大学物理实验RC电路时间常数的Multisim仿真测试

摘要：基于探索大学物理电学实验仿真技术的目的，采用Multisim10仿真软件对RC电路时间常数参数进行了仿真实验测试。从RC电路电容充、放电时电容电压uC的表达式出发，分析了uC与时间常数之间的关系，给出了几种Multisim仿真测试时间常数的实验方案。仿真实验可直观形象地描述RC电路的工作过程及有关参数测试。将电路的硬件实验方式向多元化方式转移，利于培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力，使电路分析更加灵活和直观。
关键词：电学实验；RC电路；时间常数；Multisim；电路仿真

大学物理是高校理工科专业的理论与实践结合密切的课程，在教学过程中引入演示实验将增强知识内容的直观性，对提高学生的物理基础、培养创新能力有重要的作用。
引入Multisim仿真技术可将实验由单一的硬件方式向多元化方式转移，在课堂教学中插入Multisim仿真演示实验将显著提高教学效果，并且Multisim仿真可方便改变测试方法、实验方案、电路参数，利于培养学生的知识综合、知识应用、知识迁移的能力，使实验更加灵活和直观。
文中以Multisim10版本给出RC电路时间常数的几种仿真实验测试方法。

1 RC电路时间常数的Multisim仿真测试
RC仿真测试电路如图1所示，元件参数的选取为电阻R=1 kΩ、电容C=1μF，信号源输出频率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，双踪示波器用于观测信号源及电容C两端电压uC的波形。

在方波信号源10 V高电平输出期间，通过电阻R对电容C充电，在方波信号源0 V低电平输出期间，电容C通过电阻R放电。
由RC电路暂态理论可知，电容充电时电压uC的表达式为