基于Multisim的二階電路時域分析教學過程結構設計

周云艷 趙年順

【摘 要】利用Multisim軟件進行仿真可以使二階電路的過渡過程直觀形象地被學生觀察到，提高學習效果。在二階電路時域分析的教學過程結構設計中，利用Multisim仿真引入課題，利用Multisim仿真顯示電路響應波形，驗證理論推導結果，使學生學習思路清晰，學習效率提高。

【關鍵詞】二階電路；時域分析；仿真；教學過程結構

中圖分類號： TN911.6-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0105-002

【Abstract】Using Multisim software to simulate the transition process of the second order circuit can be visually observed by students and improve the learning effect.In the time domain analysis of the teaching process of the second order circuit structure design， project， is introduced using Multisim simulation using Multisim simulation display circuit response waveform， verify the theoretical derivation results， causes the student to learn clarity， learning efficiency.

【Key words】Second order circuit； Time domain analysis； The simulation； Teaching process structure

二階電路的時域分析是“電路”課程理論教學的基本內容，也是該課程的一個難點之一。傳統的教學主要是公式的推導，根據電路結構列寫電路的二階微分方程，根據特征方程求解特征根，根據特征根的特點分析二階電路響應中自由分量的變化規律。由于在教學過程中繁雜的數學推導過多，往往導致學生不能真正理解所學知識。通過在二階電路時域分析的教學中利用Multisim軟件進行仿真，引導學生對電路進行定性分析具有事半功倍的效果。

3 基于Multisim仿真的教學過程結構設計

3.1 課題引入環節

復習一階RC電路的零輸入響應，是按照指數規律衰減的時間函數；仿真一階RC電路的電容電壓零輸入響應的變化曲線（取R=2kΩ，C=1uF），增加電感元件變為二階RLC電路（取R=2kΩ，C=1uF，L=1H），用示波器觀察換路瞬間電容電壓波形的變化情況，也是一個衰減的時間函數。改變電路參數R=200Ω，重復仿真一階電路和二階電路電容電壓的變化規律，明顯有差別。

3.2 新課教學環節

說明R、L、C元件的伏安關系，列寫電路方程得二階微分方程，公式推導得到二階電路響應的三種形式，并針對每種形式選擇合適的電路參數進行仿真，用示波器觀察電容電壓的變化曲線，闡明振蕩放電與非振蕩放電過程，同時利用Multisim的仿真分析功能得到電感電流、電感電壓、電阻電壓的變化曲線。

3.3 總結歸納環節

二階電路的方程是二階微分方程，根據特征根的不同，二階電路的響應有三種不同的形式。先求利用換路定則求初始值；求穩態值，在直流激勵下，電容開路，電感短路；去掉激勵源，化簡電路，列二階微分方程，根據特征方程求特征根，根據特征根的形式確定響應的表達式。利用Multisim軟件進行仿真繪出電路響應的具體波形，以驗證求解的正確性與否。

4 結論

傳統教學中，二階電路的分析僅僅圍繞著二階電路的理論推導進行，以純數學的手段完成二階電路的分析求解。學生的學習脫離了實際的物理意義，導致學習能力不足的學生難以理解推導過程，掌握不了二階電路響應的求解。教學實踐表明，通過Multisim仿真進行教學過程設計，，使抽象問題具體化、形象化，使學生能夠掌握二階電路響應的具體形式，認識到動態電路的響應變化規律與激勵無關，降低了特征方程求解的難度。

【參考文獻】

[1]邱關源.電路（第五版）[M].高等教育出版社，2006.

[2]童立君，楊小芹，彭登峰.二階電路過渡過程教學的研究與探討[J].電氣電子教學學報，2007，05：24-26.

[3]任兆香，谷海青，張倩，李曉飛.PSPICE仿真分析與二階動態電路教學法研究[J].實驗技術與管理，2016，06：117-120+125.

[4]關永剛，楊穎，于歆杰.二階動態電路和狀態方程教學的幾點注記[J].電氣電子教學學報，2011，05：28-31.

[5]馮維婷.Multisim在電路分析動態電路教學中的應用[J].西安郵電學院學報，2010，02：169-172.