电路原理论文范文

电路原理论文范文第1篇

关键词：射频；收发器；电子标签；RI-R6C-001A

1概述

电子标签是时下最为先进的非接触感应技术。RI－R6C－001A芯片是美国德州仪器（TI）和荷兰飞利浦公司（Philips）开发出的一种廉价的非接触感应芯片。这种芯片的无源最大读写距离可达1．2米以上。它与条形码相比，无须直线对准扫描，而且读写速度快，可多目标识别和运动识别，每秒最多可同时识别50个，频率为13．56MHz±7kHz（国际通用）的目标。它采用国际统一且不重复的8字节（64bit）唯一识别内码（Uniqueidentifier，简称UID），其中第1～48bit共6字节为生产厂商的产品编码，第49～56bit1个字节为厂商代码（ISO／IEC7816－6／AM1），最高字节固定为“EO”。其使用寿命大于10年或读写10万次，无机械磨损、机械故障，可在恶劣环境下使用，工作温度为－25～＋70℃可反复读写且扇区可以独立一次锁定，并能根据用户需要锁定重要信息；现有的产品一般采用4字节扇区，内存从512bit～2048bit不等。

RI－R6C－001A芯片采用柔性封装，它的超薄和多种大小不一的外型，使它可封装在纸张和塑胶制品（PVC、PET）中，既可应用于不同安防场合，也可再层压制卡。国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入国际标准ISO15693中。其主要原因是因为该芯片具有封装任意、内存量大、可读可写、防冲撞等独特的功能。

2引脚排列与功能

图1所示为（RI－RRC－001A芯片和引脚排列）。

3内部结构

收发器需要5V外加电源，在实际操作中最小电压为3V，最大电压为5．5V，典型电压为5V。电损耗取决于天线阻抗和输出网络的配置。由于电源纹波和噪声会严重影响整个系统的性能，因此，德州仪器推荐使用标准电源。

射频收发器内部的输出晶体管是一个低阻场效应管，电耗直接在TX＿OUT脚消耗，推荐用5V电源供电，最好驱动50Ω天线。在输出端连接一个简单的谐振电路或者匹配网络可以降低谐波抑制，用选通方波驱动输出晶体管能达到100％的调制度。调整连接输出晶体管的电阻（典型电路中的R2）能获得10％的调制度，增大这个电阻，调制度也随之增加。通过发射编码器变换的数据可按照事先选择好的射频协议进行传输，通信速率应为5～120kB，而且至少要有一个速率满足已选择感应器协议的要求。

接收器通过外部电阻连接到天线后可将来自电子标签的调制信号通过二极管包络检波进行解调，接收解码器输出到控制器的数据是二进制数据格式，通信速率和射频协议由已选择的模式确定。在输出数据时，接收的数据串中已检测并标志了启动、停止、错误位。

该系统的正常时钟频率为13．56MHz，但是振荡器的工作频率范围为4MHz～16MHz。

在电源被重新启动后，设备为默认配置。RI－R6C－001A系统有三个有效电源模式。主要模式是满载模式，而空载模式仅出现在与电路有关的标准振荡器和最小系统工作中的标准振荡器停振时，掉电模式则完全关断设备内部的偏置系统。当SCLOCK保持高电平时，可在DIN端的输出脉冲上升沿唤醒电路。

RI－R6C－001A芯片的串行通信接口通常使用三根线，其中的SCLOCK为串行双向时钟；DIN为数据输入，DOUT为数据输出。参见图2所示的RI－R6C－001A内部结构图。

4典型电路应用

图3所示是RI－R6C－001A的典型应用电路，该电路可驱动50Ω的天线，当电源电压为5V时，输出射频的功率为200mW，而当电源电压为3V时，输出射频功率为80mW。

