MATLAB在电路分析中的应用

覃智泽 广西城市职业学院

引言：我国工程计算的难度不断加大，对计算机语言提出了更高的精确要求。MATLAB具有显著的高效特征，可以对计算步骤进行化简，节省大量的工程计算时间。鉴于MATLAB具有突出的计算优势，其被广泛应用于电路分析。与其他学科相比，电路分析的计算量较大，需要应用数学知识、物理知识、逻辑学知识等等。为了解决电路分析题目，提高电路分析的效率，应用MATLAB势在必行。

1 MATLAB概述

1.1 内涵

MATLAB是一款现代化的计算软件，以矩阵运算作为基础。这款软件不仅能对大数值进行快速运算，还能突出数据的可视性。随着我国工程项目的不断增多，MATLAB的应用范围更加宽广，无论是工程设计还是电路分析都应用了MATLAB计算语言，充分挖掘出MATLAB的独特价值。据统计，MATLAB已经成为发达国家最常用的教学工具之一，除了教育领域外，MATLAB还被应用在机械制造、航天工程、信号模拟等领域，创造了巨大的经济效益。

1.2 特点

具体来说，MATLAB的优越性体现在以下几个方面：第一，MATLAB的编程速度较快，可以节省用户时间，优化用户的程序结构。第二，MATLAB的运算方法先进，可以对复杂方程式进行精确解析。第三，MATLAB的绘图能力非常强，可以制作平面图形、立体图形等。第四，MATLAB的数据库非常大，可以容纳各种函数、方程组等。第五，MATLAB的语言资源丰富，可以实现数据信息的共享。第六，MATLAB的算法精确度较高，可以弥补传统运算软件的不足。

2 MATLAB在电路分析中的应用

2.1 基于基尔霍夫定律的应用

在电路分析中，基尔霍夫定律非常常用，这一定律对电流电压规律进行了说明，明确了电流与电压的约束关系[2]。在涉及基尔霍夫定律的类型题中，经常要应用MATLAB软件。如图1所示，在求解电压电流的过程中，需要依靠MATLAB构建模型，形成三个回路电压方程：-6（I-I1）+9I1-U=0；6（I-I1）+2I1=10；U+4（3+I1）=2I1。在形成三个电压方程之后，应该对方程组进行整理，形成矩阵的形式。在形成变换矩阵后，需要应用MATLAB程序求解：

经过MATLAB程序求解，最终的运行结果如下：U=-11.6923V，I=1.5641A

2.2 基于网孔电流法的应用

面对不同的电路，需要采用不同的分析方法。以平面电路为例，在对平面电路进行MATLAB运算时，需要应用网孔电流法，将网孔电流作为变化量。通过电流电压定律可以列出平面电路中电流与电压的求解方法。在分析电路时，需要掌握以下三个基本点：第一，需要标出平面电路中的电流方向；第二，需要根据平面电路的电流方向列出方程；第三需要对方程进行运算。上文已述，MATLAB软件以矩阵运算作为基础，因此在进行求解时可以列出相应的运算矩阵，加快求解速度。如图2所示，在求平面电路的电流和电压时，应该先依靠MATLAB软件构建模型，列出网孔电流的方程：

在列出网孔电流的方程之后，可以对方程组进行整理，并将成立之后的方程组转成成矩阵的形式。转成成矩阵形式后，可以应用MATLAB对平面电路的电流电压进行求解：

经过MATLAB程序求解，最终的运行结果如下：Ux=0.4000V

结论：综上所述，MATLAB软件具有突出的运算优势，将MATLAB应用在电路分析中，可以提高电流、电压的计算效率。电路分析难度较大，MATLAB可以弥补传统运算方式的不足。从这个角度来看，必须发挥MATLAB的实用价值，扩大MATLAB的应用范围。

[1]夏振平,王俭,付保川,肖金球.Matlab在“电路分析”教学中的应用方法及其效果研究[J].考试周刊,2014(79)：156-158.

[2]赵富宁,王艳红.Matlab/Simulink在电路分析中的应用[J].计算机时代 ,2014(04)：21-23.

[3]张亚琴,赵宏音,吴建军,陈岚峰.MATLAB在电路分析中的应用研究[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2015,27(01)：59-62.