电路原理多路径分析方法研究及实践

电路原理多路径分析方法研究及实践

杨  格[1]

（重庆三峡职业学院，重庆 万州 404155）

摘要：电路分析是电工电子工程学课中的重要领域，是理解电路工作原理，电路工作控制流程，电路设计与优化的基础。但目前课程教学效率困境愈加突显。为突破困境文章就“一题多法，一法多题”教学方法作出了深入思考，并于教学实践中作出了有益的探索。

关键词：  电路 分析 思考 实践

1.传统电路分析教学的困境

电路分析是电工电子工程学科中的重要领域，主要关注电路中电流、电压和功率等主要物理量的分析计与算。传统的电路分析教学面临教学内容陈旧、教学方法单一、实验手段单一、学生课程认可度不高、理解能力不足，动手能力弱等诸多困境，但其中学生对课程的认可程度不高和学生理解能力不足的困境。目前，电路原理课程教学局限性还突出表现为课程教学学时不断缩减与教学任务间的矛盾，如何提高教学效率也成为日渐突显的重要问题之一。学生认为课程与未来的职业发展关系不大，不愿意投入足够的时间和精力去学习；而电路分析的理论知识又相对抽象，需要学生具备一定的数学基础和逻辑思维能力。部分学生因这两方面的原因，导致学习过程中遇到困难时非常容易放弃。因而在教学中提高学生对课程知识方法本质的理解、掌握电路分析方法，提高电路分析质量与效率成为教学的关键要素，而多路径典型电路分析计算成为走出上述困境的重要教学手段。

2.多路径电路分析案例

如图1所示，是直流电桥电路。在电子工程领域，其平衡与否应用十分广泛。其平衡条件是指当四个电阻的阻值满足一定关系时，电桥将达到完全平衡的状态。具体来说，当电桥中相对臂电阻的乘积相等时，即，电桥中电流流动，桥臂中的电位也完全相等，即电流节点电位。

对于直流电桥典型电路平衡条件的分析计算，就可以采用但不限于电位分析法、节点电压法、网孔电流法等多路径分析方法获得。

电位计算法  电桥平衡时，电阻相当于开路。当以电源“-”端为参考点时，则有节点a、b电位、分别为

电桥平衡时，因，由。即有

求解即可得电桥平衡条件为：

网孔电流法  网孔电流法是以假想的网孔电流为解变量，列写各网孔的回路电压方程，联立求解各网孔电流，进而求解各支路电流的分析计算方法。对直流电桥而言，各网孔电流的回路电压方程为：

由式③可得：

代入①②消除网孔电流可得、的关系为

电桥平衡时，，即

联立求解，同样可得电桥平衡条件为：

节点电压法  节点电压法是以电路中独立节点的电压为解变量，列写节点电流方程，先求解出各独立节点电压，然后求解出支路电流的方法。对直流电桥而言，各独立节点的电流方程为：

将③代入①②消除节点电压可得、的关系为

电桥平衡时，有

联立求解，同样可得电桥平衡条件为：，即

以上分别用电位分析法、网孔电流法、节点电压法等不同方法路径分析了直流电桥的平衡条件，有的方法简便，有的方法显得复杂，但不同方法存在其内相的关联。

3.电路分析多路径教学实践

对同一电路模型进行多路径分析计算的教学是笔者在教学实践中解决包括这一主要问题在内的诸多教学实践局限的重要手段之一。运用多路径方法分析同一典型电路模型，有助于提高学生认识课程的主要任务，理清众多电路基本定理、网络电路分析方法与基本知识间的本质与内在联系，提高学生对电路分析计算方法的理论基础。多路径分析计算同一典型电路，方法不同，结果一致，便于学生自主检验学习效果，检查是否掌握相关知识和分析计算方法。随着学习的不断深入，这一方法有利于学生比较不同路径方法间的难易和分析计算效率，帮助学生寻找一到两种符合自身思维特点，与所有知识相适应的电路分析计算方法，加以精练多练，从而熟练掌握一到两种高效电路分析方法，以适应后续学习，乃至工作的需要；同时，配合以同一方法适用于不同电路，能进一步提升学生学习效率及能动性。

通过这种“一题多法，一法多题”的教学实践的展开，提高了电路原理教学效率，激发学生思维活力和学习成就感受，最终达成提高教学质量的目标。

参考资料：[1]许自图，电子电路分析与仿真，北京：电子工业出版社，2006.

[2]杨格，电工技术与应用［M］，武汉：华中大学出版社，2022.

[1]作者简介：杨格（1967-），男，重庆万州人，重庆三峡职业学院智能制造学院副教授，主研方向为电工电子技术研究与教学。