模拟电路综合设计范文1
关键词： 模拟电子技术；实践项目；功能认知型；技术应用型；综合应用型
中图分类号：G647文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）05-0203-02
0引言
随着职业教育在我国的不断深化，各高等职业学校越来越关注人才培养的模式和专业课程的设置。模拟电子技术是电子信息类专业的一门专业基础课，旨在培养学生模拟电子技术的基本知识和基本技能，并运用所学理论来分析和解决实际问题，提高分析、解决实际问题的能力和工程实践能力。而模拟电子技术实训是加深对模拟电子技术课程的理解，培养学生具有工程技术人员应有的科学态度与优良的工作作风，是架设从课堂教学通向工程实际的桥梁。而要达到以上的目的，需开发出更多的应用型和综合型实训项目。
1模拟电子技术实训项目开发的依据和思路
模拟电子技术实践项目的开发依据教高[2006]16号文件的精神，把培养学生动手能力、实践能力和可持续发展能力放在突出位置。同时综合我校电类专业人才培养方案和模拟电子技术实训大纲，开发出了25个实践项目，可供应用电子技术、通信、计算机、电气工程等专业模拟电子实验教学选用。
各实践项目的实验板不再采用固定电路板，而是开发出由足够的分立元器件组成的实验板，实验电路由学生自己连接，以此加深学生对电路结构的认识，并能了解电路中每个元器件的作用，使学生运用所学的理论知识，动脑又动手，能独立的开展模拟电子电路的设计与实验，培养学生分析问题、解决问题的能力，强化工程实践训练。
2实践项目的研究与开发
本着由浅入深、由小到大、由易到难、循序渐进的认知规律，模拟电子技术实践项目从3个层次开发出25个实践项目。第一层次功能认知型共9个项目，第二层次技术应用型9个，第三层次综合应用型7个。如表1所示。
2.1 功能认知型实践项目的开发功能认知型实践项目，是为了熟悉和掌握模拟电子技术基本单元电路的功能和特点、并培养模拟电子技术的基本技能而开发的。实践的目的是熟悉实践的场所、实践的注意事项；理解常用电子元器件的外特性及模拟电子技术基本单元电路的功能、结构和特点；学会常用仪器、设备的使用方法，并能正确的测试基本单元电路的性能指标。模拟电子技术的基本单元电路即为各种类型的放大电路，它是构成各种复杂放大电路的基础，所以实践要求能理解放大电路静态与动态、直流通路与交流通路等区别；理解放大电路放大倍数、输入电阻、输出电阻等性能指标的意义；特别是针对三极管、场效应管组成的不同组态的放大电路，能搭接不同电路、并测试和判别Q点是否合适，进行适当调整，能掌握各种不同组态放大电路性能的优缺点，能正确的测试电路的各项性能指标。功能认知型实践项目，通过各类型放大电路的连接和功能测试，使理论知识得到认知，实际的操作技能得到提高，并具有一定的分析问题和解决问题的能力，为技术应用型和综合型实践奠定了基础。
2.2 技术应用型实践项目的开发技术应用型实践项目是在功能认知型的基础之上，把基本的放大电路转化为集成的放大电路，并开发出了各种类型的应用电路。实践的目的是了解典型的模拟集成电路的基本知识，理解常用集成电路的基本功能及应用，学会典型的应用电路的连接、调试及性能指标的测试方法。模拟电子技术最基本、最常用的集成电路即为集成运放、集成功放和集成稳压器，由他们组成的基本典型应用电路是构成复杂电路的基础，无论是产品设计、产品开发，还是产品维修，都离不开这些基本的典型应用电路。所以技术应用型实践要求掌握集成运放的典型应用，如对比例运算、加法和减法运算，熟悉其电路结构，并能设置不同的比例系数；对电压比较器电路，能设置不同的参考电压；能用集成运放组成不同频率的正弦波振荡电路等。技术应用型实践项目把具有典型意义的模拟电子技术实际应用引入实践教学，强调了理论与实际的紧密结合，提高了分析问题和解决问题的能力，为综合应用型实践奠定了基础。
2.3 综合应用型实践项目的开发综合型实践项目是由最基本的典型应用电路根据实际需要重新组合，并进行电路扩展后得到，比较复杂，有一定的综合性，是为提升模拟电子技术的综合应用而开发的。实践的目的培养学生的创新能力，提高学生的动手能力和综合应用理论知识的能力。实践要求能根据综合电路的性能要求，选择合适的单元电路进行组合，并能正确的测试和调试。如稳压电源，它是一切电子设备必不可少的组成部分，一般由整流电路、滤波电路、稳压电路组成而成，针对不同的电压要求，要能适当调整整流滤波和稳压电路的元件参数。综合应用型实践项目致力于培养分析问题和解决问题的能力。
3实践项目研发中问题的产生和解决
模拟电子技术虽然是一门较成熟的专业基础课，但成熟的实践项目基本都是功能验证型的基础实验，要开发出更多有价值的实践项目，必须结合高职教育的特点、以及市场对职业教育的要求，及时转变观念，更深的理解和掌握模拟电子技术的内容，提炼出更有层次的实践项目。另外，新开发的实践项目需花大量的时间和精力对实验电路、内容和步骤进行反复试验、改进，制定出切实可行的实验内容和步骤。针对以上两个问题，我们选择多位具有多年模拟电子技术课程教学经验和实践经验的老师和实验员组成研发队伍，对每个实践项目的提出、每个实验电路组成、参数、内容、步骤等反复进行讨论、试验、修改，最终研发出三个层次共25个实践项目。
