计算机辅助研究RC电路放电电压变化规律

1、计算机辅助研究RC电路放电电压变化规律    论文关键字：RC电路充放电声卡coolEdiMATLAB论文摘要：在RC电路中，当电容两端有电压时，关闭开关，通过计算机观察电流通过电阻，在RC电路中电压随时间的变化规律与理论情况比较。实验以RC电路为基础，通过声卡使计算机与实验结合，用Cool Edit软件进行录音，最后通过数学软件MATLAB对图形进行分析，将理论计算值与实际测量值进行比较，结果证实了RC放电的电压随时间的变化趋势。1引言本论文主要证明在RC电路放电时电压随时间的变化关系实验.在RC电路中，当电容两端有电压时，关闭开关，电流通过电阻，此时

2、电路中电压随时间的变化成何种规律。作者在一本教科书中发现前人已经得出结论，电压与时间的关系式是.作者通过实验测量出5个时间点的电压值与在相同时间点的理论值相比较，看两者是否接近或相等。2 设计原理及方法：2.1 RC电路放电原理：电路的过渡过程是指从一种稳定状态转到另一种稳定状态所经历的变化过程，其变化十分短暂而且是单次变化过程。对时间常数较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。对时间常数较小的电路，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用NE555方波发生电路输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶

3、跃激励信号，选择方波的重复周期远大于电路的时间常数，就可以观测电路的过渡过程.在阶跃信号下，RC-阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数.2.2 时间常数的测定方法：  根据-阶微分方程的求解得知                            

4、0;  （1）           方程为电容放电过程方程，其中U是放电前电容两端的电压.当t=时，U00.368U.此时所对应的时间就等于。其零输入响应的波形如图1测试电路如图2所示.  由零状态响应波形增长到0.632U所对应的时间就等于。其测试电路及波形如图2和图3所示.  微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的应用电路，它对电路时间常数和输入信号的周期T有着特定的要求.串联电路，如果满足RC<<T/（为方波脉冲中的重复周期），且由端作为响应输

5、出，这就成了一个微分电路.              （2）         由式（2）可知：电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比，电路如图4. 将图4中的与位置调换一下，即由端作为响应输出，且当电路参数的选择满足RC>>T/条件时，则称为积分电路.          

6、       （3）            由式(3)可知：电路的输出电压与输入电压的积分成正比，电路如图4.2.3 实验仪器与软件介绍声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波数字信号相互转换的一种硬件.在一块声卡上有晶振，AD/DA转换芯片和数字处理芯片及其他辅助电路.因此，它可以作为数据采集卡使用，不过被采集号的频率被限制在音频范围之内.设定了采集频率，采样位数，缓冲区大小之后，再利用声卡的DMA方式进行数据采集工作

7、。利用LabWindows/CVI环境下，借助硬件驱动程序对声卡的采集频率，采样位数，缓冲区大小等分别进行控制，根据用户的需要调整波形显示，进行波形分析，从而构成功能强大的虚拟存储示波器.Cool Edit软件与外电路是通过声卡的连接,当外电路的开关关闭再打开,在Cool Edit软件的界面会显示出电压与时间的关系图形.将图形剪切下来,与.mav的文件形式储存起来.MATLAB是数学软件,主要用于对图象的研究,精确度较高.2.4 实验设计方法 （1）设置声卡 打开声音高级控制.                                       图5 选择录音属性，打开录音音量控制面板，将输入方式选成Line。 关闭不必要的声音特效，以免左右声道互相干扰。 如果无信号时背景噪声较大，可以尝试将一些选项静音，特别是CD音频。 调整输入和输出的平衡，可借助示波器部分和信号发生器部分实现。