中国电力教育ＣＥ ２０１０年第１５期总第１６６期 ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１０．１５．０２６ 基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ８的电路定律和定理仿真教学及应用 来国红 摘要：在电路及模拟电路课程中应用极其广泛的基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律、叠加定理、戴维南定理、诺顿定理是教学 中的重点，如何在教学中使学生熟练掌握这些重要的定律和定理，是教学中值得研究的问题。我４ｆｌ＃１用ＭｕｌｔＮｍ８对这些内容进行仿真辅 助教学，提高了学生学习的积极性和学习兴趣，加深了学生对这些定律和定理的理解，收到了很好的效果。 关键词：基尔霍夫电流定律；基尔霍夫电压定律；叠加定理；戴维南定理；诺顿定理；仿真 作者简介：来国红（１９７９一），男，湖北京山人，湖北民族学院信息工程学院，讲师，工程硕士，主要研究方向：电子系统的设计、 智能传感器技术、电子电路基础理论研究。（湖北恩施４４５０００） 基金项目：本文系湖北民族学院校级教研项目（项目编号：２００８ＪＹ０１２）、湖北省教育厅教学研究项目（项目编号：２００９２６５）的研究成果。 在电路及模拟电路课程中应用极其广泛的基尔霍夫电流定 基尔霍夫电压定律是各支路电压必须遵守的约束关系。 律（ＫＣＬ定律）、基尔霍夫电压定律（ＫＶＬ定律）、叠加定理、 例２：电路如图２所示，试求各电阻上的电压，并验证 戴维南定理、诺顿定理是教学中的重点，如何在教学中使学生 ＫＶＬ定律。 熟练掌握这些重要的定律和定理，是教学中值得研究的问题。 首先求出三个串联电阻的总电阻，Ｒ＝Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６ 利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ８对这些内容进行仿真分析，并将其应用到相关 由欧姆定律可得： 内容的教学中，可以帮助学生对这些内容的理解。 ，＝Ｖ２／Ｒ＝Ｉ２Ｖ／１２ＫＱ＝ｌｍＡ 一、ＫＣＬ定律及其仿真 再由欧姆定律可得： ＫＣＬ定律：在任意时刻，对于集总参数电路的任意节点， Ｕ５＝ＩｘＲ４＝ｌｍＡＸ ＩＫＱ＝ｌＶ 流出或流入某节电电流的代数和恒为零。ＫＣＬ定律是电路的结 Ｕ６＝ＩｘＲ５＝ｌｍＡ×１ＫＱ＝１Ｖ 构约束关系，只与电路结构有关而与电路元件性质无关。ＫＣＬ Ｕ７＝ＩｘＲ６＝ｔｍＡ×１０ＫＱ＝１０Ｖ 不仅适用于节点，也适用于电路中任意假设的封闭面。 可见，计算结果与仿真结果相同，且￡，５＋ ＋ ＝１２Ｖ， 例１：电路如图ｌ所示，求流过电压源Ｖ１的电流。 验证了ＫＶＬ定律。 电路中有两个节 ，四条支路。根据欧姆定律可分别求得 三．叠加定理 各支路电流：Ｉ￣＝１２ｍＡ、１２＝６ｍＡ、１３＝４ｍＡ。由ＫＣＬ定律可得： 定理内容：对于有唯一解的线性电路，多个激励源共同作 Ｉ ｌ Ｉ３＝２２ｍＡ 用时引起的响应（电路中各处的电流或电压）等于各个激励源 ｌ＿１ 单独作用时（其他激励源置为零）所引起的响应之和。 例３：电路如图３所示，求流过电阻Ｒ１的电流Ｉ和电阻 Ｒ３两端的电压。 ｌ＿１ 图１基尔霍夫电流定律应用电路 可见，结果与图 １中仿真结果相同。 二、ＫＶＬ定律及 其仿真 图３叠加定理应用电路及仿真 ＫＶＬ定律：在 根据叠加定理，首先求出各个激励单独作用于电路的响应。 任意时刻，对于集总 当电压源单独作用时，将电流源置为零。根据欧 参数的任意回路，某 姆定律、ＫＣＬ定律及ＫＶＬ定律可计算出： 回路上所有支路电 ）＝４．８Ａ，ｕ（１）＝２．４Ｖ 压的代数和恒为零。 