RC电路时间常数的测量

图 3 前面板参考图
2） 使用 DAQ Assistant 创建一个模拟输出任务，包含一个虚拟通道，使用 Dev1/ao0 为 物理通道，配置如图 4 所示
3） 使用 DAQ Assistant 创建一个模拟输入任务，用于电容电压的采集，使用 De源自文库1/ai3 为物理通道，设置 PFI1 为触发输入通道，配置如图 5(a)(b)所示
图 4 模拟输出任务配置参考
图 5(a) 模拟输入任务配置参考（1）
图 5(b) 模拟输入任务配置参考（2）
4） 计算充电时间常数和电容值，总体程序参考框图如图 6 所示。
图 6 总体参考程序框图 5）运行程序，测量时间常数和相应的电容值，并记录测量结果。若有条件，可更换不同电 容进行测量，并分别记录测量结果。
测量电路连接示意图如图 2 所示。激励电压通过 DAC0 输出接入 RC 电路，采集电容两 端电压时使用差分连接方式接入模拟通道 ACH3。 为了保证在产生阶跃激励信号的同时启动 电压测量，可将输出激励信号同时连接到 PFI1 触发输入通道。
图 2 测量电路连接示意图
考虑到数据采集卡的 DA 输出能力，充电电流不可过大，应采用合适的电阻电容构建 RC 电路。本实验中取 R=20kOhm，C=0.1uF。另外，建议将 DAC0 的输出通过运放或比较 器后再接入 RC 电路，以增强驱动能力。 注意：程序执行前请确保 DAC0 的输出为零，可在 MAX 的测试面板中设置。 连接好测试电路后，在 LabVIEW 中编写数据采集和计算程序，具体步骤为： 1） 设计前面板，参考面板如图 3 所示
三、实验原理
含有储能元件的电路， 其响应可以由微分方程求解。 凡是可用一阶微分方程描述的电路， 称为一阶电路，它通常由一个储能元件和若干个电阻元件组成。对于一阶电路，可用一种简 单的方法——三要素法直接求出电压及电流的响应： f (t ) f () [ f (0 ) f ()]e ，其 中，f (t )是电路中任一元件的电压和电流； f ( ) 是稳态值； f (0 ) 是初始值；τ是时间常 数，对于 RC 电路有τ=RC。 RC 电路充放电的时间常数τ可以从示波器观察的响应波形中估算出来。设时间坐标单 位 t 确定，对于充电曲线来说，幅值上升到终值的 63.2%所需的时间即为一个τ，如图 1 所 示。
1
U
0.632 0 t

图 1 RC 电路充电曲线及时间常数的确定
四、实验内容
本实验基于虚拟仪器技术测定一阶 RC 电路充电过程中的时间常数τ。 利用数据采集卡 的输出通道 DAC0 对 RC 电路产生从 0V 到 5V 的阶跃激励信号，然后使用多通道数据采集 卡的模拟电压输入通道对电容两端的电压进行采集， 并将采集结果显示在屏幕上， 从而观察 和分析 RC 电路的充电过程，测得时间常数，并可以和理论计算值进行比较。由于时间常数 的测量相对精确，在电阻值确定的情况下亦可进行电容值的测算。
RC电路时间常数的测量
一、实验目的
1、进一步熟悉 LabVIEW 程序设计的一般方法 2、进一步掌握通过 DAQ Assistant 进行数据采集卡配置的方法 3、了解 RC 电路在阶跃激励下响应的基本规律和特点 4、掌握测定一阶 RC 电路时间常数τ的方法
二、实验仪器
1、微型电子计算机 2、数据采集卡 3、LabVIEW 软件 4、Elvis 实验平台