4结束语
模拟电子技术实践项目是通过各种典型电路的测试和应用，使学生手脑并用、掌握技能、积累经验、提高能力。在教学实施的过程中，能理论联系实践，采用教、学、做、一体化的教学模式，使每一个基本单元电路和典型应用电路的结构和特点能印入脑海，给综合应用打下基础。实际应用表明，三种层次的实践项目对掌握模拟电子技术的基本知识、识读电路图、搭接实验电路、提高基本操作技能起到了有效的辅助和强化作用，提高了分析问题和解决问题的能力，为学生的可持续发展奠定了基础。
参考文献：
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模拟电路综合设计范文2
关键词：模拟电子技术；实验教学模式；课程改革
模拟电子技术是电类专业的一门实践性较强的专业基础课程，既注重理论又强调实践。实验教学作为这门课程的重要组成部分，不但能提高学生综合应用能力，也能培养学生的创新能力。随着新技术的应用，改革传统的实验教学模式势在必行。
一、当前模式拟电子技术实验教学模式存在的不足
模拟电子技术作为一门专业基础课程，其实验部分不仅对理论教学起到辅助作用，还可以培养学生的综合应用和创新能力，但是就目前来看仍然存在不足。第一，教学方式简单，形式单一。传统的模拟电子技术实验大多采用教师先讲解实验步骤和方法，甚至进行演示操作，然后学生按部就班地完成实验数据的测试。这种灌输式的教学方法虽然使学生完成了实验内容，但是学生却不能完全掌握实验的目的和实验反映的理论知识，更无法提高学生的实验能力。第二，实验内容缺乏综合性和创新性。模拟电子技术实验设置了较多的验证性实验，有的实验内容随着电子技术的发展已失去先进性。学生只是被动地完成电路构建和数据测量，缺乏数据分析和处理的能力。长久以往，当学生真正面对综合性电路时就无所适从，导致教学效率低下。第三，缺乏有效的评价机制。学生实验能力的评价主要依据实验报告。而实验报告不能反映出学生实验的过程，仅仅只能从文字上看到学生的实验结果。同时，学生为了获得更高的评价而编造、抄袭数据，缺少了对实验现象、数据的思考，也不利于学生创新能力的培养。
二、提高模拟电子技术实验教学质量的措施
（一）改进教学方法，丰富教学手段
灌输式的实验方法降低了学生的学习热情，导致教学质量低下。所以，教师应采用灵活多变的教学方法。例如，设计多级放大电路实验，先回顾各种单级放大电路的特点，然后提出如何获得同相输出、反向输出，引导学生再次回顾输入输出阻抗等问题，做到实验内容相互独立而又环环相扣，让学生学习每个单元电路的同时，也了解了综合性电路设计的方法，从而培养学生的综合能力。
（二）革新教学内容
模拟电子技术实验教学内容应删减掉落后的部分，增加前沿的内容。同时，尽量减少验证性实验，增加综合性实验，提高学生分析问题、解决问题的能力。第一堂课布置大型作业，即涵盖模拟电子技术大部分内容的系统电路，如“串联型直流稳压电源”这个题目。完成大型作业由课内和课外两个部分组成。课内部分：每次教学内容涉及到“串联型直流稳压电源”的，教师讲解下电路的要求、方法等。课外部分：根据课堂讲解的要求、方法，学生利用课外时间完成电路设计、制板、安装和调试等一系列工作。在这个过程中，教师对出现的疑惑进行解答，并给予学生及时的帮助。虽然这种综合性实验有一定难度，但对提高学生动手能力，培养其创新能力具有重要意义。
（三）改革考核方式，加强对学生实践过程的考核
仅凭实验报告考核学生实验能力具有一定的局限性，应采取客观有效的评价机制来考察学生的学习效果。这种考核方式既要关注学生对理论知识的掌握程度、实验的熟练程度，更要注重学生在实验过程表现出的思维能力、观察能力、分析能力和创新能力等。考核方式一：每次实验就是一次考核。每次实验，根据学生完成情况评定等级，包括实验方法的熟练程度、理论掌握程度和数据处理能力等；考核方式二：以问答形式进行考核。教师讲解某个问题时，可以以提问的方式让学生提出对问题的看法、存在的不足、解决方案等。通过这种考核方式来了解学生的实验掌握情况，以便在后续实验中进行针对性的教学，从而有效提高实验的质量；考核方式三：大型作业。大型作业是综合检验学生模拟电子技术实验掌握情况的重要措施，重点考核学生在设计电路时有无改进、创新，通过这种考核方式进一步加强学生的创新能力。
三、结语
模拟电子技术实验对理论教学起到了重要的辅助作用，同时也能检验学生综合实践应用能力和创新能力。教师要在今后的教学实践中不断改进、创新教学模式，为模拟电子技术课程适应新时代的需要而不懈努力。
参考文献：
[1]冯晓艳,谢子殿,郭明良,等.模拟电子技术实验教学改革的探索与实践[J].课程教育研究,2015(23):249.
