一、实验目的
1．简单了解RC电路的充电放电过程。 2．通过实验熟悉无稳态电路的特点。3．了解无稳态电路的基本原理。
二、实验材料
所用元器件详见表一。实验使用的开关用一小条弹性铜皮制成，将铜皮一端焊牢在线路板的铆钉上，另一端悬置在另一铆钉接点上方。揿下铜皮就能将两接点连通。
三、实验步骤
1．RC充放电实验：在实验线路板上分别连接图1所示的三个电路。图1（a）电路是我们已经实验过的电子开关。按下开关K，三极管导通，发光管亮；手一抬起，开关断开，发光管随之熄灭。现在，我们如图1（b）所示，在电路中加上电解电容C和电阻R\(_{2}\)这两个元件，再来做上述实验，看看会有什么变化。
接通电源，按下开关K。我们看到发光管并不随着开关接通立刻就亮，而是经过一秒左右的延迟后才发光。可见电容和电阻起着使三极管延时导通的作用。
将电路中的电容、电阻和开关的位置改变一下，如图1（e）所示，再来做实验。此时按下开关K，发光管立刻就亮，但将开关断开后，发光管却仍然发光，要经过约一秒钟才慢慢熄灭。这个电路中，电容和电阻又起着使三极管延时截止的作用。
改变电容C的容量或电阻R\(_{1}\)、R2的阻值，把上面实验重做几次，可以发现延迟的时间是随着变化的。R\(_{1}\)、R2的阻值越大或C的容量越大，延迟的时间也越长。
2．无稳态电路实验：图2是典型的无稳态电路。将元件按图3所示的排列方式在线路板上焊好，检查无误后接通电源。这时，我们会看到发光管周期性地一闪一闪地发光，发光的时间和熄灭的时间大致相等。
发光管闪光周期的长短，受到与三极管相连的电阻与电容大小的影响。在下面的实验中，我们把C\(_{2}\)换成100μF，把Rb2换成51K，会看到闪光周期明显变长，而且发光时间和熄灭时间长短不相等，熄灭时间大于发光时间。我们如果把100μF电容和51K电阻换到C\(_{1}\)与Rbl的位置上，那么发光管发光时间就比熄灭时间长。
这个实验很容易成功。如果接上电源后发光管并不闪动，而是常灭或常亮，可将两只三极管位置对调，或换上配套材料中的另一只同型号管子，使两管放大系数搭配合适。
四、实验原理
我们利用图4来说明RC电路的充放电原理。当开关在“1”位置时，电源通过电阻R向电容C充电。开始时，电容器极片没有电荷，它两端电压U\(_{c}\)为零，充电电流最大。随着时间增长，电容器上积累的电荷逐渐增多，Uc慢慢升高，充电电流逐渐减小，直到电容两端电压和电源电压相等（U\(_{c}\)=E时），充电过程才告结束。这个过程中，充电时间的长短与电容器的容量和电阻阻值大小有关。C的容量越大，能储存的电荷越多；而R阻值越大，充电电流越小，电荷的积累也越慢，所需要的充电时间就越长。反之，C的容量和R的阻值越小，充电时间就越短。我们把R与C的乘积叫做“时间常数”，用字母τ（读作tao）来表示，即τ=R·C。τ就象一把尺子，可以用它来衡量RC电路充电的快慢。τ越大，充电过程就越慢。
当图4电路中的开关处在“2”位置时，电容器储存的电荷通过电阻泄放，U\(_{c}\)从最大值逐渐减小到零，这是放电过程。放电和充电是两个相反的过程，它们都遵循一定的规律。
图1（b）的实验中，按下开关后，由于电容C两端初始电压为零，三极管不能立即导通，发光管不亮。电源通过R\(_{2}\)向C充电后，UC逐渐升高，经过一段时间，U\(_{c}\)达到某一数值使三极管导通，发光管亮。这一段时间就是电子开关所延迟的时间。
图1（c）的实验中，按下开关，电源经10K电阻向三极管提供基极电流，使BG管导通，发光管亮。K断开后，有较大的充电电流通过R\(_{1}\)和三极管。仍能保持管子导通。随着Uc逐渐升高，充电电流减小，当减小到不能维持三极管导通时，发光管熄灭。
还要指出在图1（b）（c）这两个电路里，充电电流的大小与R\(_{1}\)、R2两个电阻都有关系，所以电路时间常数τ也由R\(_{1}\)、R2与C的大小共同决定。
现在，我们来分析图2电路的工作原理。这个电路没有固定的工作状态，两只三极管能自动地、周期性地完成开关转换，所以叫做无稳态电路。
在开始讨论时，我们假设BG\(_{1}\)截止，BG2导通。因为在前一个周期中，电容C\(_{1}\)已被充电，所以当BG2 导通后，C\(_{1}\)经BG2的c、e两极、电源和电阻R\(_{b1}\)构成的回路放电，见图5右边实线所示，放电的时间常数τ放=R\(_{b1}\)·C1。此时，C\(_{1}\)负极有较高负电位，保证了BG1因基极处低电位而截止。C\(_{1}\)放电的同时，电源经Rc1、BG\(_{2}\)的b、e两极为电容C2充电。充放电电流如图中左边实线所示。C\(_{2}\)充电时间常数τ充=R\(_{C1}\)·C2。
随着C\(_{1}\)放电过程的进行，它两端电压逐渐降低，放电结束又反向充电Ub1逐渐升高，BG\(_{1}\)由截止变为导通，其集电极电压下降。这个电压变化经电容C2耦合到BG\(_{2}\)基极，使BG2由导通变为截止。这样，电路完成了一次状态的变换（通常称为翻转）。我们若把发光管串在R\(_{c2}\)上，它即由发光转为熄灭。电路翻转后，C2经BG\(_{1}\)的c、e两极、电源和Rb2放电，而C\(_{1}\)被充电。充电电流方向如图5中右边虚线所示。
电路就是这样循环变化，周而复始，两管形成周期性的翻转状态。改变电路充放电的时间常数，就可以改变翻转的周期。如果选用对称元件，令R\(_{b1}\)=Rb2，C\(_{1}\)=C2，发光管亮灭时间就近似相等。
五、动脑筋
按照以前介绍过的方法，装一个蜂鸣器，怎样连接电路，使蜂鸣器能受无稳态电路控制，发出嘟—嘟—的断续报警声。（陈鹏飞 王友文）