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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。
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65
2024年6月
总第435期
ISSN1672-1438
CN11-4994/T
作者简介:张浩,博士,讲师;王玲,博士,副教授;吴俊锋,博士,讲师;邹彩虹,硕士,副教授。
基金项目:河南农业大学2023 年本科教育教学改革研究与实践项目(编号:2023XJGLX084);国家一流本科课程(编号:
2023231291);河南省高等学校青年骨干教师培养计划(编号:2020GGJS046);2020年河南省线下一流课程建设项目(编号:
豫教〔2020〕12956号);2022年河南省本科课程思政样板课;2024年河南省高等教育教学改革研究与实践项目(编号:
2024SJGLX0274);2023年河南农业大学高等教育科学研究课题(编号:2023YB14);河南农业大学教学名师资助。
基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台设计
张 浩 王 玲 吴俊锋 邹彩虹
河南农业大学机电工程学院 河南郑州 450002
摘 要: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。
关键词:交流电路;频率特性;滤波电路;谐振电路;MATLAB GUI
中图分类号:G482;TM131.4 文献标识码:A 文章编号:1672-1438(2024)11-0065-04
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
交流电路的频率特性分为两种:幅频特性和相频
特性。幅频特性是指输出信号幅值与输入信号幅值之
比,相频特性是输出信号的相位角与输入信号的相位
角之差。
1.1 RC滤波电路
在电子技术和控制系统中,经常需要分析不同频
率下电路的工作情况,如通过电路设计让所需的频率
信号顺利通过,而对不需要的频率信号进行抑制。这
种具有对信号选频功能的电路称为滤波电路。滤波电
路分为低通滤波、高通滤波和带通滤波。
低通滤波电路的作用是使低频信号顺利通过而抑
制高频信号,如图1(a)所示。若输入电压为
i
U
&
,输出
电压为
o
U
&
,则电路的传递函数(转移函数)为:
1
1
j
(j )
1
1j
j
o
i
U
C
T
RC
U
R
C
ω
ω
ω
ω
= = =
+
+
&
&
(1)
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