[2]张小林,周美华,李茂康.综合性、设计性实验教学改革探索与实践[J]实验技术与管理,2007,24(7):94-96.
[3]常春耘,陆南.实验教学存在的问题及改革措施[J].实验室研究与探索,2006(2):235-237.
模拟电路综合设计范文3
论文摘要:介绍了一种具有重组功能的机电系统综合实验环境的建设方案,学生在该环境下可根据自己的需要,灵活地完成多种控制器的机电控制系统方面的综合实验。
1 实验环境建设的指导思想
“机电系统综合实验”是我校近几年开设的集中综合性实验课程。它是集机械设计、数控技术、模拟与数字电路、控制工程、检测技术、 计算 机控制、机械制造等多门课程知识综合应用的、实践性很强的一门课程。我们现在开设这门课程中所使用的设备包括计算机、计算机接口板和数控x-y工作台,其控制系统的架构单一、被控对象较少,学生只能被动的使用指定的控制器、功能模块,针对单一的对被控对象构建机电控制系统,这使得学生不能自行选择被控对象和自主设计控制系统,束缚了学生创造性思维的发挥,同时也限制了实验内容的展开。
为了改变上述状况,结合学校近期开展的三期本科评建的机会,对该课程的实验环境进行改造,其主要工作是建设一个具有重组功能的机电系统综合设计平台[3],该平台可提供多种控制器和检测元件,可支持尽可能多的被控对象[2]。为此,在建设过程中采用模块化设计[7],使得基于该平台的综合实验便于功能模块的组合、扩展,也便于检查、维护及调试。学生在这个平台可针对不同被控对象,灵活地搭建各种控制系统。利用该环境既可开设机电控制系统的一般原理性、验证性实验,又可完成较大型的综合及设计性的实验。由于该环境被设计成开放性的平台,学生还可根据自己的兴趣爱好,自行设计并完成各种机电控制系统的实验。
2 实验环境的设计与结构
要达到上述目标,在建设时就要考虑到实验环境要具有可重组性和开放性。因此,在设计时按功能模块将环境分为六大部份,即电源模块、控制器模块、基本功能模块、传感器模块、驱动模块、被控对象模块,每个模块采用组件式结构,如图1所示。
2. 1 电源模块
安装各种实验所需的电源:交流220 v、直流24v /5v,为了学生的人身安全,本模块应设置电源总开关并进行可靠的接地处理,同时各电源的要有指示灯,以方便学生接线用。
2. 2 控制器模块
主要用于安装各种实验用控制设备,学生可根据不同的实验内容、要求、兴趣,选择不同的控制设备。如计算机、单片机、工控机、plc可编程控制器,在这个区域还应设计相应的接口电路,为各个控制设备提供相匹配的各种控制信号。
2. 3 基本功能模块
该模块的主要作用是能提供诸如i/o接口、中断信号、定时/计数器、a/d、d/a转换等功能,同时还能提供显示器、纽子开关、按键,并预留电阻、电容、二极管、三极管、晶振插孔以及各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座[6],并能提供8路数字信号、2路模拟信号(电压从0~5 v)、两路正负脉冲信号,其频率从1hz~20 khz连续可调,用于模拟数控机床及各种外部设备和各种传感器输入信号。
2. 4 传感器模块
该模块的主要作用是提供尽可能多的传感器及其接口,如:提供光电编码器、接近开关传感器、光敏二极管、光敏三极管、压电陶瓷传感器、热敏电阻、热电偶、直线位移传感器、霍尔传感器等。同时,该模块还配有相应的各类传感器的信号处理电路。
2. 5 驱动模块
该模块的主要作用是能提供:
(1)隔离电路。在 工业 控制中,为了去除干扰,同时为了系统的安全,输入、输出信号的隔离是非常必要的,本模块可设置多路光电藕合器隔离电路。
(2)驱动电路。包括直流电机的驱动电路、步进电机的驱动电路等。
2. 6 被控对象模块
该模块的主要作用是提供被控对象。在该模块中可提供齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器以及其它机械构件,同时也可提供诸如灯、发光二极管、继电器等电器设备。电机在机电控制实验中是必不可少的。本系统设置了一个步进电机以及一个直流伺服电机。
3 特 点
由于本实验平台采用模块化设计理念和组件式的架构原则,虽然结构简单,然而在进行功能组合时十分方便,最突出的特点是改变了原有实验控制设备单一、控制手段缺乏、被控对象不足等状况,也改变了原有实验单一死板的实验内容,对实验方案可进行灵活多样的变化组合。具体特点如下:
(1)操作简单、灵活、方便。 学生做实验时可根据实验所需灵活地选择各个模块中的不同组件[1],不必过多的考虑与实验关系不大的其他技术环节。这样,既调动了学生的学习积极性和创造性,又提高了实验效率。
