MATLAB在电路分析与计算中的应用

杨隽铠 胡秉谊

摘要：MATLAB在矩阵运算和数值分析方面有着明显优势，且集系统仿真与图像处理于一体，具有高效、易学等特点。文章通过几个典型电路的建模、仿真举例，来研究MATLAB在电路分析与计算中的应用。结果表明：MATLAB有助于提高学生学习兴趣、加深对抽象概念的理解。

关键词：MATLAB;数值分析;系统仿真

中图分类号：TP312      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）11-0114-04

电工电子类课程是计算机专业重要的专业基础课，随着电路复杂程度的增加，在电路的分析与计算过程中必然会用到线性代数、微分方程等数学知识，运算量和运算难度都明显增大[1]。MATLAB具有强大的科学计算能力和便捷的图像处理功能，而且MATLAB提供的仿真工具箱还能直接建立电路模型，对各种常见系统如线性、非线性系统进行仿真研究，所以在电路的分析与计算中运用MATLAB会对学习起到很好的辅助作用[2]。本文仅以一些典型的电路为例，研究MATLAB在电路分析与计算中的应用。

1 MATLAB在一阶动态电路分析与计算中的应用

在图1所示的电路中，R1=6?， R2=8?，R3=12?，C=0.5F，  [us]=12V，is=5A，在t<0时，开关S位于“1”，电路已处于稳定状态。

1） t=0时，开关S闭合到“2”，求[uc（t）]，iR2（t），并画出波形;

2） 经10秒，开关S又复位到“1”，求[uc（t）]， iR2（t），并画出波形。

1.1 建模

首先对第1问建模，这是一阶动态电路，可用三要素公式求解。

1.2 源程序

程序运行结果如图2所示。

2 MATLAB在二阶动态电路中分析与计算中的应用

如图3所示的二阶电路，L=0.2H，C=0.05F，初始值[uc] （0）=1V，iL（0）=0， 试研究R分别为0.4?、0.8?、1.2?、…、4?时，[uc] （t）和iL（t） 的零输入响应，并画出波形图。

2.1 建模

3.1 建模

計算完成后作图。

3.2 源程序

4 MATLAB在离散系统信号响应中的应用

给定因果稳定线性时不变系统的差分方程，设为低通滤波器，其系统函数为：

4.1 建模

本题采用工具箱函数filter求解，如果已知系统函数H（z）=B（z）/A（z），则filter函数可求出当输入不同信号x（n）时对应的系统响应y（n）。

4.2 源程序

5 结束语

通过以上例子可以看出，MATLAB具有使用方便、输入简洁、运算高效、直观形象等特点[5]，有助于对抽象晦涩概念的理解，而且可以方便地在MATLAB程序中调整相关参数，如在一阶动态电路分析中可以通过改变电容或电阻的数值来改变充放电时间常数，然后进行进一步的波形对比分析和研究，加深对所学知识的掌握。此外，MATLAB可以直接对复数进行运算，并且绘制出向量图和三维图型，特别适用于对交流动态电路的分析与计算[6]。MATLAB不仅适用于电工电子类课程的学习，还在信号与系统、数字信号处理、自动控制原理等课程中有着广泛的应用，所以在相关课程的学习中，灵活地运用MATLAB软件，一定可以激发学习兴趣、提升学习效率、增强学习效果。

参考文献：

[1] 夏丽莉，赵静翔，马余全.Matlab在大学物理教学中的辅助应用[J].物理通报，2022（1）：10-13.

[2] 毕学慧，刘华明，李怀敏.新工科背景下Matlab在计算机专业数学教学中的应用[J].宁德师范学院学报（自然科学版），2021，33（3）：329-336.

[3] 李娟.基于Matlab的计算机辅助电路分析[J].微计算机信息，2010，26（8）：179-181.

[4] 温正.MATLAB科学计算[M].北京：清华大学出版社，2017.

[5] 陈亚男.MATLAB在电工电子学教学中的应用[J].中国市场，2017（1）：202-203.

[6] 卢佩，刘效勇，张锐敏，等.Matlab在电子信息工程专业课程学习中的应用[J].江苏科技信息，2018，35（13）：60-62.

收稿日期：2022-02-25

作者简介：杨隽铠（2003—） ，男，安徽蚌埠人，本科在读，研究方向为嵌入式系统与软件仿真;胡秉谊（1965—） ，男，副教授，硕士，研究方向为医学信息处理、交通通信工程。