談在電路課程教學(xué)中的工程應(yīng)用范例

摘 要： 國(guó)外電路教材一直重視實(shí)際應(yīng)用或工程應(yīng)用范例的講解，從90年代至今一些經(jīng)典教材之中不乏工程應(yīng)用范例的講解和練習(xí)。國(guó)內(nèi)電路教材從2000年后不斷跟進(jìn)，部分教材率先引入實(shí)際應(yīng)用范例，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)電路分析理論在工程應(yīng)用中解決實(shí)際問題的方法。本文提出一些國(guó)內(nèi)外教材中的工程應(yīng)用范例，起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞： 電路教材 實(shí)際應(yīng)用 工程應(yīng)用范例

在電路教材和教學(xué)中引入工程應(yīng)用范例，對(duì)學(xué)生了解電路分析理論在實(shí)際中的應(yīng)用起到事半功倍的作用，已成為國(guó)內(nèi)外教材編寫和課堂教學(xué)的重要內(nèi)容。

一、國(guó)外電路教材中工程應(yīng)用范例舉例

周玲玲譯的《工程應(yīng)用電路分析》（[美]，第七版，電子工業(yè)出版社，2007）教材中實(shí)際應(yīng)用范例列舉如下：（1）RLC電路中的汽車懸掛系統(tǒng)模型；（2）多相電路中的發(fā)電系統(tǒng)；（3）傅里葉電路中的圖像處理；（4）磁耦合電路中的超導(dǎo)變壓器；

周玉坤譯的《電路》（[美]，第九版，電子工業(yè)出版社，2012）教材中實(shí)際應(yīng)用范例列舉如下：（1）簡(jiǎn)單電阻電路中的后窗玻璃除霜器；（2）電容器件中的電梯按鈕雙極性開關(guān)；（3）一階RC電路中的閃光燈電路；（4）RLC電路中的點(diǎn)火電路；（5）正弦穩(wěn)態(tài)電路功率中的電吹風(fēng)機(jī)溫度控制電路；（6）平衡三相電路中的電力傳輸與分配；（7）選頻電路中的按鍵電話電路；（8）傅里葉級(jí)數(shù)中的有源高品質(zhì)濾波器。

倪國(guó)強(qiáng)譯的《電路基礎(chǔ)》（[美]，電子工業(yè)出版社，2003）教材中實(shí)際應(yīng)用范例列舉如下：（1）TV攝像管和顯像管（電路基本概念）；（2）照明系統(tǒng)（電阻的并聯(lián)和分流）；（3）直流晶體管電路（電流控制電流源）；（4）電源建模與電阻測(cè)量（電路定理）；（5）數(shù)—模轉(zhuǎn)換器（理想運(yùn)算放大器）；（6）積分器和微分器（電容和電感）；（7）延時(shí)電路和照相閃光燈裝置（一階RC電路）；（8）繼電器電路和汽車點(diǎn)火（充電）電路（一階RL電路）；（9）汽車點(diǎn)火系統(tǒng)（電壓發(fā)生系統(tǒng)）和平滑電路（二階RLC電路）；（10）移相器和交流電橋（正弦交流電路和相量）；（11）電容倍增電路和振蕩器（正弦穩(wěn)態(tài)分析）；（12）功率測(cè)量和用電費(fèi)用的計(jì)算（交流電路的功率分析）；（13）三相功率的測(cè)量和住宅房屋的接線（三相電路）；（14）變壓器用作隔離裝置和匹配器及電源配送電路（磁耦合電路）；（15）無線電接收機(jī)、按鍵式電話機(jī)和交叉網(wǎng)絡(luò)（頻率響應(yīng)）；（16）頻譜分析儀和濾波器（傅里葉分析）；（17）晶體管電路分析（二端口網(wǎng)絡(luò)）。

二、國(guó)內(nèi)電路教材中工程應(yīng)用范例舉例

王源主編的《實(shí)用電路基礎(chǔ)》（機(jī)械工業(yè)出版社，2004）教材中實(shí)際應(yīng)用范例在重點(diǎn)章節(jié)中都有詳細(xì)的舉例，列舉如下：