(2)学生可根据不同的课程来选择不同的实验内容。 由于在各模块上可以任意选择、安装实验所需的组件,因此使得学生可以直观地了解控制系统构成的各个组成部分的细小环节,掌握各种元器件在使用时的接线和控制方法,解决了已往实验设备整体封闭、学生只能通过外部来了解系统,而对系统中各环节动作的工作原理不能直观了解的缺点。
(3)满足多层次的需求。 由于该环境是开放的,它既可搭配简单的控制电路,又可构成较复杂的控制系统,因此该环境具有随机实验环境的特点。学生可就同一实验内容,设计多种不同起点、不同路径的实验方案[4]。让学生自主选择实验模式,设计实验方案,并为他们提供多次实验机会,可以使学生通过不同途径、不同方式进入同样内容学习的环境,从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解,同时也满足不同层次学生学习的需要[5]。
(4)满足学生个性化的要求。 自拟实验方案,自主确定实验仪器和设备。
(5)留有拓展空间。 该实验环境预留了各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座,可组成各种控制电路,给学生留有广阔的设计空间,为学生设计并实现完成不同功能的各种控制系统创造了条件。
(6)一台多用。 通过对这些不同设备的使用,提高了本实验环境的综合实验性能,实现了设备一台多用的目的。
(7)可以灵活组合。实验功能板具有固定线路与灵活组合相结合的特点。选择电源模块、控制器模块、基本功能模块、驱动模块、被控对象模块,就可构成开环控制系统,在此基础上增加检测模块就可构成一个半闭环或闭环控制系统。
(8)可用于创新实践的开发。 如各种创新机器人大赛先期的设计及调试工作可在该环境下进行,既缩短了设计周期,又降低了开发成本。
4 可开出的实验项目
(1)步进电动机控制系列
软件环形分配器的设计实验
硬件环形分配器的设计实验
光电隔离电路设计实验
驱动电路的设计实验
步进电动机正反转控制实验
步进电动机调速实验
(2)数控机床电气控制系统综合实验系列
控制系统设计实验
扩展程序存储器和数据存储器实验
设计显示电路和键盘电路的实验
扩充i/o接口电路的实验
其他辅助控制电路设计实验
伺服系统控制电路设计实验
(3)数控机床运动轨迹控制综合实验系列
数控技术逐点比较法插补算法实验
刀具运动轨迹的控制实验
(4) 工业 控制、传感器综合型实验系列
小型立体仓库模型控制系统设计实验
模拟普通机床数控化改造实验
模拟工业机器人机构与伺服系统设计实验
自动分拣系统的设计及控制实验
单轴运动半闭环系统设计实验
教室的灯光管理实验
自动检票系统设计实验
(5)可编程控制器实验系列
基本指令编程练习
三层电梯控制系统的模拟
四层电梯控制系统的模拟
机械手动作的模拟
led数码显示控制
五相步进电机的模拟控制
十字路口 交通 灯控制。
5总 结
利用具有可重组功能的 计算 机控制平台,为完成机电控制方面的实验提供了一个很好的环境,使复杂、烦琐的工作变得简单、灵活、方便,使原来的只能完成单一实验的设备经过整合、二次开发,能满足多门课程的实验教学需要,实验的深度与广度可根据需要作灵活调整。由于环境建设采用组件式结构,更换便捷,如需要扩展功能或开发新实验,只要在各模块中添加所需部件即可。各模块图线分明、标识清楚、作用明确,使使用者操作、维护方便。
例如,选择一套步进电机、齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器、光电编码器等,就可构成一维单轴运动半闭环控制系统;若选用上述两套设备就可构成二维x-y传动系统;如果选用三套,就可构成三维立体传动系统,可完成诸如小型立体仓库、数控机床运动轨迹控制等综合实验,并为开展较大型的综合性实验提供了可能。另外,对目前学校已购置了慧鱼创新机构设计平台,我们可以利用该环境对其控制系统进行改造,即可以用单片机进行控制,也可以用微机等其它设备进行控制;既可用汇编语言,也可用c语言或其他高级语言来进行控制程序的设计与编码。这样使学生熟悉了各种控制器的设计方法,提高了他们对电气控制系统的设计能力。同时该环境也为课程设计、毕业设计、学生课外科技活动等提供了实践创新的平台。开发现有实验资源,加强实验室建设,改进实验教学方法与手段,实现理论教学与实践的有机结合,只有这样才能充分实现学生知识——能力的迁移、转化和创新,这对培养人才具有十分重要的意义。
实践证明,综合实验室的建设与功能开发,在实践教学改革中发挥着越来越重要的作用。我们将进一步拓展实验教学时空、创新实验教学方法,提高实验教学质量,为全面提高人才培养质量奠定坚实的基础。
参考 文献 (references):
[1] 蔡亚萍.综合实验设计[j]. 科学 教育 研究, 2001(9): 35-36.
[2] 胡春光,王 仲,杨燕罡,等.一种新型测控综合实验台的研制与开发[j].实验技术与管理, 2003, 20(3): 24-27.
