基于Multisim的二阶电路时域分析教学过程结构设计

周云艳 赵年顺

【摘 要】利用Multisim软件进行仿真可以使二阶电路的过渡过程直观形象地被学生观察到，提高学习效果。在二阶电路时域分析的教学过程结构设计中，利用Multisim仿真引入课题，利用Multisim仿真显示电路响应波形，验证理论推导结果，使学生学习思路清晰，学习效率提高。

【关键词】二阶电路；时域分析；仿真；教学过程结构

中图分类号： TN911.6-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0105-002

【Abstract】Using Multisim software to simulate the transition process of the second order circuit can be visually observed by students and improve the learning effect.In the time domain analysis of the teaching process of the second order circuit structure design， project， is introduced using Multisim simulation using Multisim simulation display circuit response waveform， verify the theoretical derivation results， causes the student to learn clarity， learning efficiency.

【Key words】Second order circuit； Time domain analysis； The simulation； Teaching process structure

二阶电路的时域分析是“电路”课程理论教学的基本内容，也是该课程的一个难点之一。传统的教学主要是公式的推导，根据电路结构列写电路的二阶微分方程，根据特征方程求解特征根，根据特征根的特点分析二阶电路响应中自由分量的变化规律。由于在教学过程中繁杂的数学推导过多，往往导致学生不能真正理解所学知识。通过在二阶电路时域分析的教学中利用Multisim软件进行仿真，引导学生对电路进行定性分析具有事半功倍的效果。

3 基于Multisim仿真的教学过程结构设计

3.1 课题引入环节

复习一阶RC电路的零输入响应，是按照指数规律衰减的时间函数；仿真一阶RC电路的电容电压零输入响应的变化曲线（取R=2kΩ，C=1uF），增加电感元件变为二阶RLC电路（取R=2kΩ，C=1uF，L=1H），用示波器观察换路瞬间电容电压波形的变化情况，也是一个衰减的时间函数。改变电路参数R=200Ω，重复仿真一阶电路和二阶电路电容电压的变化规律，明显有差别。

3.2 新课教学环节

说明R、L、C元件的伏安关系，列写电路方程得二阶微分方程，公式推导得到二阶电路响应的三种形式，并針对每种形式选择合适的电路参数进行仿真，用示波器观察电容电压的变化曲线，阐明振荡放电与非振荡放电过程，同时利用Multisim的仿真分析功能得到电感电流、电感电压、电阻电压的变化曲线。

3.3 总结归纳环节

二阶电路的方程是二阶微分方程，根据特征根的不同，二阶电路的响应有三种不同的形式。先求利用换路定则求初始值；求稳态值，在直流激励下，电容开路，电感短路；去掉激励源，化简电路，列二阶微分方程，根据特征方程求特征根，根据特征根的形式确定响应的表达式。利用Multisim软件进行仿真绘出电路响应的具体波形，以验证求解的正确性与否。

4 结论

传统教学中，二阶电路的分析仅仅围绕着二阶电路的理论推导进行，以纯数学的手段完成二阶电路的分析求解。学生的学习脱离了实际的物理意义，导致学习能力不足的学生难以理解推导过程，掌握不了二阶电路响应的求解。教学实践表明，通过Multisim仿真进行教学过程设计，，使抽象问题具体化、形象化，使学生能够掌握二阶电路响应的具体形式，认识到动态电路的响应变化规律与激励无关，降低了特征方程求解的难度。

【参考文献】

[1]邱关源.电路（第五版）[M].高等教育出版社，2006.

[2]童立君，杨小芹，彭登峰.二阶电路过渡过程教学的研究与探讨[J].电气电子教学学报，2007，05：24-26.

[3]任兆香，谷海青，张倩，李晓飞.PSPICE仿真分析与二阶动态电路教学法研究[J].实验技术与管理，2016，06：117-120+125.

[4]关永刚，杨颖，于歆杰.二阶动态电路和状态方程教学的几点注记[J].电气电子教学学报，2011，05：28-31.

[5]冯维婷.Multisim在电路分析动态电路教学中的应用[J].西安邮电学院学报，2010，02：169-172.