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《电路分析软件Tina,Pro》和《电路分析基础》的融合教学

时间:2022-03-21 08:15:54 浏览次数:

摘 要:《电路分析基础》的数学计算抽象、难懂且烦琐,学生不易掌握,往往事倍功半。教师要将《电路分析软件Tina Pro》的教学内容引入到《电路分析基础》的教学当中,将两者结合起来,这样既可以用Tina Pro软件来解决《电路分析基础的数学计算问题,又可以采用《电路分析基础》的内容作为《电路分析软件Tina Pro》的教学素材,为实践服务,内容充实而不空洞,不仅提高了教学效率,而且提高了教学质量。

关键词:Tina Pro;仿真;计算

一、前言

《电路分析基础》是电类专业必修的技术基础课,其任务是使学生掌握电工基础理论、电路基本分析方法,是学习后续专业课程和从事专业技术工作的必备基础。但该课程的教学抽象、难懂,尤其是电路的计算很烦琐。对工科院校的学生而言,数学是一只拦路虎,许多精力都耗费在数学课程的学习上面。

二、问题的提出

以复杂直流电路的计算为例,使用支路电流法、节点电压法和网孔分析法等求解电压、电流等电量,要列写电压方程式和电流方程式,其求解过程比较烦琐,效率也较低。在正弦交流电路的计算中,由于电路中的电压、电流往往存在着相位差,其电压和电流相量计算也是很烦琐的。

三、问题的解决

为解决这些问题,可采用电路分析软件Tina Pro进行分析和计算。

Tina Pro“涵盖了直流分析、列写电路的频域传递函数表达式、对电路参数进行最优化设计等约10种常用电路仿真功能。其虚拟测量仪器(如多踪示波器)的动态演示功能,是极好的电类教学辅助工具”。该软件的10种常用电路仿真功能是:直流分析、正弦稳态分析、瞬时分析、傅里叶级数及傅里叶频谱分析、符号分析、噪声分析、电路参数的最优化设计、电路元件的参数扫描分析、蒙特卡罗及最差情况分析和数字电路分析。这10种电路分析功能大多数是在《电路分析基础》中常用的,非常适宜用于《电路分析基础》的教学。

下面以网孔电流法为例,先使用传统方法解题,然后使用Tina Pro软件解题,并进行对比分析。

在图1所示电路中,已知E1=240V,E2=260V,R1=10Ω,R2=2Ω,R3=10Ω,求各支路电流和UAB。

若用传统的方法求解,则要列写2个回路电压方程和1个电流方程。

对于回路a有:R1I1-R2I2=E1-E2

对于回路b有:R2I2-R3I3=-E2

对于节点A有:I1+I2= I3

代入数据得:

10I1-2I2=240-260

2I2+10I3=260

I1+I2= I3

解得:I1=2A; I2 =20A; I3=22A。UAB=220V。

如果电路复杂的话,则计算会相当烦琐。

若用Tina Pro电路分析软件来求解各支路电流和UAB,则过程非常简单。

用Tina Pro构建如图2所示电路:

选择菜单分析——DC分析——计算节点电压,见图3。

可见,结果一样,且方便、快捷。

如将Tina Pro电路分析软件用于正弦交流电路的电量计算,则效果更佳。

下面以图4电路为例,简要说明正弦交流电路的电量计算。

在图4电路中,已知US1=10sin(314t)V、US2=20sin(314t+30O)

V、R1=5Ω、R2=10Ω、R3=2Ω、R4=4Ω、C1=1μF、L1=1mH,求各支路电流。

用传统的方法求各支路电流,若采用网孔电流法,需列写

3个回路电压方程和3个节点电流方程(图略),以求出各支路电流。

求解电路方程的过程比较烦琐,笔者就不一一列写了,请大家自行分析。

四、小结

用电路分析软件Tina Pro来解决《电路分析基础》中的电路分析和计算问题,方便、快捷,省时省力,不易出错,既提高了教学效率,也提高了教学质量。若把这两门课程融合起来教学,可以实现资源共享,优势互补,互为促进、互为补充。因此,笔者认为,完全可以把《电路分析软件Tina Pro》的教学融入到《电路分析基础》的教学之中,根据《电路分析基础》的教学的需要,讲解电路分析软件Tina Pro的使用方法。这样,学生在学习的过程中,就会目的明确、主题鲜明,学习的积极性、主动性和针对性就会明显提高,也易于激发学生的学习兴趣,有利于《电路分析基础》教学工作的开展。

参考文献:

[1]卢秉娟.电路分析基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]谷良,电路仿真软件Tina Pro导读[M].北京:中央广播电视大

学出版社,2003.

(广东省肇庆市工程技术学校

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