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模拟电路综合设计范文4
关键词:电子技术;实践;电容测量;调试
中图分类号:TM932 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0021-02
一、引言
电子技术基础(包括模拟电子技术和数字电子技术)是自动控制、电子信息类专业最重要的基础课程。模拟电子技术研究的是处理仿真信号的模拟电路,数字电子技术研究的是各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用。模拟电路以基本概念、方法为主;数字电路以电路功能、应用为主。课程结合线性、非线性电路,概念抽象,逻辑关系复杂,有很大的学习难度。
在对学习电子技术的困难进行分析后,发现通过实验的学习,特别是综合实验设计的训练,能够更深刻理解模拟电路与数字电路的基本理论知识并能够提高相关技能。下面以电容测量仪的设计为例,探讨电子线路的学习与训练。
二、实验电路设计
综合设计是基础实验的综合与提高,更是理论与实际的结合。“电容测量显示仪”需要综合运用模拟电路与数字电路的知识,是一个很好的设计类课题。
设计要求:设计一个可测量电容值的电路,测量范围为1-20uF并能实现电容的测试与显示,电源±5V。
题目分析:先将电容量通过电路转换成电压、时间等参量,然后再将这些量以适当的方式显示出来。利用电容充电、放电的时间与容量值之间的关系,将容量值的测量转化为电压、电流的测量或者时间的测量,通过简单量的测量间接求得电容量值。
设计思路:将电容量转换成时间间隔,然后通过数字方式显示出时间间隔(电容量),由一个多谐振荡器和一个单稳态组成。当R不变时改变电容C则输出脉宽TW也随之改变,由TW的脉宽就可求出电容的大小。TW的脉宽可通过与门转化成若干标准脉冲,送给计数器计得TW的脉宽,当标准脉冲选择合理即脉冲宽度小于最小误差并在合理范围内,译码驱动电路显示计数数值即电容值。
三、实验原理图
根据设计框图和设计要求,具体电路采用如下设计。
(一)脉冲源电路
利用555定时器组成多谐振荡器,用作脉冲发生装置。接通电源后,电容不断充电、放电,输出在高低电平之间不断变换,产生一个方波作为计数脉冲。f不要太高常选200Hz,先令f=200Hz然后再调整其他元件参数。
(二)门控电路
利用555定时器组成单稳态触发器,把被测电容的大小转换成脉冲的宽度,把单稳态触发器的输出脉冲与频率固定的方波相与得到计数脉冲。定时器输出稳态脉冲宽度TW为目标值,接入电容后,归零装置将触发器置于稳态,输入脉冲使电路从稳态跳转到暂稳态,持续时间由TW和充放电容Cx决定,最后电路回到稳态。
只要适当调整阻抗参数,便可在一个VI周期内输出多个周期的VO进行计数。令N=Cx得R4=4.3kΩ、R1=7.5kΩ、R2=30kΩ, =55.5%接近50%,f =211Hz接近200Hz。
(三)微分加法电路
主要为了提高精度,使触发脉冲变窄从而减小误差。先通过微分器求导,得到尖波(峰值±5V)然后通过加法电路抬高电位,这就得到符合实验条件的波形来充当单稳态触发器输入的电压,得到了比较合适的触发信号。
选择小电阻R9=0.2kΩ限制输入电流,反馈电阻上并联稳压二极管限制输出电压,保证运放始终工作在放大区,小电容C5=0.01uF与反馈电阻并联以补偿相位且满足RC
(四)开关电路
采用带正沿触发双D触发器74LS74和组合逻辑电路作开关电路,在单稳态触发器进入暂稳态时CLK边沿触发电路切断单稳态触发器触发端的脉冲信号从而使暂稳态只出现一次,实现单周期计数。在单稳触发器输出脉冲波形的时间间隔里,单稳输入端的低电平信号消失不影响到输出脉冲的宽度。74LS74是上升沿触发的,摁下开关的瞬间清零单稳输出低电平,撒手后低电平信号单稳触发产生一个上升沿触发D触发器,D输出高电平,单稳触发信号消失。
按键开关的接地电阻的选择是通过实验的方法确定的。R11=10Ω取的过大或过小都不行,不能限流或导致低电平过高而不能被IC正确的识别,试验结果为110Ω(低电平为0.1V符合IC判别条件)。
(五)计数电路
多谐振荡器输出的标准脉冲和单稳态触发器的输出脉冲相与后得到一定周期数的信号,通过计数器计算周期个数N,然后通过译码、锁存、驱动装置最后通过七段数码管显示。选取CD40110和七段数共阴码管实现计数、显示功能。数码管的外接电阻不能太大(影响实验效果)或太小(电流大烧坏芯片)最后取470Ω。
(六)设计小结
本设计不但要求有扎实的理论功底,还必须与工程实际结合。电路中许多参数的选择和设定是依据实际的电路效果和元件的规格并非完全依据理论推导。通过这些练习可以很好地提高解决实际问题的能力。
四、电路搭建与调试
在面包板上实现电子线路,方便、简易、可行,易于调试、修改线路。
电路的调试过程一般是从初级单元电路开始,逐级向后进行测试、调整。
利用双踪示波器观察各单元电路的输出波形,先分块调试后联调的方法,按照信号传输的顺序对各单元电路进行调试,使各个单元符合其基本指标,最后进行整体调试。具体调试步骤:①测试多谐振荡器是否波形输出。②用函数发生器提供方波输入单稳态触发器测试输出端波形。③多谐振荡器的波形输入单稳态触发器测试输出波形。④测试触发器各引脚的输出波形(先清零)。⑤测试计数器各引脚的波形(先清零)。⑥观察数码管显示。⑦换测试电容并重新观测。
调试中面临的最大问题就是锁存问题,数字一直跳,每次锁的数字不同,但是只要综合分析定时器的输出波形与锁存周期就不难解决。
五、总结
综合实验是对理论知识和基本实验的综合应用,是培养学生电子工程实践能力的一个重要环节。通过小型的综合设计并搭建实际电路,实现综合实验的可操作性,在目前的教学情况下,是可行的方法之一,有较强的推广价值。