图3

由于电路中的发射器一直工作，因此，应增大集成电路散热片的尺寸以增加散热面积。设计电路时，应避免过大的分布电容，当电路板分布电容过高时，可配合晶振调整电容C5的值，以减少时钟的不稳定性。推荐C5值为22pF。通过软件处理可使收发器的调制度在100％～10％范围内调整。ISO15693协议规定标签允许执行10％～30％之间的调制度（除100％之外），通过改变电阻R2的值可以达到这个要求。

5结束语

电路原理论文范文第2篇

关键词：电镀流水线行车避撞终端超声波测距

引言

现代电镀企业大量采用自动化挂镀流水线，在这些流水线中大多采用2吨左右的小型行车在各镀槽中转移挂具架。行车的行走、停止、吊具升降、停留等动作完全由PLC控制，可实现较高精度。行车运行质量直接关系到产量和产品质量参数的实现。在实际生产中，行车运行并不是特别理想。在生产线调试阶段，由于调试者技术水平和观测能力等主客观限制，行车与实际生产所需要的走位点之间往往存在微小的误差。通过长时间生产，这些原始误差会逐步积累放大，最终导致行车走位与实际需要之间出现比较明显的偏差，从而引起行车间的碰撞，造成挂具架倒挂等事故。一旦发生倒挂，整条生产线就必须停止，同时还需要人工处理掉落在渡槽中的镀件，每次处理时间至少在20分钟以上，对正常生产影响极大。为解决碰撞问题，有必要为行车设计和安装一种特殊的避撞终端。

一、避撞原理

行车一般都安装于特定轨道上并直线运行，要实现避撞，只要能及时检测两部行车之间的距离，在小于安全距离时暂停运行即可。在测距时，通常可使用四种方法：即无线电测距、激光测距、红外线测距和超声波测距。在电镀流水线上，渡槽通常需要蒸汽加热，很多原料比如出光剂（硝酸）、除脂剂(LH-303)等会出现挥发，在渡槽上空形成大量的白色雾气，所以红外线测距和激光测距均不适合。同时在电镀车间中存在大量的电力设备，无线电也会受到很大干扰，因而选择超声波测距作为实现手段。

超声波测距是一种非接触式测量方式，主要原理是：发射器定期发射超声波，遇到障碍物产生反射，由接收器接收回波信号，采用单片机进行监控，记录发射与接收的时间差Δt，然后可用以下公式得到准确的液位高度：L1=L-Δt*C/2

其中L是预先输入的罐体高度，C是超声波传播速度。不过超声波在空气中的传播速度受温度影响较大，与温度的关系大致可用下式来表示：

C=331.45+0.61φ（米/秒）φ为当地气温。

二、电路设计

避撞终端的结构框图如图1所示，主要由控制电路（ATmega8）、温度补偿电路、超声波发射驱动电路、发射换能器（T）、超声波接收检测电路和接收换能器(R)、输出接口和电源组成。超声波的发射频率决定采用谐振频率为40KHz超声波换能器TCT40-10F1(发射)和TCT40-10S1（接收），该器件工作距离约10m，盲区约30cm。

超声波发射驱动电路（如图2所示）采用以74HC04为核心的推挽式驱动电路，单片机PC3口输出40KHz的方波一路通过一级反向后加入换能器的一端，另一路通过两级反向后加入换能器的另一端，这样可以提高超声波的发射功率，继而增加最大测量距离。

超声波接收检测电路采用LM324两级反相比例放大电路和LM393比较电路组成。放大电路用于接收并放大信号，两级增益分别控制在40dB和20dB，LM393用于信号整形，整形后的信号将输入PC2口。

温度补偿电路采用美国Dallas公司的DS18B20芯片，其精度可以达到0.5℃。数据通过PC2口送入单片机。

三、软件设计

本次设计采用模块化方式，主要包括主程序、发射子程序、计算子程序、定时子程序、温度测量子程序、比较子程序等7个单元模块。

四、结束语

避撞终端可安装于行车行走装置导轨上方前端，测量范围约为0.3-10m，误差范围约±1cm，实际使用时控制的安全间距大致在50cm左右。在程序处理时需要引入数字滤波技术，根据多次测量计算出平均值，以提高测量精度。

在实际安装使用过程中，由于电镀生产环境较为恶劣，需要特别注意在终端外壳应用工程塑料等抗腐蚀材料，以增强对腐蚀性气体的抵抗能力。

参考文献：

[1]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京:北京航空航天大学出版社.2007.

