淺談高職戴維南定理的教學(xué)

王海梅

摘要：為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能訓(xùn)練和動手能力的培養(yǎng)，依托DGJ-03實(shí)驗(yàn)臺完成戴維南定理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，借助Multisim 12.0軟件完成仿真分析，再結(jié)合理論講授，結(jié)果證明“做中教、做中學(xué)”的教學(xué)模式能使學(xué)生充分理解定理內(nèi)容，熟練掌握定理的應(yīng)用，收效良好。

Abstract： In order to strengthen students' practical skills training and the cultivation of manipulative ability， experimental verification test of Thevenin theorem is finishesd by DGJ-03 experiment table. The simulation analysis is completed by Multisim 12.0 software， and it is teached by the theory. The results prove that the teaching mode of "teaching and learning by doing" can make students fully understand theorem and master the application of the theorem， the results are very good.

關(guān)鍵詞：戴維南定理；高職；Multisim 仿真；等效

Key words：Thevenin theorem；higher vocational education；Multisim simulation；equivalence

中圖分類號：G423.07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0222-02

0 引言

《電路分析基礎(chǔ)》是高職電子信息或電氣類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，戴維南定理是該課程重要的內(nèi)容，如何在進(jìn)行課堂教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能訓(xùn)練和動手能力的培養(yǎng)是令人困惑的問題。采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、Multisim仿真、理論分析相結(jié)合的“做中教、做中學(xué)”的教學(xué)模式，能使學(xué)者深刻理解并應(yīng)用定理，達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖1（a）是DGJ-03實(shí)驗(yàn)臺戴維南定理電路模塊。用開路電壓、短路電流法測定其等效電路的Uoc、Ro。接入穩(wěn)壓電源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。測出Uoc=16.998V和Isc=32.7mA，根據(jù)R0=Uoc/Isc，計(jì)算出Ro=520Ω（因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓波動及實(shí)驗(yàn)臺個(gè)體差異， Ro數(shù)值最高可至529.1Ω）。注意測Uoc時(shí)，不接入電流表。

按圖1（a）接入RL進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn)。改變RL阻值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，測得表1數(shù)據(jù)。搭接圖1（b）電路驗(yàn)證戴維南定理，從電阻箱上取得等效電阻Ro之值，然后令其與開路電壓Uoc數(shù)值的直流穩(wěn)壓電源相串聯(lián)，改變RL阻值，測其外特性，對戴維南定理進(jìn)行驗(yàn)證，測得表2數(shù)據(jù)。考慮實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的精度，建議取七～九組可變電阻值。

2 Multisim 仿真分析

Multisim軟件是美國NI公司的電工電子仿真分析軟件，該軟件是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有直觀、高效的設(shè)計(jì)仿真測試功能，利用該軟件可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，可以幫助學(xué)生理解、鞏固理論知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力。在Multisim 12.0環(huán)境下創(chuàng)建圖1的仿真實(shí)驗(yàn)電路并設(shè)置各元件參數(shù)，注意電源、元件及儀表的正確、快捷選取，仿真并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。運(yùn)用Multisim軟件可以直觀形象的對戴維南定理進(jìn)行仿真驗(yàn)證，[1]繪制的負(fù)載特性如圖2、圖3。測得Uoc=16.997V和Isc=33mA，根據(jù)R0=Uoc/Isc，計(jì)算出R0=515Ω。DGJ-03實(shí)驗(yàn)臺R0驗(yàn)證數(shù)據(jù)與R0仿真值有0.97%的相對誤差。

改變RL數(shù)值，由圖2、圖3分別可以測出不同RL時(shí)對應(yīng)測試的U、I數(shù)值，兩圖所測數(shù)值非常接近，選取數(shù)據(jù)做U與I的仿真關(guān)系曲線圖，如圖4。對比分析可知，測試曲線符合線性電路U與I特性，適當(dāng)增加測試點(diǎn)，整個(gè)測試的精確度應(yīng)該更高。同樣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表格中數(shù)據(jù)，得到U與I的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線圖，可見復(fù)雜有源二端網(wǎng)絡(luò)Multisim負(fù)載特性與戴維南等效Multisim負(fù)載特性吻合較好。

3 理論講授

理論講授將多媒體資源應(yīng)用于定理教學(xué)中，使講課方式多樣化。幻燈片中可以加入Flash動畫、視頻、聲音、彩色圖片等傳媒手段。[2]在講授戴維南定理時(shí)，可以將戴維南簡介及定理產(chǎn)生、解題的過程用Flash動畫的形式展示給學(xué)生，既直觀又形象，利用課程網(wǎng)站“在線測試”強(qiáng)化定理的理論分析計(jì)算。要突出講授戴維南定理的典型應(yīng)用和拓展應(yīng)用，其典型應(yīng)用是求可變負(fù)載支路電壓、電流或求含受控源等復(fù)雜電路某支路電流電壓；其拓展應(yīng)用體現(xiàn)在《電路分析基礎(chǔ)》課程諾頓定理、最大功率傳輸定理的學(xué)習(xí)，《模擬電子技術(shù)》課程分壓式偏置電路、放大器分析的學(xué)習(xí)。要注意戴維南定理的使用范圍、注意事項(xiàng)。總之，任何線性有源二端網(wǎng)絡(luò)N，對其外部而言，都可以等效成一個(gè)戴維南電源。該電源的電壓值等于網(wǎng)絡(luò)N二端子間的開路電壓，其串聯(lián)的電阻（稱輸出電阻或等效內(nèi)阻）等于網(wǎng)絡(luò)N內(nèi)部獨(dú)立源為零時(shí)二端子間的等效電阻。然而，在含源端口負(fù)載電阻R從0到∞變化時(shí)，雖然圖1獨(dú)立電壓源可以保持12V穩(wěn)定不變，但是獨(dú)立電流源并不能始終保持10mA不變，而是會發(fā)生異常變動。[3]所以應(yīng)特別關(guān)注設(shè)備、元件的實(shí)際使用條件。

4 結(jié)束語

戴維南定理是最常用的電路簡化方法。由于定理將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為電源支路，所以統(tǒng)稱為等效電源定理或等效發(fā)電機(jī)定理。[4]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、Multisim仿真、理論講授”相結(jié)合的方法，三屆教改班級學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性普遍較高，90%的學(xué)生喜歡表示喜歡這種教學(xué)模式，借此深刻理解并學(xué)會應(yīng)用戴維南定理；以此為背景，學(xué)生參與制作的作品《戴維南定理分析與應(yīng)用》榮獲2014年陜西省信息化教學(xué)大賽信息化教學(xué)設(shè)計(jì)省級三等獎(jiǎng)。而且采用基于過程的形成性評價(jià)，使得學(xué)生重視過程學(xué)習(xí)，既提高了電路故障檢測與維修的能力，又鍛煉了仿真分析能力，同時(shí)提高了安全規(guī)范、協(xié)作溝通能力。“做中教、做中學(xué)”的教學(xué)模式能使學(xué)生充分理解戴維南定理內(nèi)容，熟練應(yīng)用定理解題，綜合能力得到有效提升，收效良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁業(yè)兵，譚學(xué)琴.Multisim在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用[J].微型電腦應(yīng)用，2015，31（1）：53-54，58.

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