参考文献:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006
[2]阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006
模拟电路综合设计范文5
论文关键词：变电站，综合自动化，控制，设计
0 前言
完整的变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段之外，其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备，监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班之需要。
变电站综合自动化系统的基本配置，如图所示：
标准化和模块化是保证变电站自动化系统独立性与扩展性相统一的基本要求。但是，国内在这方面由于缺乏统一的设计方案和产品标准，这种百花齐放的局面也在一定程度上给电力研究与生产行业造成了重复劳动，不同厂家的产品很多都是自成一体，相互之间缺乏很好的兼容性与可扩充性，给用户带来很大麻烦。因此，应确立保护软、硬件设计的模块化、标准化来保证该系统自身的独立性和与其他系统的兼容性。
1 综合自动化系统的硬件结构形式
硬件的模块化从基本模块做起，在将系统分解为模块时，模块的内聚度应最大，而把分解点选在接口最少、最弱的部位，这样可简化接口结构，使系统易于分解，又易于组合基本模块设计为插件式设计，不同保护间可通用硬件，这样，缩短了开发周期，保证了生产、调试、维护的方便。主要插件有：电源插件、交流插件、CPU 插件、开入开出插件等。硬件的不同基本模块组合可构成插箱级模块，不同插箱级模块组合可构成产品级模块。
根据综合自动化系统设计思想和安装的物理位置的不同，综合自动化系统硬件结构形式可以分成很多种类。从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。
1.1结构形式
一、集中式综合自动化系统
采用不同档次的计算机，扩展其接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。
这种机构形式是按变电站的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统，它们安装在变电站主控室内。主变压器各种进出线路及站内所有电气设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器经电缆传送到主控制的保护装置或监控计算机上，并与调度控制端的主计算机进行数据通信。当地监控计算机完成当地显示控制和制表打印等功能。
变电站综合自动化系统的目标是实现变电站的小型化、无人化和高可靠性，我国20世纪80年代开始研制分布式综合自动化系统。
二、分层分布式结构集中式组屏的综合自动化
（一）分层分布式结构的概念
所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。且变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三级分布布置。[1]
对于中、小型变电站的分层分布式集中组屏结构，把整套综合自动化系统按其功能组装成多个屏，集中安装在主控室中，软件相对简单，调试维护方便，组态灵活，系统可靠性高。
对于大型变电站分层分布式集中组屏结构，较之中小型变电站的综合自动化系统，大型变电站则在管理层可能设有通信控制机，专业负责与调度中心通信，并没有工程师机，负责软件开发与管理功能。
（二）分层分布式集中组屏综合自动化系统结构特点
1.可靠性高，有故障时，只影响局部；可扩展性和灵活性高；电缆大大简化设计，节约投资。
2.分布式系统为多CPU工作方式，减轻了主控室机的负担。
3.继电保护相对独立。
4.可靠的自动化监控系统。
5.具有与系统控制中心通信功能。
1.2分散分布式与集中相结合的综合自动化系统结构
这是目前国内外最为流行、受到广大用户欢迎的一种综合自动化系统。它采用“面向对象”即面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计的，间隔层中各数据采集、控制单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中，并将这种机箱就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，这样各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络由站控机对它们进行管理和交换信息，这是将功能分布和物理分散两者有机结合的结果。
（一）分散与集中相结合的变电站综合自动化系统结构框图。如图所示：
将配电线路的保护和测控单元安装在开关柜内，而高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构称为分散和集中相结合的结构，适合应用在各种电压等级的变电站中。
（二）结构特点
1.10~35KV馈线保护采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。
2.高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，安装在控制室或保护室中，可靠性高。
3.备用电源自投控制装置和电压无功综合控制装置采用集中组屏结构安装于控制室或保护室中。