[2]潘宗预，潘登.超声波测距精度的探讨[J].长沙:湖南大学学报.2002.

电路原理论文范文第3篇

论文首先介绍了电力电子技术及器件的发展和应用,具体阐明了国内外开关电源的发展和现状,研究了开关电源的基本原理,拓扑结构以及开关电源在电力直流操作电源系统中的应用,介绍了连续可调开关电源的设计思路、硬件选型以及TL494在输出电压调节、过流保护等方面的工作原理和具体电路,设计出一种实用于电力系统的开关电源,以替代传统的相控电源。该系统以MOSFET作为功率开关器件,构成半桥式Buck开关变换器,采用脉宽调制(PWM)技术,PWM控制信号由集成控制TL494产生,从输出实时采样电压反馈信号,以控制输出电压的变化,控制电路和主电路之间通过变压器进行隔离,并设计了软启动和过流保护电路。该电源在输出大电流条件下,能做到输出直流电压大范围连续可调,同时保持良好的PWM稳压调节运行。 开关电源结构

以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好的特点,正逐步取代传统电源的位置,成为电源行业的主流形式。可调直流电源领域也同样深受开关电源技术影响,并已广泛地应用于系统之中。

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。

SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用, GTR驱动困难,开关频率低,逐渐被IGBT和MOSFET取代。在本论文中选用的开关器件为功率MOSFET管。

开关电源的三个条件:

1. 开关:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态;

2. 高频:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频;

3. 直流:开关电源输出的是直流而不是交流。

根据上面所述,本文的大体结构如下:

第一章,为整个论文的概述,大致介绍电力电子技术及器件的发展,简单说明直流电源的基本情况,介绍国内外开关电源的发展现状和研究方向,阐述本论文工作的重点;

第二章,主要从理论上讨论开关电源的工作原理及电路拓扑结构;

第三章,主要将介绍系统主电路的设计;

第四章,介绍系统控制电路各个部分的设计;

第五章,集中在系统的仿真与调试。对系统的整体性能做出评价,指出系统的优缺点。

电路原理论文范文第4篇

关键词:专用集成电路设计;创新;教学;探讨

中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0920-02

Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course

WU Yu-hua

(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)

Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.

Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss

《专用集成电路设计》是电气信息类专业开设的一门比较重要的专业课。为了培养宽口径、基础扎实的集成电路设计人才,满足IC行业对人才的大量需求,无论是在微电子专业,还是在相关的其他电气信息类专业,不少重点高等院校都已经开设了本门课程。在学生已经掌握了模拟电子技术、数字电子技术和一定的晶体管原理知识的基础上,通过学习《专用集成电路设计》课,进行ASIC设计理论的学习和实践的强化,进一步掌握集成电路和电路系统的设计知识,提高集成电路设计能力,增长集成电路设计经验;通过理论教学和实践教学,来加强电气信息类专业学生的电路设计基础、版图设计基础以及集成电路设计各环节的验证知识等,培养学生在集成电路设计方面的研究兴趣,为后续课程的学习和进一步的深造打好基础。

由于专业建设和人才培养的需要,北京电子科技学院同样开设了《专用集成电路设计》的专业选修课,授课对象是电子信息工程专业的本科生,由于非微电子的专业背景原因,他们并不具备足够的半导体物理、晶体管原理等知识,因此在本课程的教学过程中,必然要针对具体对象,调整教学内容,创新教学思路,加强教学研究,找到一种适合于非微电子专业本科生的教学思想和教学方法。通过教学实践,学生对于课程组在这一课程中的创新、探索和具体的教学方法比较认可。这里把我们在《专用集成电路设计》课教学实践中的初步探索做一些总结,希望与大家分享。