图２基尔霍夫电压定律应用电路 计算结果与图４的仿真结果相同。 回 ＣＥＰＥ中国电力教育 而 ｉ 一 当电流源单独作用 时，将电压源置为零。根 据欧姆定律、ＫＣＬ定律和 ＫＶＬ定律可计算出： ，（２）＝２Ａ，Ｕ（２）＝一４Ｖ 计算结果与图５的仿真结 — 果相同。 最后根据叠加定理可得： Ｊｒ＝，（１）＋Ｉ／２）＝６．８Ａ Ｕ（Ｉ］＋ （２）＝一１．６Ｖ 图８求等效电阻电路 可用一个电流源并联一个电阻 图４电压源单独作用电路及仿真 的支路来代替，其中电流源等 可见，结果与图 Ｕ１ ３的仿真结果相同。 四、戴维南定理 定理内容：任何 有源线性二端口网络 对其外部特性而言， 都可以用一个电压源 串联一个电阻的支路 替代，其中电压源的 电压等于该有源二端 图５电流源单独作用电路及仿真 口网络输出端的开路电压 ，串联的电阻Ｒ。等于该有源二端 口网络内部所有源为零时在输出端的等效电阻。 例４：电路如图６所示，利用戴维南定理求流过电阻Ｒ３ 的电流。 根据戴维南定理， 将Ｒ３左侧的二端口网络 可等效为电压源与电阻 的串联。首先求开路电压，雾…图６戴维南定理应用电路及仿真 根据欧姆定律 ＫＣＬ定 律和ＫＶＬ定律可计算出： Ｕ￣＝１２Ｖｏ可见，与图７ 仿真结果相同。 然后求等效电阻， 图７求开路电压电路 根据欧姆定律可计算出：Ｒ。＝５００ｆ２。可见与图８仿真结果相同。 图９为Ｒ３左侧的戴维南等效电路。 将图９与Ｒ３相接，可以计算出Ｒ３上流过的电流为 １３＝６ｍＡ。与图６仿真结果相同，戴维南定理得到验证。 五、诺顿定理 定理内容：任何有源二端口网络，对其外部特性而言，都 于有源二端口网络输出端的短 路电流，并联电阻等于有源二 端口网络内部所有源为零 时在输出端的等效电阻。 例５：电路如图１０所示， 试求流过Ｒ４的电流。 根据诺顿定理，将Ｒ４左 侧的二端口网络等效为电流源 图９ Ｒ３左侧的戴维南等效电路 图ｌ０诺顿定理应用电路 图Ｉ１求短路电流 与电阻的并联。首先求短路电流，如图ｌ】所示。根据欧姆定律、 ＫＣＬ定律和ＫＶＬ定律可求得： ：１．６Ａ。计算结果与图ｌ１电 流表读数相同。 Ｒ’ Ｒ２ … 。 ｚ 盯 Ｈ ＸＭＭ１ ［ ］ ｆ＾厂人｝］ ——。— “犀 。。。 ．．．．．．．．．．．．．．＋ 一 露一 咎 图１２求等效电阻 然后求等效电阻，如图１２所示。根据欧姆定律可求得： Ｒ５＝７．２８ｆ２。计算结果与图中欧姆表读数 相同。Ｒ４左侧电路的诺顿等效电路如图 ｌ３所示。由此可以计算出流过Ｒ４的电流 Ｉ＝１．１３ Ａ。与图１０中电流表的读数基本 相同。 诺顿定理得到验证。 图１３ Ｒ４左侧电路 综上所述，可以看到，电路定律和 的诺顿等效电路 中国电力教育ＣＥＰＥ ２ｏｌｏ．第１５期总第１６６期 ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７～００７９．２０１０．１５．０２７ “控制 电机＂课程教学改革问题探讨 姜志玲许瑾李红伟 摘要：“控制电机”是电气工程及其自动化专业的必修专业课，其理论性和实践性均较强，从应用的角度出发，着重分析各种控制 电机的基本原理、电磁关系和运行特性。本文旨在通过科学的整合确定出实用的教学内容，并采用有针对性的教学方法提高教学效果， 使学生能够掌握各种控制电机的基本结构及基本工作原理、基本分析方法，学会正确选择和使用控制电机，拓宽学生的就业面，为学生 毕业后从事相关工作打下必要的基脏。 关键词：控制电机；教学改革；课程考核评价 作者简介：姜志玲（１９７４－－），女，山东海阳人，西南石油大学电子信息工程学院，讲师，工学硕士，主要研究方向：电力系统及其自动化； 许瑾（１９８０－－），女，陕西商洛人，西南石油大学电子信息工程学院，讲师，工学硕士，主要研究方向：电力电子技术在电力系统中的应用。 （四川成都６１０５００） “控制电机”课程所涉及的知识和技能是电气工程及其自 现基础好的学生早已听懂，而基础差的学生却没有听懂就讲过 动化专业的必修内容，该课程综合了电机在控制系统中的应用 去了’这是传统教法不足的一面。虽然单纯传授知识的常规教 及其发展，比较抽象，教师讲授和学生理解起来都有一定的难 学存在着一些不足，难以满足当今社会就业的需求，但我们不 度。学生上了这门课后，掌握了多少实用的知识和技能，能否 能对其一概否定。因为传统教法仍有它合理的和可继承的一面， 满足就业需求是一个值得研究探讨并亟待解决的问题。针对上 它是教学改革的基础和前提，教学改革是常规教学的提高和发 述情况，结合近年来的教学实践，笔者认为可以删掉陈旧的知 展，常规教学不是一成不变，而是不断发展和丰富的。 识和冗长的推导过程，补充与实际应用联系密切的新知识，提 为此，在“控制电机”课程教学改革中要实现几个转变：（１） 高学生的动手能力，并在教学中尝试使用适应该课程特点的教 变单纯传授知识为传授知识的同时注重能力培养；（２）变教师 学方法。 为中心为学生为主体；（３）变重教法轻学法为教、学法同步改革。 一 教学方法改革 教法改革服从人才素质培养，学法改革引导学生由苦学变乐学， 本课程教学理念的基本主张是以理论学习为基础，以研究 由学会变会学。强调基础教育与职业教育相互渗透，既要抓好 实践为平台，以能力形成为核心。教师的作用不单是教授知识， 课内教育又要抓好课外教育，发挥学生的积极性、主动性。 更重要的是教会学生思维，教会学生创造思维。学生有了创造 围绕本课程要实现的转变，课程树立了以学生岗位能力培 思维能力，不仅可以学会教师教授的知识，而且可以在自己的 养为核心，以就业为导向，以岗位技术为导入的教学理念，创 思维实践中学到教师没有教授的知识，甚至创造新知识。教知 新教学手段。采用多个教师任课，共同探讨该课程的教学改革 识总是有限的，教思维是根本，教师应当是创造思维的指导者。 方法，采用模块化教学，充分利用各种现代化教学手段将计算 因此，教师必须特别注意不断拓宽和深化自身的专业基础知识， 机技术、多媒体技术、网络技术融于该课程教学环节中，教会 及时调整与更新学术观念和思维方法，增强创新意识，做到常 学生创造性地学习、探索性地学习，注重培养学生的创新思维、 教常新，充分发挥引导作用。 工程意识、动手能力及分析问题、解决问题的能力，加强学生 传统的常规教学方法是以讲解、传授知识为主，教师的主 动手能力的培养，融职业能力培养和职业素质教育为一体，将 要精力放在讲解教材上，学生的学习是被动的、消极的，常出 和控制电机有关的最新资料、最新设备、最新技术加入到课程 定理的理论讲解与电路仿真可以非常精确地配合，充分利用仿 【２】熊伟，候传教，梁青，等ＭｕＩｔｉｓｉｍ７电路设计及仿真应用【Ｍ】．北 真技术对电路定律和定理进行仿真，可以使定律和定理内容得 京：清华大学出版社，２００５ 到验证，从而加深学生对理论的理解，提高学生学习的兴趣和 ［３】黄冠斌，孙敏，杨传谱，等电路基础［Ｍ］．武汉：华中理工大学出 学习积极性，同时形象的仿真，使学生对定律和定理的内容加 版社，２０００． 深了记忆。通过多年对比教学，取得了很好的效果。 ［４】杨庆．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ８在远程电子技术基础实验中的应用［Ｊ］．井冈山 学院学报（综合版），２００７，２８（１ ２）：３３—５５． 参考文献： ［５】杨庆．基于ＭｕＩｔｉｓｉｍ８的数字电路课程设计与仿真［Ｊ】．平顶山工 ［１】郭锁利，刘延飞，李琪等．基于ＭｕＩｔｉ ｓｉｍ９的电子系统设计、仿真 学院学报，２００７，１６（６）：７７－７９． 与综合应用【Ｍ】ｌ北京：人民邮电出版社，２００８． （责任编辑：麻剑飞） 回
