计算机辅助研究RC电路放电电压变化规律(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-05

  如果使用其他声卡,可参照以上步骤设置.注意使用万能声卡驱动程序或自带驱动程序,不要使用Windows带的驱动程序.如果仍无法正确工作,可换一个驱动程序试试.可能出现的情况:

  a   声卡上没有Line In口,只有MIC口,在一些廉价主板集成的声卡上会有这种情况,因为MIC口通常是声道,也就是示波器只能单踪工作.

  b   打开信号发生器,示波器上同时显示波形,这是输出反馈到输入端造成的,可修改各项设置.

  (2) 在实验线路板上选取R=5kΩ,C=10μF组成如图2所示的RC充放电电路.NE555信号发生器输出的方波信号电压U=1.5V,频率f=1kHz,将自制电缆线Φ3.5立体声插头插入声卡的Line In,另一边接到实验线路板上的激励端口所在位置.

  (3) 在虚拟示波器上观察激励与响应的变化规律,来测时间常数τ,通过调整虚拟示波器界面上的增益、时基和网格按钮,可清晰地观测RC的响应曲线,并可计算出时间常数τ.对于R=5kΩ,C=10μF的RC响应曲线如图6所示.

计算机辅助研究RC电路放电电压变化规律

                                         图6

  (4) 适当地改变电容或电阻值,观察波形变化情况,记录观察到的现象.

  ①选取R=10kΩ,C=10μF,观察并绘制响应的波形,继续增大C之值,定性地观察响应的影响.

  ②选取R=15kΩ,C=20μF,组成如图4(1)所示的微分电路,在同样的方波激励信号作用下,观测并绘制激励与响应的波形.

  3 数据分析电压时间

  实验所测得电压随时间变化曲线如图7

计算机辅助研究RC电路放电电压变化规律

    4  实验结果分析

  ①通过计算在相同时间点电压理论计算值与电压实际测量的结果的比例进行比较,我们可以发现相同时间的电压比值几乎相等,作者在通过改变R与C的值发现相似的结论,由此可以证实前人研究.

  ②本实验精确度较高,但难免有误差的出现,首先在截图时,很难从电压最大值开始截取;其次在用MATLAB对图形进行处理时,很难在特定时间内找到所对应的电压值点,作者因此选取在此附近的点,由此产生的误差可达到万分之一.而且用声卡测试仪器时,难免有噪音的的影响.

  ③声卡测试仪器的优点:可以将电路与计算机连接在一起,并截取录音,传送给计算机处理.

  声卡测试仪器的局限性:容易受外界环境及本身其他的功能影响.

  5 结束语

  本实验室属于计算机应用实验,难度较高。实验要求会使用Cool Edit Pro 2.0,MATLAB6.1等软件,熟悉声卡的原理,计算机基本知识及物理原理等等.在此应该特别感谢鲁晓东老师,胡依杰同学及费芬同学对我的帮助,他们帮助我找到很多关于这方面的资料.在此次实验中证实前人已经得出的RC电路放电电压变化规律,即电压与时间的关系式结论.

  参考文献

  [1]杨述武,赵立竹,沈国土。普通物理实验4综合及设计部分(第四版)。北京:高等教育出版社,2007.

  [2]孙晓云,郭立炜,孙会琴。基于LabWindows/CVI虚拟示波器设计及应用。北京:电子工业出版社,2005.

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