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1、一、课程设计的目的电路原理课程是电类专业的主要技术基础课。通过本课程的学习，能够使学 生掌握近代电路理论的基础知识、电路分析与计算的基本方法，具备进行试验的 初步技能，并为后续课程的学习打下必要的基础。电路原理课程设计是理论教学之后的一个综合性实践教学环节，是对课程理 论和课程实验的综合和补充。学会并利用一种电路分析软件，对电路进行分析、 计算和仿真，通过查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告，完成一个较完整 的设计过程，将抽象的理论知识与实际电路设计联系在一起，使学生在掌握电路 基本设计方法的同时，加深对课程知识的理解和综合应用，培养学生综合运用基 础理论知识和专业知识解决实际工程设计问题的
2、能力，以及工程意识和创新能 力。二、课程设计选题电路如图 1 所示，R =2Q,R =4Q,R =12Q,R =4Q,R =12Q,R =4Q,R =2Q(1)当1234567u = 10V，求，i， u，u ； (2)当 u = 6V，求u，i，u。s3474s 371. 理论分析时采用网孔电流法；2. 利用Matlab语言进行编程并仿真三、方案设计1.编程软件的选择本设计选择Matlab语言作为编程软件。Matlab语言是“矩阵实验室(MATrix LABoratoy)的缩写。Matlab语言的特 点.八 (1) 编程效率高。它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学 形式的语言编写
3、程序，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问 题,因此，Matlab语言也可通俗得称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单， 所以效率高，易学易懂。(2) 用户使用方便。Matlab语言是一种解释执行的语言，它灵活、方便， 其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。将Matlab源程序编辑为 M文件，由于Matlab磁盘文件也是M文件，所以编辑后的源文件就可直接运行， 则不需进行编译和连接，Matlab语言不仅是一种语言广义上讲是一种语言开发 系统，即语言调试系统。(3) 扩充能力强。高版本的Matlab语言有丰富的库函数，在进行复杂的数 学运算时可以直接调用。因而，用户可
4、以直接根据自己的需要方便建立和扩充新 的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。(4) 语句简单，内涵丰富。Matlab语言中最重要的成分是函数，其一般形式为a,b,c 二fun ( d,e,f,)，即一个函数由函数名，输入变量d,e,f和输出变量a,b,c组成，这使得Matlab的库函数功能更丰富，而 大大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。(5) 高效率方便使用的矩阵和数组运算。Matlab语言规定矩阵的算术运算 符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，另外，他不需要数组 的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数。(6) 方便的绘
5、图功能。Matlab有一系列的绘图函数，例如线性坐标、对数坐 标、半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数，在图上标出图题、XY 轴坐标、格绘制也只需调用相应的命令，简单易行。常用函数功能介绍：disp(解问题(1)求解问题(1)A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32 ,a33列出系数矩阵us=input(us=)输入解(1)已知条件I=AB*usI=ia;ib;ick1=i3/us； k2=u4/us； k3=u7/us待求量与us的比例系数数值运行出结果，然后比较运行结果与理论计算结果。四、电路理论分析如图1所示，ia,ib,ic为三个基本回路的电流，所以可
6、列出KVL方程，(R + R + R )i - Ri = u123 a 3 b s-Ri + (R + R + R )i -Ri = 03 a3 45 b5c-Ri + (R + R + R )i = 05 b5 67 c解：(2 + 4 + 12)i - 12i = u-12i + (12 + 4 + 12)七-12i = 0-12 + (12 + 4 + 2)i = 0当u$=10V时(2 + 4 + 12)i - 12ib = 10-12i + (12 + 4 + 12)ib - 12i = 0-12ib + (12 + 4 + 2)i25解得:275910 2710 =0.37037A
7、27=i4 R4 = ibR45 * 4 = 2.22222V 9=i R710*2 = 0.74074V27(2)当 u 4 = 6V 时u 4 = i4 R4 = iR4i = 6，所以 i = A bb 2i = 1A， i = 2 A因为(2 + 4 + 12)i - 12七=i R7 = 2V五、电路的程序设计-Ri+ RJ；=us-Ri=0 C1.分析(R + R + R )i 123 a-Ri + (R + R-Ri + (R + R + R )i5 b 567 c可写成如下的矩阵形式-R + R + R-R0 一i 1233a-RR + R + R-R4二033455b0-RR
8、 + R + Ri015567c1 1us-一1a1=0bI0-Ic1- -10-1212 + 4 + 2us2 + 4 +12-120-1212 + 4 +12-12的解。u7=k3us。令us=10V,则i3=ia-ib, u4=R4ib，u7=R7ic 便可得到问题(1)由电路的线性性质，可令i3=k1us，u4=k2us，根据问题（1）的结果并根据如图所示的电路可列出式子k1=i3/us, k2=u4/us, k3=u7/us于是，可以通过下列式子求得问题(2)的解us=u4/k2, i3=k1us=k1/k2u4，u7=k3u3=k3/k2u42. Matlab程序设计clear,
9、close all, format compactR1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;display( 解问题(1)a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;b1=1;b2=0;b3=0;us=input(us=)，A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;B=b1;0;0;I=AB*us;ia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*icdispla
10、y(解问题(2)u42=input(给定 u42=)k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u423. 运行结果 程序运行结果:图2解问题(1) us=10us =10i3 二0.3704 u4 二2.2222 u7 二0. 7407 解问题(2) 给定u42=6 us 2 =27.0000 i32 二1.0000 u72 二2 w-bl=l;b2=0;b3=0;us= input ( Em=)j-A=all, al2, al3;a21, a22, a23;a3： -B= bl;O;O;-I=AB*us;ib=
11、I(2) ;ic=I(3);-i3=ia-ibj u4=R4*ibj u7=R7*ic-display ( (IS 问题(2)u42= input (给定u42=!);-kl=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;us2=u42/k2J 1321242, u72=l-clears close allj format compi -Rl=2；-R2=4 ;R3=12; R4=4 ;R5=12; R6=4 ; R7= -al 1=R1+R2+R3;al2=-R3;al3=0; -a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;-a31=0;a32=-R5 ;必3 = R5+R6
12、+RT ； -bl=l;b2=0;b3=0;理论计算结果和运行结果一致，验证了该电路用网孔电流法进行运算的正确 性，同理可证其它运行结果也和理论计算结果相一致。六、设计结论在Matlab环境下可以很直观地反映出仿真结果与理论结果相一致，也验证 了用网孔电流法解决电路问题的可行性与正确性。七、设计心得与体会此次课程设计我采用了 Matlab软件，在该软件环境下进行电路编程设计。 通过此次设计，我对Matlab的功能有了进一步了解，对它的使用方法进一步掌 握。在进行程序设计时不定期要弄清整个电路的构造，还弄清了 Matlab中常用 函数的功能，然后把程序输入Matlab界面，按Enter得出运行结果。另外，在 本次设计中我采用了网孔电流法进行电路分析与计算，经过认真思考后，我认为 这种方法相对简单而且容易掌握。八、参考文献1 邱关源.电路M.北京：高等教育出版社，19992 郭维林，边文思.电路第五版同步辅导及习题全解M.中国水利水电 出版社，20093 陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用M,第3 版.电子工业出版社，2006.3： 90-914 刘慧颖.MATLAB R2007基础教程M.清华大学出版社，2008
