許建霞

摘要：電路分析基礎(chǔ)是一門內(nèi)容多、實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著社會(huì)的發(fā)展和對(duì)人才培養(yǎng)的要求不斷提高，對(duì)電路的教學(xué)也要不斷地進(jìn)行改革。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段，把Multisim引入到電路教學(xué)中來(lái)等方面進(jìn)行探討，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：電路分析基礎(chǔ)；multisim；三相電路

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）29-0087-02

《電路分析基礎(chǔ)》是通信工程、電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門主干課。該課程是《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《信號(hào)與系統(tǒng)》等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生能更好地適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，有必要不斷地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)思路和豐富教學(xué)手段，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

大部分學(xué)校對(duì)電子信息類專業(yè)的學(xué)生，該門課程理論課授課學(xué)時(shí)設(shè)置為96學(xué)時(shí)，有些學(xué)校為80學(xué)時(shí)，武漢理工大學(xué)信息學(xué)院共96學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，每學(xué)期48學(xué)時(shí)。其中在電路上學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括直流電路的分析、含運(yùn)算放大器的電阻電路、動(dòng)態(tài)電路；電路下的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括正弦穩(wěn)態(tài)電路、非正弦周期信號(hào)激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)電路、電路的復(fù)頻域分析和二端口網(wǎng)絡(luò)分析?？梢?jiàn)電路課程內(nèi)容多，在課時(shí)有限的情況下，有必要優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，在保證電路課程教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、完整性、全面性的基礎(chǔ)上，要對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)木x、壓縮，例如含運(yùn)算放大器的電阻電路這部分內(nèi)容可只做簡(jiǎn)單介紹，基本濾波器電路及其頻率特性甚至可以忽略，因?yàn)楹罄m(xù)模擬電子技術(shù)課程還要詳細(xì)講解。對(duì)于一些理論推導(dǎo)可從簡(jiǎn)，壓縮出來(lái)的學(xué)時(shí)可適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充簡(jiǎn)單非性電阻電路的學(xué)習(xí)，為學(xué)習(xí)非線性電路理論打下基礎(chǔ)。

二、豐富教學(xué)手段

上課時(shí)要注重課堂教學(xué)過(guò)程的連貫性，可以以提出問(wèn)題的方式引入本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，例如在講正弦穩(wěn)態(tài)電路分析時(shí)，以圖1中的RLC串聯(lián)電路為例[1]，若參數(shù)RLC已知，輸入電壓為u（t）=Ucos（ωt+θ），求電容兩端的電壓u（t）的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，如果按照動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析，先要建立以u(píng)（t）為響應(yīng)的電路方程，得LC+RC+u（t）=u（t）

很顯然是一個(gè)二階常系數(shù)微分方程，要求u（t）的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，必定要求解這一微分方程的解，如果電路中含有三個(gè)或三個(gè)以上的獨(dú)立動(dòng)態(tài)元件，建立的微分方程必定是一個(gè)高階微分方程，解高階微分方程很繁瑣，有沒(méi)有一種方法使得列寫(xiě)的電路方程是代數(shù)方程？從而引出相量法分析正弦穩(wěn)態(tài)電路。其次針對(duì)目前《電路分析基礎(chǔ)》課程內(nèi)容多，課時(shí)不夠的矛盾，在課堂教學(xué)的過(guò)程中充分運(yùn)用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)相結(jié)合[2]，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方式，靈活運(yùn)用多媒體等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)和手段。最后在課堂教學(xué)中引入Multisim軟件仿真，將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)[3]，Multisim提供了多種元件和虛擬儀器[4]。利用Multisim元件庫(kù)中提供的元件搭建仿真電路，然后用虛擬儀器顯示輸出結(jié)果，從而對(duì)電路進(jìn)行分析，這一過(guò)程，如同在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中搭建真實(shí)的電路，由于上課時(shí)間有限，重點(diǎn)放在演示上，搭建仿真電路的具體過(guò)程可作為課后作業(yè)布置給學(xué)生來(lái)完成。

