浅谈高职戴维南定理的教学

王海梅

摘要：为了加强学生的实践技能训练和动手能力的培养，依托DGJ-03实验台完成戴维南定理的实验验证，借助Multisim 12.0软件完成仿真分析，再结合理论讲授，结果证明“做中教、做中学”的教学模式能使学生充分理解定理内容，熟练掌握定理的应用，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.

关键词：戴维南定理；高职；Multisim 仿真；等效

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

中图分类号：G423.07 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0222-02

0 引言

《电路分析基础》是高职电子信息或电气类重要的专业基础课，戴维南定理是该课程重要的内容，如何在进行课堂教学的同时，加强学生的实践技能训练和动手能力的培养是令人困惑的问题。采用实验验证、Multisim仿真、理论分析相结合的“做中教、做中学”的教学模式，能使学者深刻理解并应用定理，达到事半功倍的学习效果。

1 实验验证

图1（a）是DGJ-03实验台戴维南定理电路模块。用开路电压、短路电流法测定其等效电路的Uoc、Ro。接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出Uoc=16.998V和Isc=32.7mA，根据R0=Uoc/Isc，计算出Ro=520Ω（因为电网电压波动及实验台个体差异， Ro数值最高可至529.1Ω）。注意测Uoc时，不接入电流表。

按图1（a）接入RL进行负载实验。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，测得表1数据。搭接图1（b）电路验证戴维南定理，从电阻箱上取得等效电阻Ro之值，然后令其與开路电压Uoc数值的直流稳压电源相串联，改变RL阻值，测其外特性，对戴维南定理进行验证，测得表2数据。考虑实验验证的精度，建议取七～九组可变电阻值。

2 Multisim 仿真分析

Multisim软件是美国NI公司的电工电子仿真分析软件，该软件是一个完整的设计工具系统，具有直观、高效的设计仿真测试功能，利用该软件可以实现计算仿真设计与虚拟实验，与传统理论和实验教学相结合，可以帮助学生理解、巩固理论知识，提高学生学习兴趣，拓展学生设计思维能力。在Multisim 12.0环境下创建图1的仿真实验电路并设置各元件参数，注意电源、元件及仪表的正确、快捷选取，仿真并进行数据处理及分析。运用Multisim软件可以直观形象的对戴维南定理进行仿真验证，[1]绘制的负载特性如图2、图3。测得Uoc=16.997V和Isc=33mA，根据R0=Uoc/Isc，计算出R0=515Ω。DGJ-03实验台R0验证数据与R0仿真值有0.97%的相对误差。

改变RL数值，由图2、图3分别可以测出不同RL时对应测试的U、I数值，两图所测数值非常接近，选取数据做U与I的仿真关系曲线图，如图4。对比分析可知，测试曲线符合线性电路U与I特性，适当增加测试点，整个测试的精确度应该更高。同样，根据实验验证表格中数据，得到U与I的实验关系曲线图，可见复杂有源二端网络Multisim负载特性与戴维南等效Multisim负载特性吻合较好。

3 理论讲授

理论讲授将多媒体资源应用于定理教学中，使讲课方式多样化。幻灯片中可以加入Flash动画、视频、声音、彩色图片等传媒手段。[2]在讲授戴维南定理时，可以将戴维南简介及定理产生、解题的过程用Flash动画的形式展示给学生，既直观又形象，利用课程网站“在线测试”强化定理的理论分析计算。要突出讲授戴维南定理的典型应用和拓展应用，其典型应用是求可变负载支路电压、电流或求含受控源等复杂电路某支路电流电压；其拓展应用体现在《电路分析基础》课程诺顿定理、最大功率传输定理的学习，《模拟电子技术》课程分压式偏置电路、放大器分析的学习。要注意戴维南定理的使用范围、注意事项。总之，任何线性有源二端网络N，对其外部而言，都可以等效成一个戴维南电源。该电源的电压值等于网络N二端子间的开路电压，其串联的电阻（称输出电阻或等效内阻）等于网络N内部独立源为零时二端子间的等效电阻。然而，在含源端口负载电阻R从0到∞变化时，虽然图1独立电压源可以保持12V稳定不变，但是独立电流源并不能始终保持10mA不变，而是会发生异常变动。[3]所以应特别关注设备、元件的实际使用条件。

4 结束语

戴维南定理是最常用的电路简化方法。由于定理将有源二端网络等效为电源支路，所以统称为等效电源定理或等效发电机定理。[4]调研发现，采用“实验验证、Multisim仿真、理论讲授”相结合的方法，三届教改班级学生的学习积极性普遍较高，90%的学生喜欢表示喜欢这种教学模式，借此深刻理解并学会应用戴维南定理；以此为背景，学生参与制作的作品《戴维南定理分析与应用》荣获2014年陕西省信息化教学大赛信息化教学设计省级三等奖。而且采用基于过程的形成性评价，使得学生重视过程学习，既提高了电路故障检测与维修的能力，又锻炼了仿真分析能力，同时提高了安全规范、协作沟通能力。“做中教、做中学”的教学模式能使学生充分理解戴维南定理内容，熟练应用定理解题，综合能力得到有效提升，收效良好。

参考文献：

[1]丁业兵，谭学琴.Multisim在电工电子教学中的应用[J].微型电脑应用，2015，31（1）：53-54，58.

[2]刘迪，李岩 等.“电路”课程的教学分析与探索[J].中国电力教育，2014（3）：69-70.

[3]孙盾.基于问题情境意识的电路实验教学探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（6）：160-162.

[4]杨鸿波，高晶敏.“电路分析”课程研究性教学探讨与案例设计[J].中国电力教育，2014（32）：62-64.