1.在電阻電路的等效變換之中的實(shí)際應(yīng)用舉例：（1）把小量程電流表表頭改裝成大量程電流表；（2）把小量程電流表表頭改裝成大量程電壓表。

以上兩例重點(diǎn)講解電阻的串聯(lián)和分壓公式在實(shí)際問題中的應(yīng)用。

2.在電路定理中的實(shí)際應(yīng)用舉例：

數(shù)字計(jì)算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)模變換梯形DAC解碼網(wǎng)絡(luò)（本例中主要是疊加定理的應(yīng)用）。

3.在一階電路中的實(shí)際應(yīng)用舉例：（1）積分電路；（2）微分電路。

這兩個(gè)例子用到的是動(dòng)態(tài)電容元件的伏安特性、一階電路的過渡過程及RC充放電電路的理論知識(shí)。

4.在正弦穩(wěn)態(tài)電路分析中的實(shí)際應(yīng)用舉例：（1）收音機(jī)的輸入調(diào)諧電路。（2）本例用到了串聯(lián)諧振的知識(shí)。

5.在三相電路中的實(shí)際應(yīng)用舉例：（1）用來測(cè)定三相電路相序指示器；（2）本例用到了三相電路的分析理論。

6.在含理想運(yùn)算放大器電路中的實(shí)際應(yīng)用舉例：

基于LM741的可調(diào)線性電阻，其值從-10KΩ到+10KΩ可調(diào)。

本例用到了理想運(yùn)放負(fù)阻抗變換器的理論知識(shí)。

陳洪亮等編著《電路基礎(chǔ)》（高教出版社，2007）教材中各章節(jié)穿插實(shí)際應(yīng)用范例，列舉如下：

（1）人體電路模型與安全用電（電路基本概念與基本定理）；（2）電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路（電路分析的基本方法）；（3）集成測(cè)量放大器（電路定理）；（4）溫度測(cè)量與控制電路（非線性電阻電路）；（5）繼電器電路（一階RL電路）；（6）電火花加工電路（二階RLC電路）；（7）電器設(shè)備的接入與斷開（動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析）；（8）文式橋式振蕩電路的分析（動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析）；（9）音響高音音頻控制電路（正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析）；（10）電力傳輸與節(jié)電技術(shù)（三相電路）。

三、工程應(yīng)用范例舉例

本例給出一個(gè)繼電器應(yīng)急控制電路，該范例是一階RL電路理論的應(yīng)用。

繼電器應(yīng)急控制電路如下圖所示（繼電器中繞在磁棒上的線圈已用RL等效電路代替），已知線圈中的電流大于0.4安培時(shí)繼電器接通30伏直流發(fā)電機(jī)，等于或小于0、4安培時(shí)接通30伏備用直流電池。線圈中的內(nèi)阻為60Ω，電感L待確定。試分析：

1.當(dāng)直流發(fā)電機(jī)電壓源由30V下降到21V時(shí)，經(jīng)過0.5S時(shí)繼電器向上彈起接到上觸點(diǎn)上，使直流負(fù)載線接通備用電池，試問線圈中的電感值為多大？

2.線圈中的電感值取上一問計(jì)算出的電感值，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)突然由30V變?yōu)?V時(shí)，試問經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間繼電器使直流負(fù)載線接通備用電池？

圖 范例電路圖

四、工程應(yīng)用范例庫的建立

教學(xué)中教師可以不斷搜尋和累積工程應(yīng)用范例，做成工程應(yīng)用范例庫，以供同行和學(xué)生閱讀，鍛煉學(xué)生使用電路分析理論解決實(shí)際問題的能力。

五、結(jié)語

在電路教學(xué)中適當(dāng)引入工程應(yīng)用范例，指導(dǎo)學(xué)生閱讀和練習(xí)，可以大大提高學(xué)生電路分析理論的實(shí)際工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生的理論水平，為未來工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。