計算機技術現如今已經應用很廣泛了，在電子領域的應用更是如此，本文主要研究計算機技術在RC電路中的應用，并且介紹了相關工作原理。

　　《現代計算機(專業版)》ModernComputer(旬刊)曾用刊名：現代計算機;電腦與微電子技術，1984年創刊，是一本面向計算機全行業的綜合性學術刊物，一直以來致力于營造一個融洽的學術交流平臺，幫助讀者對象在學業、事業上更上一層樓。

　　在RC電路中，當電容兩端有電壓時，關閉開關，通過計算機觀察電流通過電阻，在RC電路中電壓隨時間的變化規律與理論情況比較。實驗以RC電路為基礎，通過聲卡使計算機與實驗結合，用CoolEdit軟件進行錄音，最后通過數學軟件MATLAB對圖形進行分析，將理論計算值與實際測量值進行比較，結果證實了RC放電的電壓隨時間的變化趨勢。

　　1引言

　　本論文主要證明在RC電路放電時電壓隨時間的變化關系實驗.

　　在RC電路中，當電容兩端有電壓時，關閉開關，電流通過電阻，此時電路中電壓隨時間的變化成何種規律。作者在一本教科書中發現前人已經得出結論，電壓與時間的關系式是.作者通過實驗測量出5個時間點的電壓值與在相同時間點的理論值相比較，看兩者是否接近或相等。

　　2設計原理及方法：

　　2.1RC電路放電原理：

　　電路的過渡過程是指從一種穩定狀態轉到另一種穩定狀態所經歷的變化過程，其變化十分短暫而且是單次變化過程。對時間常數τ較大的電路，可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。對時間常數τ較小的電路，必須使這種單次變化的過程重復出現。為此，我們利用NE555方波發生電路輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即令方波輸出的上升沿作為零狀態響應的正階躍激勵信號;方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號，選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數τ，就可以觀測電路的過渡過程.

　　在階躍信號下，RC-階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數τ.

　　2.2時間常數τ的測定方法：

　　⑴根據-階微分方程的求解得知

 

　　(1)

　　方程⑴為電容放電過程方程，其中U是放電前電容兩端的電壓.

　　當t=τ時，U0=0.368U.此時所對應的時間就等于τ。其零輸入響應的波形如圖1測試電路如圖2⑴所示.

　　⑵由零狀態響應波形增長到0.632U所對應的時間就等于τ。其測試電路及波形如圖2⑵和圖3所示.

　　⑶微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應用電路，它對電路時間常數τ和輸入信號的周期T有著特定的要求.?

　　RC串聯電路，如果滿足τ=RC<

　　(2)

　　由式(2)可知：電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比，電路如圖4⑴.?

　　將圖4⑴中的R與C位置調換一下，即由C端作為響應輸出，且當電路參數的選擇滿足τ=RC>>T/2條件時，則稱為積分電路.

　　(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4⑵.

　　2.3實驗儀器與軟件介紹

　　聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分，是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振，AD/DA轉換芯片和數字處理芯片及其他輔助電路.因此，它可以作為數據采集卡使用，不過被采集號的頻率被限制在音頻范圍之內.設定了采集頻率，采樣位數，緩沖區大小之后，再利用聲卡的DMA方式進行數據采集工作。利用LabWindows/CVI環境下，借助硬件驅動程序對聲卡的采集頻率，采樣位數，緩沖區大小等分別進行控制，根據用戶的需要調整波形顯示，進行波形分析，從而構成功能強大的虛擬存儲示波器.

　　CoolEdit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當外電路的開關關閉再打開,在CoolEdit軟件的界面會顯示出電壓與時間的關系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲存起來.

　　MATLAB是數學軟件,主要用于對圖象的研究,精確度較高.

　　2.4實驗設計方法

　　(1)設置聲卡

　　①打開聲音高級控制.

　　圖5

　　②選擇錄音屬性，打開錄音音量控制面板，將輸入方式選成Line。

　　③關閉不必要的聲音特效，以免左右聲道互相干擾。

　　④如果無信號時背景噪聲較大，可以嘗試將一些選項靜音，特別是CD音頻。

　　⑤調整輸入和輸出的平衡，可借助示波器部分和信號發生器部分實現。

　　這時信號是從LineIn口輸入的.在輸出音頻信號時,輸入口是沒有信號的.

　　如果使用其他聲卡,可參照以上步驟設置.注意使用萬能聲卡驅動程序或自帶驅動程序,不要使用Windows帶的驅動程序.如果仍無法正確工作,可換一個驅動程序試試.可能出現的情況:

　　a聲卡上沒有LineIn口,只有MIC口,在一些廉價主板集成的聲卡上會有這種情況,因為MIC口通常是聲道,也就是示波器只能單蹤工作.

　　b打開信號發生器,示波器上同時顯示波形,這是輸出反饋到輸入端造成的,可修改各項設置.

　　(2)在實驗線路板上選取R=5kΩ,C=10μF組成如圖2所示的RC充放電電路.NE555信號發生器輸出的方波信號電壓U=1.5V,頻率f=1kHz,將自制電纜線Φ3.5立體聲插頭插入聲卡的LineIn,另一邊接到實驗線路板上的激勵端口所在位置.

　　(3)在虛擬示波器上觀察激勵與響應的變化規律,來測時間常數τ,通過調整虛擬示波器界面上的增益、時基和網格按鈕,可清晰地觀測RC的響應曲線,并可計算出時間常數τ.對于R=5kΩ,C=10μF的RC響應曲線如圖6所示.

　　圖6

　　(4)適當地改變電容或電阻值,觀察波形變化情況,記錄觀察到的現象.

　　①選取R=10kΩ,C=10μF,觀察并繪制響應的波形,繼續增大C之值,定性地觀察響應的影響.

　　②選取R=15kΩ,C=20μF,組成如圖4(1)所示的微分電路,在同樣的方波激勵信號作用下,觀測并繪制激勵與響應的波形.

　　3數據分析電壓時間

　　實驗所測得電壓隨時間變化曲線如圖7

　　4實驗結果分析

　　①通過計算在相同時間點電壓理論計算值與電壓實際測量的結果的比例進行比較,我們可以發現相同時間的電壓比值幾乎相等,作者在通過改變R與C的值發現相似的結論,由此可以證實前人研究.

　　②本實驗精確度較高,但難免有誤差的出現,首先在截圖時,很難從電壓最大值開始截取;其次在用MATLAB對圖形進行處理時,很難在特定時間內找到所對應的電壓值點,作者因此選取在此附近的點,由此產生的誤差可達到萬分之一.而且用聲卡測試儀器時,難免有噪音的的影響.

　　③聲卡測試儀器的優點:可以將電路與計算機連接在一起,并截取錄音,傳送給計算機處理.

　　聲卡測試儀器的局限性:容易受外界環境及本身其他的功能影響.

　　5結束語

　　本實驗室屬于計算機應用實驗，難度較高。實驗要求會使用CoolEditPro2.0，MATLAB6.1等軟件,熟悉聲卡的原理，計算機基本知識及物理原理等等.在此應該特別感謝魯曉東老師,胡依杰同學及費芬同學對我的幫助,他們幫助我找到很多關于這方面的資料.在此次實驗中證實前人已經得出的RC電路放電電壓變化規律，即電壓與時間的關系式

　　結論.

　　參考文獻

　　[1]楊述武，趙立竹，沈國土。普通物理實驗4綜合及設計部分(第四版)。北京：高等教育出版社，2007.

　　[2]孫曉云，郭立煒，孫會琴。基于LabWindows/CVI虛擬示波器設計及應用。北京:電子工業出版社，2005.