中国现代教育装备
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 实验室建设  
基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2024-6-21 10:43:39
  [导读]为了使学生更加直观地理解交流电路中的频率特性,构建了一种基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台。该仿真平台包括RC滤波电路和RLC谐振电路两个模块,其中RC滤波电路能够实现低通滤波、高通滤波和带通滤波电路频率特性的仿真研究,RLC谐振电路能够实现串联谐振和并联谐振电路频率特性的仿真研究。借助该仿真平台,只需手动输入电路元件参数,就能获得各交流电路的幅频和相频特性曲线,最后将源程序封装成.exe文件。该仿真平台操作简单,便于任课教师和学生使用,能够显著地提高课堂教学质量。

  电工技术课程是地方高校工科非电类专业的一门专业基础课,该课程内容丰富、涵盖范围广、实践性强,但是由于学时较少,给专业课教师的教学工作带来了一定的挑战[1-3]。正弦交流电路是后续电压器、三相异步交流电动机和继电式接触器控制线路的理论基础,也是工程实际和日常生活经常用到的知识。因此,学生学好本课程内容,可为后续课程的学习和今后从事相关领域工作打下坚实的基础。

  在正弦交流电路中,交流电路的频率特性在电工技术和电子电路等实际工程中具有广泛的应用[4-5],例如,滤波电路常用于开关电源系统,谐振电路常用于接收无线电和电视广播信号。因此,通过“交流电路频率特性”章节内容的学习,可以提高学生分析和解决工程实际问题的能力。但在实际课堂教学中,该部分内容涉及公式推导和理论分析,教学内容较为枯燥,课程知识点较难理解,难以激发学生的学习兴趣。为此,利用MATLAB GUI图形用户界面设计了交流电路频率特性仿真教学平台(简称仿真平台),使学生无须复杂编程,仅通过设置不同的元件参数,就能够进行RC滤波电路和RLC谐振电路的设计和分析,还可以直观形象地呈现幅频和相频特性曲线。利用该仿真平台,能够显著地提高课堂教学效果,激发学生的学习积极性和求知欲,提高学生的正弦交流电路分析与设计能力。

  1 交流电路的频率特性

  2 仿真平台的设计与实现

  3 结语

  本文构建了一个基于MATLAB GUI的仿真平台,其具有操作简便、实用性强、交互性好、适用范围广等特点。本文详细介绍了仿真平台的实现原理、设计架构和操作方法,并利用仿真平台对RLC谐振电路的选择性进行了仿真分析,最后封装成.exe文件。基于仿真平台,学生无须安装MATLAB软件,即可实现RC滤波电路和RLC谐振电路幅频特性和相频特性的仿真研究。利用该仿真平台,学生可以更加深入直观地理解电路元件参数对交流电路频率特性的影响,为后续课程的学习打下坚实的理论基础。接下来,笔者将在仿真平台中融入一些实际工程案例,便于学生进一步了解交流频率特性的应用,提高学生的学习兴趣和工程实践意识。

  参考文献

  [1] 王玲,张浩,晋艳云,等.“新工科”背景下非电类工科专业电工学课程教学改革探索[J].河南科技学院学报,2018,214(6):70-73.

  [2] 王玲,邹彩虹,田辉,等.卓越创新型农林人才培养模式下基础核心课程改革探索:以电工学课程为例[J].高等农业教育,2019(1):92-95.

  [3] 赵文山,闻跃,高岩,等.电工技术课程的建设与实践[J].中国现代教育装备,2019(7):52-54.

  [4] 柴黎,孙阳.RLC谐振电路的教学方法研究[J].电子技术,2020, 49(11):21-23.

  [5] 潘杰,刘晓文,陈桂真.RLC电路并联谐振理论与仿真分析[J].实验科学与技术,2016,14(5):21-25.

张浩 王玲 吴俊锋 邹彩虹 河南农业大学机电工程学院


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