三、Multisim輔助理論教學(xué)實(shí)例

以三相對(duì)稱電路為例，三相電路由三相電源、三相負(fù)載和三相傳輸線路構(gòu)成，三相電源和三相負(fù)載的聯(lián)接方式有星形（Y）聯(lián)接和三角形（Δ）聯(lián)接，因此三相電路的聯(lián)接方式有Y—Y，Y—Δ，Δ—Y，Δ—Δ四種聯(lián)接，Y形和Δ形之間可等效變換，都可等效為Y—Y聯(lián)接，Y—Y聯(lián)接，其電路原理圖如圖2所示，其中xsc2顯示三相電源的波形，XMM1，XMM2，XMM3分別用來(lái)測(cè)三相負(fù)載的線電流，XMM4測(cè)U1與U2之間的相電壓，XWM1用來(lái)測(cè)第一相的有功功率，XMM5測(cè)中線上的電流。

1.理論計(jì)算。三相負(fù)載對(duì)稱情況下，設(shè)三相電源的線電壓分別為=220∠0V =220∠120V =220∠-120V

第一相和第二相之間的相電壓，即電路圖2中，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間的電壓，有=-=380∠30

第一相的線電流===1.556∠-45

然后可寫(xiě)出其余兩相，可得

第二相的線電流=1.56∠-165A

第三相的線電流=1.556∠75A

由于是對(duì)稱聯(lián)接，所以中線上的電流為0

功率因數(shù)cosθ==0.707

第一相負(fù)載的有功功率P=UIcosθ=242W

2.仿真結(jié)果。仿真結(jié)果如圖3所示，XMM1，XMM2，XMM3的讀數(shù)均為1.556A，XMM4的讀數(shù)為380.951V，XWM1的讀數(shù)為42.081W，功率因數(shù)為0.707，XMM5的讀數(shù)近似為0，說(shuō)明電源中線和負(fù)載中線之間的電壓為零，與理論計(jì)算基本一致。

3.負(fù)載對(duì)電路的影響。在圖1中，將第一相中的R改為50Ω，其他參數(shù)不變，由于有中線，忽略中線阻抗的情況下，無(wú)論負(fù)載是否對(duì)稱，其相電壓總是對(duì)稱的，各相相對(duì)獨(dú)立，其理論計(jì)算方法同1，可計(jì)算出I==1.97A，I=I=1.56A，P=UIcosθ=194W，仿真結(jié)果如圖4所示，與理論計(jì)算一致。

在圖1中，第一相中的R然仍為50Ω，其他參數(shù)不變，將中線去掉，三相負(fù)載不對(duì)稱，就得到非對(duì)稱三相三線制Y—Y聯(lián)接其中XMM5用來(lái)測(cè)電源中點(diǎn)和負(fù)載中點(diǎn)之間的電壓，其他儀表測(cè)試的電量同圖1，仿真結(jié)果如圖5，從圖5中可以看出電源中點(diǎn)和負(fù)載中點(diǎn)之間產(chǎn)生了電位差，電位差的大小取決于三相負(fù)載不對(duì)稱的程度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使三相負(fù)載工作不正常，所以Y-Y聯(lián)接時(shí)中線非常重要，并且在中線上不允許安裝保險(xiǎn)裝置。

四、結(jié)論

隨著學(xué)科建設(shè)的不斷發(fā)展，電路分析基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)不斷的探索和改進(jìn)的過(guò)程，在此過(guò)程中要不斷地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)效率。將multisim引入到電路課堂教學(xué)中，通過(guò)更改參數(shù)，電路的連接方式，在課堂上實(shí)時(shí)演示給學(xué)生看，將枯燥的理論知識(shí)以圖形化的形式顯示出來(lái)，使學(xué)生不斷的掌握電路的本質(zhì)。利用Multisim輔助教學(xué)，可以鞏固學(xué)生對(duì)電路分析基礎(chǔ)課程理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉嵐，葉慶云.電路分析[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[2]馬小三，章家?guī)r，李紹銘.電路課程教學(xué)改革研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，2（28）：113-114.

[3]馬文忠，胡慧慧，李新瑞.《電路分析》課程教學(xué)改革探討[J].中國(guó)電力教育，2008，（10）：66-67

[4]趙春華，張學(xué)軍.Multisim9電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.