浅谈高职戴维南定理的教学

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、Mutisim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，然后令其与开路电压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 Mutisim 仿真分析

Mutisim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Mutisim 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Mutisim软件可以直观形象的对戴维南定理进行仿真验证，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Mutisim负载特性与戴维南等效Mutisim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Fash动画、视频、声音、彩色图片等传媒手段。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Fash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。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。调研发现，采用“实验验证、Mutisim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。

[1]丁业兵.谭学琴. Jultisim在电工电子教学中的应用[J]. 微型电脑应用.2015.: .

[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) . .

[3]杨鸿波.高量敏.“电路分析 “课程研究性教学探讨与案例设计[可. 中国电力教.