MATLAB在電路分析中的應用

覃智澤 廣西城市職業學院

引言：我國工程計算的難度不斷加大，對計算機語言提出了更高的精確要求。MATLAB具有顯著的高效特征，可以對計算步驟進行化簡，節省大量的工程計算時間。鑒于MATLAB具有突出的計算優勢，其被廣泛應用于電路分析。與其他學科相比，電路分析的計算量較大，需要應用數學知識、物理知識、邏輯學知識等等。為了解決電路分析題目，提高電路分析的效率，應用MATLAB勢在必行。

1 MATLAB概述

1.1 內涵

MATLAB是一款現代化的計算軟件，以矩陣運算作為基礎。這款軟件不僅能對大數值進行快速運算，還能突出數據的可視性。隨著我國工程項目的不斷增多，MATLAB的應用范圍更加寬廣，無論是工程設計還是電路分析都應用了MATLAB計算語言，充分挖掘出MATLAB的獨特價值。據統計，MATLAB已經成為發達國家最常用的教學工具之一，除了教育領域外，MATLAB還被應用在機械制造、航天工程、信號模擬等領域，創造了巨大的經濟效益。

1.2 特點

具體來說，MATLAB的優越性體現在以下幾個方面：第一，MATLAB的編程速度較快，可以節省用戶時間，優化用戶的程序結構。第二，MATLAB的運算方法先進，可以對復雜方程式進行精確解析。第三，MATLAB的繪圖能力非常強，可以制作平面圖形、立體圖形等。第四，MATLAB的數據庫非常大，可以容納各種函數、方程組等。第五，MATLAB的語言資源豐富，可以實現數據信息的共享。第六，MATLAB的算法精確度較高，可以彌補傳統運算軟件的不足。

2 MATLAB在電路分析中的應用

2.1 基于基爾霍夫定律的應用

在電路分析中，基爾霍夫定律非常常用，這一定律對電流電壓規律進行了說明，明確了電流與電壓的約束關系[2]。在涉及基爾霍夫定律的類型題中，經常要應用MATLAB軟件。如圖1所示，在求解電壓電流的過程中，需要依靠MATLAB構建模型，形成三個回路電壓方程：-6（I-I1）+9I1-U=0；6（I-I1）+2I1=10；U+4（3+I1）=2I1。在形成三個電壓方程之后，應該對方程組進行整理，形成矩陣的形式。在形成變換矩陣后，需要應用MATLAB程序求解：

經過MATLAB程序求解，最終的運行結果如下：U=-11.6923V，I=1.5641A

2.2 基于網孔電流法的應用

面對不同的電路，需要采用不同的分析方法。以平面電路為例，在對平面電路進行MATLAB運算時，需要應用網孔電流法，將網孔電流作為變化量。通過電流電壓定律可以列出平面電路中電流與電壓的求解方法。在分析電路時，需要掌握以下三個基本點：第一，需要標出平面電路中的電流方向；第二，需要根據平面電路的電流方向列出方程；第三需要對方程進行運算。上文已述，MATLAB軟件以矩陣運算作為基礎，因此在進行求解時可以列出相應的運算矩陣，加快求解速度。如圖2所示，在求平面電路的電流和電壓時，應該先依靠MATLAB軟件構建模型，列出網孔電流的方程：

在列出網孔電流的方程之后，可以對方程組進行整理，并將成立之后的方程組轉成成矩陣的形式。轉成成矩陣形式后，可以應用MATLAB對平面電路的電流電壓進行求解：

經過MATLAB程序求解，最終的運行結果如下：Ux=0.4000V

結論：綜上所述，MATLAB軟件具有突出的運算優勢，將MATLAB應用在電路分析中，可以提高電流、電壓的計算效率。電路分析難度較大，MATLAB可以彌補傳統運算方式的不足。從這個角度來看，必須發揮MATLAB的實用價值，擴大MATLAB的應用范圍。

[1]夏振平,王儉,付保川,肖金球.Matlab在“電路分析”教學中的應用方法及其效果研究[J].考試周刊,2014(79)：156-158.

[2]趙富寧,王艷紅.Matlab/Simulink在電路分析中的應用[J].計算機時代 ,2014(04)：21-23.

[3]張亞琴,趙宏音,吳建軍,陳嵐峰.MATLAB在電路分析中的應用研究[J].沈陽師范大學學報(自然科學版),2015,27(01)：59-62.