大學物理實驗RC電路時間常數的Multisim仿真測試

摘要：基于探索大學物理電學實驗仿真技術的目的，采用Multisim10仿真軟件對RC電路時間常數參數進行了仿真實驗測試。從RC電路電容充、放電時電容電壓uC的表達式出發，分析了uC與時間常數之間的關系，給出了幾種Multisim仿真測試時間常數的實驗方案。仿真實驗可直觀形象地描述RC電路的工作過程及有關參數測試。將電路的硬件實驗方式向多元化方式轉移，利于培養知識綜合、知識應用、知識遷移的能力，使電路分析更加靈活和直觀。
關鍵詞：電學實驗；RC電路；時間常數；Multisim；電路仿真

大學物理是高校理工科專業的理論與實踐結合密切的課程，在教學過程中引入演示實驗將增強知識內容的直觀性，對提高學生的物理基礎、培養創新能力有重要的作用。
引入Multisim仿真技術可將實驗由單一的硬件方式向多元化方式轉移，在課堂教學中插入Multisim仿真演示實驗將顯著提高教學效果，并且Multisim仿真可方便改變測試方法、實驗方案、電路參數，利于培養學生的知識綜合、知識應用、知識遷移的能力，使實驗更加靈活和直觀。
文中以Multisim10版本給出RC電路時間常數的幾種仿真實驗測試方法。

1 RC電路時間常數的Multisim仿真測試
RC仿真測試電路如圖1所示，元件參數的選取為電阻R=1 kΩ、電容C=1μF，信號源輸出頻率f=100 Hz(周期T=0．01 s=10 ms)、幅度U=10 V、占空比q=1／2的方波，雙蹤示波器用于觀測信號源及電容C兩端電壓uC的波形。

在方波信號源10 V高電平輸出期間，通過電阻R對電容C充電，在方波信號源0 V低電平輸出期間，電容C通過電阻R放電。
由RC電路暫態理論可知，電容充電時電壓uC的表達式為