RC电路的瞬态和稳态过程
通过指数衰减进行运动变化，不仅出现在交流电路中，还出现在静电、放射性衰变和原子核裂变中。在核物理和放射性研究中，半衰期是放射性元素的一个特征常数，与外部条件、元素状态和元素质量无关。放射性元素半衰期常用于考古学、医学和环境保护。RC当电路连接到直流电源或断开电源时，也会形成电路充放电的瞬态变化过程。瞬态变化的速度取决于电路中各部件的值和特性。因此，瞬态过程研究涉及物理学的许多领域。
RC电路可用于改变输入正弦信号和输出正弦信号之间的相位差。例如，将几个振幅成一定比例的正弦波合成一个方波或三角波需要相同的初相，这可以通过RC移相器。电子线路设计中经常使用相移电路移相和测量两正弦波电压之间的相位差。
实验的目的和要求
学会用示波器测量放电的半衰期。
研究RC电路的稳态性和瞬态放电性。
学会用不同的方法测量正弦波输出电压对输入电压的相移。
实验原理
RC电路的瞬态过程
详见教材中的实验5-6。
(补充) 获取电路的时间常数有三种方法。
用公式拟合。利用数字示波器的存储功能，导出电容器充放电数据，拟合时间常数。该方法适用于充放电充放电不足。
半衰期法。从示波器上测量半衰期ln2获得时间常数。该方法要求电容放电充分。P183的图5-30有误，若充放电的时间相同，电容器上的电压变化应该为下图所示。
测量信号发生器内阻r，用(R r)C直接计算电路的时间常数。
RC电路稳态过程
用三种方法测量正弦波输出电压对输入电压的相移。详见教材中的实验5-7
实验装置
电路图如下：
实验装置包括示波器、函数信号发生器、电容箱、电阻箱、同轴电缆等。
请自带u存储数据的磁盘。
要求：8GB以下，FAT32格式。
同轴电缆结构：
铜芯对应红线，有信号
金属屏蔽层对应黑线，为接地线
固纬示波器的读数精度
根据待测量的大小，选择合适的电压(或时间)档位。例如，选择500μs最小精度为20μs，若此时待测量仅为1000μs，所选时间档过大，使测量误差可能较大。
根据所选的测量档，记录待测量正确的有效数字。例如，选择5000μs最小精度为20μs，如果在示波器上显示待测量为100.0μs，后两个都不是有效数字。
实验内容
注：实验内容与本书略有不同，请参考本处。如果使用示波器进行测量，则需要记录所使用的时间档和电压档。
注：课后完成标有[数据处理]的部分，请仔细阅读页面底部的数据处理要求。
研究RC电路的瞬态过程
在方波信号下观察RC电路充放电过程(要求:每组选择三个特征波形，简要绘制波形。
固定R，C不变，改变f，观察电容C上波形变化。
固定R，f不变，改变C，观察电容C上波形变化。
固定C，f不变，改变R，观察电容C上波形变化。
选择一组R、C以下测量值(在测量过程中)R、C值保持不变)。
充放电充放电和充放电不足的波形：存储数据，用指数拟合时间常数。
用示波器测量充放电情况RC电路半衰期
。
【注】 测量时，示波器上的待测范围至少要大于:1大格(为什么？
信号发生器的内阻用半偏法测量r。
[注] 半偏电路需要重新连接，这部分可以在稳态完成后进行。请提前绘制电路图。P185页无负载，方波输入示波器为满偏度的解释：无负载为开路，而非电阻为零。方波示波器为满偏度，即调整电压档，使波形尽可能充满屏幕。
[注] 测量完内阻r之后，在示波器上的电压发生变化之前，应继续调整电阻箱。从而估计内阻调节的不确定性。
研究RC电路稳态过程
信号源频率为正弦，观察RC串联电路中Uc输入正弦信号频率f变化。
[要求] 定性描述Uc尺寸变化。
选择与瞬态电路相同的选择R、C测量值R、C值保持不变)。
测量
信号频率f
[注] 需要继续调节信号频率f据估计，直到示波器上的电压发生变化f调整不确定性。
用双踪法显示
和
测量相位差的波形φ
频率f不一定选1000 Hz，应以
适当的测量是合适的。选择合适的时间档测量
不需要和测量值
使用相同的档位。如何判断测量精度和有效数字？
选做内容
用李萨如图测量相位差(本学期暂不要求)
用李萨如图线测量电路Uc与Ui的相位差φ，计算电路的时间常数RC。
要求测量五组数据并线性拟合。
为什么要求B/A在0.4～0.6的范围内？如何调整？
时间常数的理论值是多少？
数据处理求
研究RC电路的瞬态过程
现象分析：为什么会出现三种波形的差别？
标称值：计算时间常数
和不确定度。电阻箱和电容箱的不确定度限值a以当前电阻(或电容)*0.1%+零值电阻(或电容)计算。
计算拟合法和半衰期法测得得时间常数及不确定度。以标称值为标准，计算相对误差。其中指数拟合法，要求作2张图：充分和不充分情况各拟合一组，放电部分或充电部分任选。
研究RC电路的稳态过程
现象分析：
为什么改变？
时，用你测量的频率计算此时的相位差，并与理论值比较。
双踪法测量的相位差是多少，理论值是多少？此时理论值应该用
还是
？为什么？
附1：固纬示波器的数据处理
固伟GDS-1102A-U的存储文件(.csv)中，只存储了波形数据。需要同学根据头文件的各种参数进行分析。
注意头文件里的伏/格挡位(Vertical Scale)、垂直偏置(Vertical Position)、时基挡位(Horizontal Scale)、水平偏置(Horizontal Position)和采样周期(Sampling Period)。
下面以示波器自带的1kHz，2V的方波信号进行说明。波形文件如下图所示。
电压：用Waveform Data里的数据乘以1/25的伏格挡位进行转换，这里应乘以1/25×0.5 V。
时间：由于是等间隔采样，故需用data的序号乘以采样周期，这里应乘以1.00E-6 s。
下面是用origin作图和示波器截屏的图像。两者比较，能看出差别在于，示波器上的图像有-560 mV的垂直偏移(图左下角红字)，这在头文件里也有记录(Vertical Position：-5.60E-01)。
附2：固纬示波器的实验操作
1. 进行数据存储(确保显示为USB normal再按“存储”)//数据存储有“快速”和“详细”两种模式，如果选择“快速”模式，结果需要按“附1”所示进行“数据转换”
2. 进行光标测量
3. 调成XY模式，显示李萨茹图(如果需要返回双踪模式，则按下“主时基”)
4. 出现倍率问题
参考资料
沈元华，陆申龙. 基础物理实验. 北京：高等教育出版社. 2003，182～189
讨论区
实验过程中要求“用τ=(R+r)C计算时间常数的标称值”与数据处理中要求回答“稳态时为什么用τ=RC而不是τ=(R+r)C来计算时间常数”相矛盾。
瞬态与稳态不同。瞬态为(R+r)C，稳态为RC