4.采用脉冲电能表或带串行通信接口的智能型电能计量表，保证电能计量的准确性。
（三）优越性
1.简化了变电所二次部分的配置，缩小了主控室的面积，利于实现无人值班。
2.减少了施工和设备安装工作量。
3.简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了电缆。
4.分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。
目前，变电站综合自动化系统的功能和结构都在不断地向前发展，全分散式的结构一定成为今后发展的方向，为变电站实现高水平、高可靠性和低造价的无人值班创造更有利的技术条件。[2]
2变电站综合自动化系统的硬件原理
随着微计算机技术的发展，变电站综合自动化系统均按模块化设计，也就是说对于成套的综合自动化系统中，微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是若干模块组成的。不同的功能用不同的软件来实现，不同的使用场合按不同的模块组合方式构成。一个变电站综合自动化系统中各个子系统（如微机保护）的典型硬件结构主要包括：模拟量输入/输出回路、微型机系统、开关量输入/输出回路、人机对话接口回路、通信回路、电源。
变电站综合自动化硬件结构。如图所示：
变电站综合自动化硬件结构
2.1 模拟量输入/输出回路
变电站综合自动化系统采集的变电站的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是属于模拟量。模拟量输入电路的主要作用是隔离规范输入电压及完成模/数变换，以便与CPU接口，完成数据采集任务。模拟量的作用是把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出，由数/模（D/A）变换器来完成。
根据模/数变换原理的不同，综合自动化装置中的模拟量输入电路有两种方式：一是基于逐次逼近型A/D转换方式（ADC），是直接将模拟量转变为数字量的变换方式；二是利用电压/频率变换（VFC）原理进行模/数变换方式设计，它是将模拟量电压转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换形式。
电压形成电路起电量作用外，还将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完整隔离，提高抗干扰能力；低通滤波电路的作用是限制输入信号的最高频率；采样主要表现为真实的反映出原始的连续时间信号中所包含的重要信息；模拟量多路转换开关的作用是将多路待转换的模拟量每次只选通一路，输出只有一个公共端接至A/D转换器，达到分时转换；A/D转换器的作用将连续变换的模拟信号转换为数字信号。
输出电路的结构由锁存器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大器组成。
3 以传输线路的远程保护为例
对于传输线路的远程保护，利用远程继电器，一个重要观察结果是从接通继电器的时刻开始，继电器就连续采样输入信号，因此，在信号变化的整个过程中均可获得输入数据。但由于实际原因，存贮器缓冲器中只保存了有限的采样值。在某种意义上。通常这种存贮器的存取是循环的，每当缓冲器贮满时，就存储下一批采祥值以取代旧采样值。这种特性能做到连续监视传输线路负载，此外还能捕捉电力信号在正常—故障过渡时的预兆故障值和故障值。
以微处理机为基础的远程继电器的另一个共同特性是继电器正常状况和工作状态的自诊断。这一特性对测试和维护是极其有用的，与以前的技术相比是设计上的一个重要的进步。此外，在操作接口方面也得到了一定的改进。用于继电器的设定、工作状态和各种电力系统信号测量情况的各种操作均可进行显示，通过使用带有更改设定值的复杂的处理协议的终端，继电器设定过程可以得到大大的强化和简化。[5]
由于对信号采样值进行了各种逻辑和算术运算，因而实现了基于微机的继电器内部处理。通过使用存贮在继电器固件内的软件流程实现了继电器算法。图4-1给出了典型的功能软件流程图。该图示出了一个基于微机的设计所具有的绝妙的灵活性，它所提供的继电器算
远程继电器的软件流程图
法的每个处理步骤均为独立的软件模块，使设计师能方便地改变某些模块，以便适应不同继电器的要求。在采用远程继电器的情况下，继电器工作特性的各种不同状态，以及电压、电流和阻抗测量的各种算法，均可以使用同样的基本硬件和图所介绍的同样软件编排来实现。
总之，基于微机的继电器，可将继电器设计成具有一些传统的远程保护功能，例如带有适于传送跳闸／闭合功能的各种通讯选择的分段限时保护。另一方面，可以用一个远程继电器微计算机实现很复杂的设计。在这种情况下除基本远程继电器保护功能外，还可以包括其他功能，例如：局部断路器失效保护、高速重闭、自动同步校验，不同步保护设计，瞬时记录、故障定位、SOE(事件顺序)记录。
请注意，利用设计中的这种灵活性对于获得性能价格比高的远程继电器保护是十分重
要的。如果只需要基本的继电器保护功能，可以使用廉价的8位单板微计算机。另一方面，如果需要复杂的远程保护设计，可能需要高性能16位多微计算机系统。这种设计与等效的常规设计相比可能不是高性能价格比的。但在这种情况下，可通过增加不花钱就可得到的额外功能，使整个复杂远程继电器保护设计比具有等效功能的各种常规设备便宜。
4结束语
