数据记录表格设计

 

七、数据处理方法

判定盒中元件类型，并写出测试记录和作出判定的依据，对于电池，要判定其正负极，并测出其电动势，对于二极管，要判定其正负极，并测出二极管的正向导通压降，如果判断元件为电容和电阻，要求测出其数值。已知电阻Ｒ0与频率ｆ值，则可通过测量电压Ｕab与ＵR0，利用串联电路电压比等于阻抗比关系求出元件数值。

若元件为电阻Ｒ，有 ……………（１）

若元件为电容Ｃ，有 ……………（２）

　若元件为电感Ｌ，有 ……………（３）

七、实验注意事项

1、 万用电表各档位不能混用，不能用电流档和欧姆档直接测黑箱。

2、 万用电表测量前一定要看清楚转换开关所置的位置防止烧坏表头。

3、 测量过程中，接通电源前应先检查电路的安全性。

4、 万用电表使用时应注意保护电表，尽可能从最安全的档开始测量，然后逐步换挡。

5、 在测有电源时判断是电源还是为充电的电容时禁止用一段导线或电流表接黑箱两端，避免烧坏电源。

八、实验误差分析（注意分类）

1、 系统误差

（1）测量和读数的时候产生的误差

（2）实验仪器本身的误差

（3）实验者操作时的不当所导致的误差

2、偶然误差：

（1）计算时产生的误差

（2）将所测量的一对插孔弄混

（3）环境所造成的误差