Чёрный ящик-2

Сравните, как ведут себя разные пары выводов при подключении батарейки и вольтметра. Обратите внимание, что сопротивление резистора сравнимо с сопротивлением вольтметра.

1. Определим схему чёрного ящика. Для этого будем подключать источник к каждой паре контактов (чтобы точно зарядить конденсатор) и смотреть напряжение на выходе. Понятно, что при схеме подключения «звезда» на паре контактов, содержащей резистор и диод, при любом положении ключа напряжения не будет. При схеме подключения «треугольник» наоборот, между любыми двумя выводами есть напряжение, что и наблюдается в эксперименте. Таким образом, мы определяем, что элементы в схеме соединены «треугольником».

Проделывая такой же эксперимент, можно определить положение резистора, а также положение, в котором ключ замкнут (в этом положении напряжение на резисторе будет, при другом — нет). Сопротивление резистора порядка нескольких МОм и сравнимо с сопротивлением вольтметра. Поэтому можно определить положение полностью заряженного конденсатора (при разомкнутом ключе напряжение на нём равно напряжению батарейки).

2. Есть много способов определения сопротивления резистора. Например, полностью зарядим конденсатор и разомкнём ключ. Подключим вольтметр к выводам, содержащим диод. При этом \[\frac{R}{R_V} = \frac{U}{U_0 - U},\] где \(R\) — сопротивление резистора, \(U\) — напряжение на нём в начальный момент, \(R_V\) — сопротивление вольтметра, \(U_0\) — напряжение батарейки. Совершенно аналогично можно разомкнуть ключ и соединить резистор, вольтметр и батарейку последовательно.

3. Ёмкость конденсатора можно определить по его разрядке. Зарядим его, соединим последовательно с резистором и вольтметром и будем снимать зависимость напряжения на вольтметре от времени. При разрядке напряжение на конденсаторе \[U = U_0 e^{-t/(R+R_V)C}.\] По снятой зависимости можно получить величину \(-t/(R+R_V)C\), а следовательно, и \(C\).

4. Для снятия ВАХ диода будем использовать потенциометр для регулировки напряжения. Ключ должен быть замкнут. При подключении источника к диоду ток по остальной части чёрного ящика течь не будет (из-за большого сопротивления резистора). Вольтметр должен быть подключён последовательно с ящиком. По напряжению на нём мы узнаем ток, по разности напряжения батарейки и этого напряжения — напряжение на диоде.