变电站自动化研究的现状与发展，要求构成自动化的微机综合保护即能可靠独立运行，又能扩展为更大的系统、更强的功能，因此必须加强微机保护的标准化设计。由于科学技术的高速发展，新产品的研制、开发周期越来越短。所以，在新产品的开发构成中应综合考虑产品的可靠性、先进性及经济性，采用新思想、新原理、新技术开发出可靠性高、功能强大的新型微机保护。目前变电站微机自动化系统虽然运用得还不够广泛，但在先进技术不断发展的今天，变电站自动化系统以其系统化、标准化和面向未来的概念正逐步取代了繁琐而复杂的传统控制保护系统。可以预测，随着我国电力工业的发展及电子技术、工业自动化信息工程等相关产业的技术进步，人机界面更好，运行更加安全可靠的新一代微机综合自动化系统将获得迅猛发展。
参考文献
1、李湖.《电力自动化》.国家电力公司电力出版社，2000：12-15
2、杨新民.《电力系统综合自动化》.中国电力出版社，2002：46-52
3、丁书文.《变电站综合自动化原理与应用》.中国电力出版社，2000
4、王永康.《继电保护及自动装置》.中国铁道出版社，1998
5、黄益庄.《变电站综合自动化技术》.中国电力出版社，2002:28-33
6、涂时亮.单片微型机软件设计技术.科学技术文献出版社，2000
模拟电路综合设计范文6
【论文摘要】通过结合国内牵引供电综合自动化现场教学需求，根据实际工程项目提出并设计了一种适合供电段操作和运行维护人员的教学培训系统，该方案软硬件结合，具有投资低，便于学员快速入门上岗，也便于升级换代的特点。
1引言
随着铁路大规模提速，东南沿海主要千线正在逐步实现电气化，牵引变电站基本采用了最新的综合自动化技术，对于新建供电段和既有旧的电气化线路，对值班和运行维护及管理人员都提出了较高的专业供电技能要求，采用以往的课堂教学模式难以直观对学员进行系统培训，同时由于现场设备都在投运状态，无法满足学员的操控需求。借鉴国内国际经验，采用全仿真模拟教学软件进行教学已经在飞行员、机车司机等职业培训领域得到推广，但该类系统投资巨大，对学员文化和专业基础要求高，难于适应基层站段人员的应用需求。
因此，有必要采用全新的综合自动化教学培训方式对学员进行仿真培训。设计的教学培训系统首先要直观，便于学员操作，尽量与现场应用模式保持一致，这样通过教学培训可快速满足岗位上岗要求，能很快适应现场的工作，安到厕利地完成操作维护任务。同时也要利用 计算 机 网络 和流行的多媒体教学的手段，加速学员的知识培养和动手操作，从设备内部熟悉系统的工作原理和掌握故障排查方法。
2设计原则
为实现基层运行人员快速熟悉和掌握现场综合自动化的目标，充分利用软硬件资源，按典型牵引变电所进行设备配置，一次设备全部采用模拟方式，主变和电容等一次设备可在现场进行知识讲解，断路器和隔离开关为保证操作的直观性，需要配备模拟机构。由于电站设备的备用设计，可按半个牵引变电站进行硬件系统配置，实际操控完全满足全站的操作要求，对于备用电源自投，可采用软件模拟方式进行培训教学。考虑到需要进行保护模拟和测量模拟，需要外配电压电流源，通过其调节可直观进行保护试验和测量观察。
系统构筑一台服务器，通过服务器对保护测控设备进行操作，通过服务器建立基于TCP/IP协议的局域网，配置一定数量的学员机，使资源得到共享，每台学员机都可通过服务器抢占控制权，对保护测控设备进行操作，当不操作设备时，每台学员机可进入仿真环境进行仿真模拟培训。
模拟培训软件采用先进实用的计算机应用软件，对电气化铁路综合自动化系统的牵引供电原理、保护原理、所内实际操作演练、故障模拟、工程应用等进行教学，同时能够软件模拟正常状态下的倒闸作业以及事故状态下的处理手段，同时系统配置评价考核子系统，具备丰富的实用题库，可对学习效果进行基本评估，以确认学员的学习能力和检验学员的知识掌握程度，为保证现场设备运行安全提供人力资源保证。
牵引供电培训系统由保护测控盘、机构及故障模拟盘、电压电流源、控制台、联网微机和服务器组成。组网采用星型高速以太网连接，保证多媒体信息量带宽要求。全部采用多媒体电脑，具有先进的多媒体教学功能。硬件系统的配置将保证系统有足够的冗余度，云博机的内存、CPU时间和硬盘空间均应保证有40%以上的余量。
3牵引供电综合自动化教学仿真系统组网方案
教学培训系统组网示意图如下:
4培训系统主要功能
4.1教学部分
采用组网微机进行系统模拟操作和仿真培训。系统正常工作时只有一台主机可对保护测控盘进行操作，当该机操作时，其他 计算 机无法登陆进行保护侧控盘操作，只能进行仿真模拟操作，当无主机对保护侧控盘操作时，每台计算机都可抢占主机地位，对保护测控盘进行操作。系统(TE`I’S)采用多媒体计算机系统，应用视频处理技术，通过高分辨率彩色屏幕，来表现电气化铁路综合自动化系统的构成，并通过 艺术 处理，来形象地表现电气化铁路综合自动化系统的运行方式，系统组网、组屏方式，后台监控软件及保护测控盘的控制操作、保护装置的原理及操作，资料查询等内容。利用多媒体丰富的图形、图象及数字化处理技术，提供友好的人机界面，使学习者身临其境地进行实习操作，创造最佳的教学环境。教学部分内容主要包括牵引供电系统原理，保护原理，综合自动化系统装置原理，图纸说明系统和工程应用部分。
4.2仿真模拟部分
主要针对以下部分进行仿真:综合自动化系统的监控后台软件，备自投，保护测控盘的柜体，电铁馈线保护装置，电铁变压器差动保护装置，电铁变压器后备保护装置，电铁变压器本体保护，电铁并补保护测控装置。由于需要培训的操作主要是针对后合监控系统可遥控的开关和刀闸的操作，以及各保护装置的操作。因此仿真培训系统采用仿真的设计。包括供电系统的正常手动/遥控控分、控合，远方/当地投入退出，操作方法按照实际系统的操作规程进行。以及事故处理，如开关状态故障，变压器:差动保护、重瓦斯等本体故障、轻瓦斯等告警故障、高压过流、低压A过流、低压B过流等，110kV进线失压，馈线过流、距离保护I段Ⅱ段、电流速断、电流增量保护等，电容器速断、过流、谐波过流、差压、差流、过压、低压等。
