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分享电路原理实验 RC 一阶电路的响应测试 与Multisim仿真操作| “朝闻道”知识分享大赛
这是我参加朝闻道知识分享大赛的第 1 篇文章
说明：本实验是自动化类学生上的电路原理实验课，实验比较简单，但是据我了解部分学生还不会使用Multisim软件对电容电感的充电放电过程电压、电流与时间进行瞬态分析，让U与t、I与t的函数关系仿真显示出来。 所以我做了这次实验内容和实验操作分享，希望能帮助各位同学。
目录
1.打开 Multisim软件（我本人使用的Multisim最新版本Multisim14.3），在上面界面点击仿真。（在此之前你肯定是要先搭载好你要仿真进行瞬态分析的电路）
2.然后出现如下的选项，点击Analyses and simulation。
3.然后就会弹出小窗口 ，出现Analyses and simulation的有关界面，在左手界面点击瞬态分析，就进入了瞬态分析界面，在分析参数可以调整你的起始时间和结束时间。
实验操作分享
一、电容充电和放电过程的U与t的瞬态分析仿真操作教学分享
1.打开 Multisim软件（我本人使用的Multisim最新版本Multisim14.3），在上面界面点击仿真。（在此之前你肯定是要先搭载好你要仿真进行瞬态分析的电路）
2.然后出现如下的选项，点击Analyses and simulation。
3.然后就会弹出小窗口 ，出现Analyses and simulation的有关界面，在左手界面点击瞬态分析，就进入了瞬态分析界面，在分析参数可以调整你的起始时间和结束时间。
不同时间长短的瞬态分析图效果：
4.选择你想要瞬态分析的参数
5.然后点击run ，就能出现U与t的瞬态分析函数图
6.特别提要：
（一）更改瞬态分析图背景黑白色
（二）复位函数图
（三）取消瞬态分析，返回默认仿真电路，在Analyses and Simulation界面点击Interaction Simulation
二、 实验中的Multisim软件搭载电路与仿真
1.电路搭载
2.电路仿真
3.实验内容的四大次瞬态分析
（一）积分电路的电容充电和放电
（二）积分电路的电容充电和放电的锯齿波
（三）微分电路电容充电放电的尖脉冲
（四） 微分电路电容充电放电的大电阻波形
三、实验课实践
1.前三大次实验内容（第四次实验教室没有1MΩ这么的电阻）
（一）积分电路的电容充电和放电
（二）积分电路的电容充电和放电的锯齿波
（三）微分电路电容充电放电的尖脉冲
2.时间常数的测量简要说明：
使用示波器的两个光标去移动，测量 积分电路电容放电过程（零输入响应）波形的最高点Um与36.8%Um的时间差的绝对值，和积分电路电容充电过程（零状态响应）波形的最低点Um与63.2%Um的时间差。
3.实验课时刻部分记录
实验内容
一、实验目的
1 ．测定 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2 ．学习电路时间常数的测量方法。
3 ．掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4 ．进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明
1．动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，要用普通示波器观察过渡过程和测 量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，利用信号发生器输出的方波 来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方 波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间 常数 τ,那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的 过渡过程是基本相同的。
2 ．图 9-1（b）所示的 RC 一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 τ。
3 ．时间常数 τ 的测定方法：
用示波器测量零输入响应的波形如图9-1（a）。根据一阶微分方程的求解得知 uc ＝Ume-t/RC =Ume-t/τ。当 t = τ 时，Uc(τ) ＝0.368Um。此时所对应的时间就等于 τ。亦可用零状态响应波形 增加到 0.632 Um 所对应的时间测得，如图 9-1（c）所示。
4．微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号 的周期有着特定的要求。一个简单的 RC 串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足时间常数=RC<<T/2时（T 为方波脉冲的重复周期），且由 R 两端的电压作为响应输出，这就是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图 9-2（a）所示。 利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
若将图 9-2（a）中的 R 与 C 位置调换一下，如图 9-2（b）所示，由 C 两端的电压作为
响应输出。当电路的参数满足时间常数=RC>> T/2条件时，即称为积分电路。因为此时电路的输出信
号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。
从输入输出波形来看，两个电路均起着波形变换的作用，在实验过程仔细观察与记录。
三、实验设备
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序号 |
名称 |
型号与规格 |
数量 |
备注 |
|
1 |
脉冲信号发生器 |
|
1 |
DG03 |
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2 |
双踪示波器 |
|
1 |
|
|
3 |
动态电路实验板 |
|
1 |
DG07 |
四、实验内容
实验线路板采用实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”，如图 9-3 所示，请认清 R 、C 元件 的布局及其标称值，各开关的通断位置等。
1 ．从电路板上选 R ＝10KΩ , C ＝6800pF 组成如图 9-1（b）所示的 RC 充放电电路。u 为脉冲信号发生器输出的 Um ＝3V 、f＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将 激励源 u 和响应 uc 的信号分别连至示波器的两个输入口 YA 和 YB。这时可在示波器的屏幕上 观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数 τ,并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。
2 ．令 R ＝10KΩ , C ＝0.1μF，观察并描绘 响应的波形，继续增大 C 之值，定性地观察对 响应的影响。
3．令 C ＝0.01μF，R ＝100Ω, 组成如图 9-2 （a）所示的微分电路。在同样的方波激励信号 （Um ＝3V，f＝1KHz）作用下，观测并描绘激 励与响应的波形。
增减 R 之值，定性地观察对响应的影响， 并作记录。当 R 增至 1MΩ 时，输入输出波形 有何本质上的区别？
五、实验注意事项
图 9-3 动态电路、选频电路实验板
1．调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮
的操作与调节。
2．信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）， 以防外界干扰而影响测量 的准确性。
3．示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以 延长示波管的使用寿命。
六、预习思考题
1．什么样的信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号？
2．已知 RC 一阶电路 R ＝10KΩ , C ＝0.1μF，试计算时间常数 τ, 并根据 τ 值的物理意义， 拟定测量 τ 的方案。
3 ．何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下， 其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？
4 ．预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。
七、实验报告
1 ．根据实验观测结果，在方格纸上绘出 RC 一阶电路充放电时 uc 的变化曲线，由曲线 测得 τ 值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2．根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件， 阐明波形变换的特 征。
3 ．心得体会及其他
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