計(jì)算機(jī)輔助研究RC電路放電電壓變化規(guī)律

1、計(jì)算機(jī)輔助研究RC電路放電電壓變化規(guī)律    論文關(guān)鍵字：RC電路充放電聲卡coolEdiMATLAB論文摘要：在RC電路中，當(dāng)電容兩端有電壓時(shí)，關(guān)閉開關(guān)，通過計(jì)算機(jī)觀察電流通過電阻，在RC電路中電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律與理論情況比較。實(shí)驗(yàn)以RC電路為基礎(chǔ)，通過聲卡使計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，用Cool Edit軟件進(jìn)行錄音，最后通過數(shù)學(xué)軟件MATLAB對(duì)圖形進(jìn)行分析，將理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，結(jié)果證實(shí)了RC放電的電壓隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。1引言本論文主要證明在RC電路放電時(shí)電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系實(shí)驗(yàn).在RC電路中，當(dāng)電容兩端有電壓時(shí)，關(guān)閉開關(guān)，電流通過電阻，此時(shí)

2、電路中電壓隨時(shí)間的變化成何種規(guī)律。作者在一本教科書中發(fā)現(xiàn)前人已經(jīng)得出結(jié)論，電壓與時(shí)間的關(guān)系式是.作者通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出5個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電壓值與在相同時(shí)間點(diǎn)的理論值相比較，看兩者是否接近或相等。2 設(shè)計(jì)原理及方法：2.1 RC電路放電原理：電路的過渡過程是指從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的變化過程，其變化十分短暫而且是單次變化過程。對(duì)時(shí)間常數(shù)較大的電路，可用慢掃描長余輝示波器觀察光點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。對(duì)時(shí)間常數(shù)較小的電路，必須使這種單次變化的過程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用NE555方波發(fā)生電路輸出的方波來模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)；方波下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階

3、躍激勵(lì)信號(hào)，選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)，就可以觀測(cè)電路的過渡過程.在階躍信號(hào)下，RC-階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù).2.2 時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法：  根據(jù)-階微分方程的求解得知                            

4、0;  （1）           方程為電容放電過程方程，其中U是放電前電容兩端的電壓.當(dāng)t=時(shí)，U00.368U.此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于。其零輸入響應(yīng)的波形如圖1測(cè)試電路如圖2所示.  由零狀態(tài)響應(yīng)波形增長到0.632U所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于。其測(cè)試電路及波形如圖2和圖3所示.  微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應(yīng)用電路，它對(duì)電路時(shí)間常數(shù)和輸入信號(hào)的周期T有著特定的要求.串聯(lián)電路，如果滿足RC<<T/（為方波脈沖中的重復(fù)周期），且由端作為響應(yīng)輸

5、出，這就成了一個(gè)微分電路.              （2）         由式（2）可知：電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的微分成正比，電路如圖4. 將圖4中的與位置調(diào)換一下，即由端作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路參數(shù)的選擇滿足RC>>T/條件時(shí)，則稱為積分電路.          

6、       （3）            由式(3)可知：電路的輸出電壓與輸入電壓的積分成正比，電路如圖4.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器與軟件介紹聲卡是多媒體技術(shù)中最基本的組成部分，是實(shí)現(xiàn)聲波數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振，AD/DA轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)字處理芯片及其他輔助電路.因此，它可以作為數(shù)據(jù)采集卡使用，不過被采集號(hào)的頻率被限制在音頻范圍之內(nèi).設(shè)定了采集頻率，采樣位數(shù)，緩沖區(qū)大小之后，再利用聲卡的DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作

7、。利用LabWindows/CVI環(huán)境下，借助硬件驅(qū)動(dòng)程序?qū)β暱ǖ牟杉l率，采樣位數(shù)，緩沖區(qū)大小等分別進(jìn)行控制，根據(jù)用戶的需要調(diào)整波形顯示，進(jìn)行波形分析，從而構(gòu)成功能強(qiáng)大的虛擬存儲(chǔ)示波器.Cool Edit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當(dāng)外電路的開關(guān)關(guān)閉再打開,在Cool Edit軟件的界面會(huì)顯示出電壓與時(shí)間的關(guān)系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲(chǔ)存起來.MATLAB是數(shù)學(xué)軟件,主要用于對(duì)圖象的研究,精確度較高.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 （1）設(shè)置聲卡 打開聲音高級(jí)控制.                                       圖5 選擇錄音屬性，打開錄音音量控制面板，將輸入方式選成Line。 關(guān)閉不必要的聲音特效，以免左右聲道互相干擾。 如果無信號(hào)時(shí)背景噪聲較大，可以嘗試將一些選項(xiàng)靜音，特別是CD音頻。 調(diào)整輸入和輸出的平衡，可借助示波器部分和信號(hào)發(fā)生器部分實(shí)現(xiàn)。