電路分析基礎課程教學改革與探討

許建霞

摘要：電路分析基礎是一門內容多、實踐性較強的專業基礎課，隨著社會的發展和對人才培養的要求不斷提高，對電路的教學也要不斷地進行改革。從優化教學內容、豐富教學手段，把Multisim引入到電路教學中來等方面進行探討，以此來激發學生學習興趣，提高教學質量強。

關鍵詞：電路分析基礎；multisim；三相電路

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0087-02

《電路分析基礎》是通信工程、電子信息工程、電子科學與技術等專業的主要專業基礎課，也是一門主干課。該課程是《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《信號與系統》等后續課程的基礎。為了讓學生能更好地適應新技術的發展，有必要不斷地優化教學內容，調整教學思路和豐富教學手段，從而加強學生對該課程的學習。

一、優化教學內容

大部分學校對電子信息類專業的學生，該門課程理論課授課學時設置為96學時，有些學校為80學時，武漢理工大學信息學院共96學時的理論教學，每學期48學時。其中在電路上學習的內容包括直流電路的分析、含運算放大器的電阻電路、動態電路；電路下的學習內容包括正弦穩態電路、非正弦周期信號激勵下的穩態電路、電路的復頻域分析和二端口網絡分析。可見電路課程內容多，在課時有限的情況下，有必要優化課堂教學內容，在保證電路課程教學內容的系統性、完整性、全面性的基礎上，要對授課內容進行適當的精選、壓縮，例如含運算放大器的電阻電路這部分內容可只做簡單介紹，基本濾波器電路及其頻率特性甚至可以忽略，因為后續模擬電子技術課程還要詳細講解。對于一些理論推導可從簡，壓縮出來的學時可適當的補充簡單非性電阻電路的學習，為學習非線性電路理論打下基礎。

二、豐富教學手段

上課時要注重課堂教學過程的連貫性，可以以提出問題的方式引入本節課的教學內容，例如在講正弦穩態電路分析時，以圖1中的RLC串聯電路為例[1]，若參數RLC已知，輸入電壓為u（t）=Ucos（ωt+θ），求電容兩端的電壓u（t）的穩態響應，如果按照動態電路的時域分析，先要建立以u（t）為響應的電路方程，得LC+RC+u（t）=u（t）

很顯然是一個二階常系數微分方程，要求u（t）的穩態響應，必定要求解這一微分方程的解，如果電路中含有三個或三個以上的獨立動態元件，建立的微分方程必定是一個高階微分方程，解高階微分方程很繁瑣，有沒有一種方法使得列寫的電路方程是代數方程？從而引出相量法分析正弦穩態電路。其次針對目前《電路分析基礎》課程內容多，課時不夠的矛盾，在課堂教學的過程中充分運用多媒體教學與傳統板書教學相結合[2]，根據教學內容的不同，結合傳統教學方式，靈活運用多媒體等現代教學技術和手段。最后在課堂教學中引入Multisim軟件仿真，將理論教學與實驗教學結合起來[3]，Multisim提供了多種元件和虛擬儀器[4]。利用Multisim元件庫中提供的元件搭建仿真電路，然后用虛擬儀器顯示輸出結果，從而對電路進行分析，這一過程，如同在真實的實驗室中搭建真實的電路，由于上課時間有限，重點放在演示上，搭建仿真電路的具體過程可作為課后作業布置給學生來完成。

三、Multisim輔助理論教學實例

以三相對稱電路為例，三相電路由三相電源、三相負載和三相傳輸線路構成，三相電源和三相負載的聯接方式有星形（Y）聯接和三角形（Δ）聯接，因此三相電路的聯接方式有Y—Y，Y—Δ，Δ—Y，Δ—Δ四種聯接，Y形和Δ形之間可等效變換，都可等效為Y—Y聯接，Y—Y聯接，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分別用來測三相負載的線電流，XMM4測U1與U2之間的相電壓，XWM1用來測第一相的有功功率，XMM5測中線上的電流。

1.理論計算。三相負載對稱情況下，設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，節點1和節點2之間的電壓，有=-=380∠30

第一相的線電流===1.556∠-45

然后可寫出其余兩相，可得

第二相的線電流=1.56∠-165A

第三相的線電流=1.556∠75A

由于是對稱聯接，所以中線上的電流為0

功率因數cosθ==0.707

第一相負載的有功功率P=UIcosθ=242W

2.仿真結果。仿真結果如圖3所示，XMM1，XMM2，XMM3的讀數均為1.556A，XMM4的讀數為380.951V，XWM1的讀數為42.081W，功率因數為0.707，XMM5的讀數近似為0，說明電源中線和負載中線之間的電壓為零，與理論計算基本一致。

3.負載對電路的影響。在圖1中，將第一相中的R改為50Ω，其他參數不變，由于有中線，忽略中線阻抗的情況下，無論負載是否對稱，其相電壓總是對稱的，各相相對獨立，其理論計算方法同1，可計算出I==1.97A，I=I=1.56A，P=UIcosθ=194W，仿真結果如圖4所示，與理論計算一致。

在圖1中，第一相中的R然仍為50Ω，其他參數不變，將中線去掉，三相負載不對稱，就得到非對稱三相三線制Y—Y聯接其中XMM5用來測電源中點和負載中點之間的電壓，其他儀表測試的電量同圖1，仿真結果如圖5，從圖5中可以看出電源中點和負載中點之間產生了電位差，電位差的大小取決于三相負載不對稱的程度，嚴重時會使三相負載工作不正常，所以Y-Y聯接時中線非常重要，并且在中線上不允許安裝保險裝置。

四、結論

隨著學科建設的不斷發展，電路分析基礎課程的教學改革是一個持續不斷的探索和改進的過程，在此過程中要不斷地優化教學內容，豐富教學手段，提高教學效率。將multisim引入到電路課堂教學中，通過更改參數，電路的連接方式，在課堂上實時演示給學生看，將枯燥的理論知識以圖形化的形式顯示出來，使學生不斷的掌握電路的本質。利用Multisim輔助教學，可以鞏固學生對電路分析基礎課程理論知識的理解，提高學生的動手能力。

參考文獻：

[1]劉嵐，葉慶云.電路分析[M].北京：科學出版社，2012.

[2]馬小三，章家巖，李紹銘.電路課程教學改革研究[J].安徽工業大學學報，2011，2（28）：113-114.

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

[4]趙春華，張學軍.Multisim9電子技術基礎仿真實驗[M].北京：機械工業出版社，2007.