基于MATLAB的电路分析教学

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1、基于MATLAB的电路分析教学　　摘要：通过一系列经典电路的实例验证了MATLAB语言在电路分析教学中的应用。MATLAB提供了大量而丰富的函数，高效简洁的编程语言能满足电路计算的各种需要，从而大大地提高计算精度，缩短编程时间，提高工作效率。因此，Matlab在电路理论学科的研究与工程实践中具有很好的应用价值。　　关键字：电路分析；Matlab；电路理论　　1引言　　电路分析是电子专业的第一门专业基础课，不仅为后继课程提供了深厚的基础理论，也为复杂电路的分析和计算提供了很多电路分析的方法[1]，但这仅仅是一些分析方法，要用这些方法真正解决实际

2、问题，计算一些较复杂和程数量较多的电路，用人工计算不仅费时而且容易出错。因此我们希望在电路分析教学中引入计算机数值计算的方法，使学生在学到电路知识的同时，能够初步掌握解决问题的科学手段和培养起基本的科研能力，提高电路分析的教学效果和学生的科学素养。　　MATLAB是一种使用简便的工程计算语言，凭借其强大的矩阵运算能力、简便的绘图功能、可视化的仿真环境以及丰富的算法工具箱，4已成为科研和工程技术人员的有力开发工具。在国内也有越来越多的科技工作者参加到学习和倡导把MATLAB语言应用到电路分析中，近几年来其发展尤为迅速[2-4]，所以把MATLA

3、B应用到电路分析教学中去将更好的培养在校学生的实践能力和创新能力。　　2Matlab在稳态电路中的应用　　复杂电路中的节点数和回路数越多，要求解的线性方程组的元数也就越多，不仅计算复杂，而且容易出错。运用MATLAB的矩阵运算，可使这一问题得到较好解决。现举例来说明Matlab在直流稳态电路和正弦稳态电路中的应用。　　解：首先建立数学模型　　在原含源一端口电路的b、o端子间外加一个正弦电流源Ib，如图3所示。　　对图3应用结点电压法，并以o点为参考结点，则有如下方程组：　　其中　　整理以上方程，并转换成形如AX=BU的矩阵方程形　　而　　整理

4、以上方程，并转换成形如AX=BU的矩阵方程形式为：　　根据上式，可以设想，若令且则可求得戴维南等效电源电压它就等于此时的；然后再令将原电路（图2）变成一个无源一端口，并设　　代入上式即可求得戴维南等效阻抗，即据此，可设计MATLAB程序如下。　　应用MATLAB语言编程如下：　　X0=A＼B*[US；0]；%戴维南等效电源电压UOC等于Ib=0，Is=2∠0°时的Ubo，是一个复数UOC=X0（2），uoc=abs（UOC），uang=angle（UOC）4　　X1=A＼B*[0；1]；%再令Is=0，并设Ib=1∠0°，求戴维南等效阻抗Ze

5、q。　　通过电路理论中的典型例子介绍了如何应用MATLAB对稳态电路进行分析和计算。对于直流稳态电路和正弦稳态电路的分析方法都是直接利用MATLAB的矩阵来简化运算，从而使得解答过程简单快捷。　　3Matlab在动态电路中的应用　　在电路分析中，关于时间微分方程的求解也是相当复杂和繁琐的，对于动态电路，特别是一般二阶动态电路的求解就更为复杂。如果利用MATLAB中的符号运算功能对电路进行分析计算，并将所得结果写成标准的符号表达式，同时借助于MATLAB仿真软件动态地的演示复杂电路各参量的变化过程，可以使电路分析过程更准确和直观，从而加深对电路

6、的理解和认识。　　利用MATLAB的dsolve函数来求解电路的微分方程（组），用diff函数求导数，根据电压（电流）求出电流（电压），利用plot函数绘制电压和电流的变化曲线，plot是绘制二维图形的最基本函数，它是针对向量或矩阵的列来绘制曲线的。利用这些函数可以演示MATLAB在动态电路分析方面的应用。　　例3：如图4所示电路为一般二阶动态电路。开关在t=0时闭合，闭合前电路已达稳态.求开关闭合后电感电流i2。　　解：由基尔霍夫定律可得回路电压方程为　　应用MATLAB求解方程组的M文件为：　　.4　　用MATLAB的ezplot函数画出

7、t>0时（0―5s）i1和i2的响应曲线.　　M文件为：　　由此可得i1和i2的响应曲线如图5。　　4总结　　本文通过一系列经典电路的实例说明了MATLAB语言在电路分析方面的应用。从中可见，MATLAB提供了大量而丰富的函数，高效简洁的编程语言能满足电路计算的各种需要，从而大大地提高计算精度，缩短编程时间，提高工作效率。因此，Matlab在电路理论学科的研究与工程实践中具有很好的应用价值。　　致谢本文获贵州省重点学科支持（No.[2011]275）。　　参考文献：　　[1]邱关源.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.　　[

8、2]陈怀琛等.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京：电子工业出版社，2002.　　[3]丁卫民.MATLAB在电类课程中的应用[J]。北京：科技情报开发