淺談高職戴維南定理的教學

王海梅

摘要：為了加強學生的實踐技能訓練和動手能力的培養(yǎng)，依托DGJ-03實驗臺完成戴維南定理的實驗驗證，借助Multisim 12.0軟件完成仿真分析，再結合理論講授，結果證明“做中教、做中學”的教學模式能使學生充分理解定理內(nèi)容，熟練掌握定理的應用，收效良好。

Abstract： In order to strengthen students' practical skills training and the cultivation of manipulative ability， experimental verification test of Thevenin theorem is finishesd by DGJ-03 experiment table. The simulation analysis is completed by Multisim 12.0 software， and it is teached by the theory. The results prove that the teaching mode of "teaching and learning by doing" can make students fully understand theorem and master the application of the theorem， the results are very good.

關鍵詞：戴維南定理；高職；Multisim 仿真；等效

Key words：Thevenin theorem；higher vocational education；Multisim simulation；equivalence

中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0222-02

0 引言

《電路分析基礎》是高職電子信息或電氣類重要的專業(yè)基礎課，戴維南定理是該課程重要的內(nèi)容，如何在進行課堂教學的同時，加強學生的實踐技能訓練和動手能力的培養(yǎng)是令人困惑的問題。采用實驗驗證、Multisim仿真、理論分析相結合的“做中教、做中學”的教學模式，能使學者深刻理解并應用定理，達到事半功倍的學習效果。

1 實驗驗證

圖1（a）是DGJ-03實驗臺戴維南定理電路模塊。用開路電壓、短路電流法測定其等效電路的Uoc、Ro。接入穩(wěn)壓電源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。測出Uoc=16.998V和Isc=32.7mA，根據(jù)R0=Uoc/Isc，計算出Ro=520Ω（因為電網(wǎng)電壓波動及實驗臺個體差異， Ro數(shù)值最高可至529.1Ω）。注意測Uoc時，不接入電流表。

按圖1（a）接入RL進行負載實驗。改變RL阻值，測量有源二端網(wǎng)絡的外特性曲線，測得表1數(shù)據(jù)。搭接圖1（b）電路驗證戴維南定理，從電阻箱上取得等效電阻Ro之值，然后令其與開路電壓Uoc數(shù)值的直流穩(wěn)壓電源相串聯(lián)，改變RL阻值，測其外特性，對戴維南定理進行驗證，測得表2數(shù)據(jù)?？紤]實驗驗證的精度，建議取七～九組可變電阻值。

2 Multisim 仿真分析

Multisim軟件是美國NI公司的電工電子仿真分析軟件，該軟件是一個完整的設計工具系統(tǒng)，具有直觀、高效的設計仿真測試功能，利用該軟件可以實現(xiàn)計算仿真設計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)理論和實驗教學相結合，可以幫助學生理解、鞏固理論知識，提高學生學習興趣，拓展學生設計思維能力。在Multisim 12.0環(huán)境下創(chuàng)建圖1的仿真實驗電路并設置各元件參數(shù)，注意電源、元件及儀表的正確、快捷選取，仿真并進行數(shù)據(jù)處理及分析。運用Multisim軟件可以直觀形象的對戴維南定理進行仿真驗證，[1]繪制的負載特性如圖2、圖3。測得Uoc=16.997V和Isc=33mA，根據(jù)R0=Uoc/Isc，計算出R0=515Ω。DGJ-03實驗臺R0驗證數(shù)據(jù)與R0仿真值有0.97%的相對誤差。

改變RL數(shù)值，由圖2、圖3分別可以測出不同RL時對應測試的U、I數(shù)值，兩圖所測數(shù)值非常接近，選取數(shù)據(jù)做U與I的仿真關系曲線圖，如圖4。對比分析可知，測試曲線符合線性電路U與I特性，適當增加測試點，整個測試的精確度應該更高。同樣，根據(jù)實驗驗證表格中數(shù)據(jù)，得到U與I的實驗關系曲線圖，可見復雜有源二端網(wǎng)絡Multisim負載特性與戴維南等效Multisim負載特性吻合較好。

3 理論講授

理論講授將多媒體資源應用于定理教學中，使講課方式多樣化?；脽羝锌梢约尤隖lash動畫、視頻、聲音、彩色圖片等傳媒手段。[2]在講授戴維南定理時，可以將戴維南簡介及定理產(chǎn)生、解題的過程用Flash動畫的形式展示給學生，既直觀又形象，利用課程網(wǎng)站“在線測試”強化定理的理論分析計算。要突出講授戴維南定理的典型應用和拓展應用，其典型應用是求可變負載支路電壓、電流或求含受控源等復雜電路某支路電流電壓；其拓展應用體現(xiàn)在《電路分析基礎》課程諾頓定理、最大功率傳輸定理的學習，《模擬電子技術》課程分壓式偏置電路、放大器分析的學習。要注意戴維南定理的使用范圍、注意事項?？傊?，任何線性有源二端網(wǎng)絡N，對其外部而言，都可以等效成一個戴維南電源。該電源的電壓值等于網(wǎng)絡N二端子間的開路電壓，其串聯(lián)的電阻（稱輸出電阻或等效內(nèi)阻）等于網(wǎng)絡N內(nèi)部獨立源為零時二端子間的等效電阻。然而，在含源端口負載電阻R從0到∞變化時，雖然圖1獨立電壓源可以保持12V穩(wěn)定不變，但是獨立電流源并不能始終保持10mA不變，而是會發(fā)生異常變動。[3]所以應特別關注設備、元件的實際使用條件。

4 結束語

戴維南定理是最常用的電路簡化方法。由于定理將有源二端網(wǎng)絡等效為電源支路，所以統(tǒng)稱為等效電源定理或等效發(fā)電機定理。[4]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用“實驗驗證、Multisim仿真、理論講授”相結合的方法，三屆教改班級學生的學習積極性普遍較高，90%的學生喜歡表示喜歡這種教學模式，借此深刻理解并學會應用戴維南定理；以此為背景，學生參與制作的作品《戴維南定理分析與應用》榮獲2014年陜西省信息化教學大賽信息化教學設計省級三等獎。而且采用基于過程的形成性評價，使得學生重視過程學習，既提高了電路故障檢測與維修的能力，又鍛煉了仿真分析能力，同時提高了安全規(guī)范、協(xié)作溝通能力?！白鲋薪獭⒆鲋袑W”的教學模式能使學生充分理解戴維南定理內(nèi)容，熟練應用定理解題，綜合能力得到有效提升，收效良好。

參考文獻：

[1]丁業(yè)兵，譚學琴.Multisim在電工電子教學中的應用[J].微型電腦應用，2015，31（1）：53-54，58.

[2]劉迪，李巖 等.“電路”課程的教學分析與探索[J].中國電力教育，2014（3）：69-70.

[3]孫盾.基于問題情境意識的電路實驗教學探索與實踐[J].實驗技術與管理，2011，28（6）：160-162.

[4]楊鴻波，高晶敏.“電路分析”課程研究性教學探討與案例設計[J].中國電力教育，2014（32）：62-64.