1 结合实际合理设置授课内容,以学生能够接受为目标

电子信息工程专业的学生在学习《专用集成电路设计》课程之前,已经系统地学习了《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《EDA技术》等有关电子技术和电路系统的课程,对于电路系统的设计已经有了一定的理解,并进行过比较系统的动手实践训练,为进一步学习《专用集成电路设计》课程打下了比较坚实的知识基础和实践基础。但是由于专业背景的原因,该专业不太可能只是为了《专用集成电路设计》课而专门开设《半导体物理》、《晶体管原理》等这些在微电子专业才有的课程,因此,与微电子专业相比,电子信息工程专业的本科生欠缺有关晶体管原理和半导体工艺等方面的必要知识。在设置授课内容时,必然要考虑到这一点,总的原则应当是以学生能够接受、但又不应该过于轻松接受为目标,而且要尽量避免与《EDA技术》等课程的知识重复。

根据我们的课程内容设置原则,将《专用集成电路设计》课的讲授内容分为以下几章:第一章:ASIC设计概述;第二章:CMOS逻辑;第三章:ASIC库设计;第四章:ASIC的前端设计;第五章:ASIC的后端设计;第六章:可测性设计技术;第七章:SOC设计技术简介。在各章的讲授中,占用课时较多的分别是第二章、第三章和第五章。在讲授时强调培养学生的系统设计能力,使学生对专用集成电路的设计、制造、测试等一整套流程有一般性、整体性的了解,建立专用集成电路的基本概念和方法,了解IC领域的最新发展趋势,激发学生潜在的对集成电路前、后端设计的兴趣。为了配合理论教学,提升教学效果,还设置了合适的实验教学内容。

2 注重实验教学效果,以培养动手实践能力为目标

集成电路设计类课程除了理论教学以外,实验教学尤为重要,因为这类课程对学生的训练重点正是在于动手实验,提前接触到未来在进一步的研究和工作中可能会应用到的一些软件工具、设计流程以及设计技巧等,这样才能促进学生理论与实践相结合,真正帮助学生掌握ASIC设计技术。因此本课程要更加注重实验教学效果,着力培养学生的动手实践能力,进而使学生能够更加准确、具体和形象地掌握在课堂上学到的理论知识。根据这一原则,经过试用修订,我们专门编印了《专用集成电路设计实验指导书》,根据大纲的变化,使用工具版本的提高,目前已经编印了2007版和2009版的实验指导书,共设计了五个实验,具体是:实验一:IC设计工具的使用;实验二:单元电路的前端设计;实验三:标准单元的版图绘制与验证;实验四:四位加法器和减法器ASIC的设计;实验五:计数器ASIC的设计。每个实验3学时,其中实验二、实验四和实验五为综合性、设计性实验。

选用一种合适的集成电路设计工具是顺利进行实践教学的关键。我们选用了美国Tanner Research公司开发的一种优秀集成电路设计工具――Tanner Tools Pro,它虽然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具强大,但它的最大优点是成本低,可以在PC机上使用,而且图形处理速度快,编辑功能强,便于学习,使用方便,特别适用于高校进行相关的教学和科研工作。Tanner Pro工具在美国和台湾的很多大学中早已被广泛应用,台湾不少IC设计企业也在使用Tanner Pro工具。该工具较新版本为Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理图编辑)、L-EDIT(版图编辑)、T-SPICE(电路仿真)、W-EDIT(波形观察)和LVS(版图与原理图比对)等几个功能不同的子工具,满足了集成电路设计从前端到后端、设计验证的一系列过程的需要,完全可以适用于《专用集成电路设计》课程的实践教学。通过我们在课程实验、毕业设计等实践教学环节的使用,发现学生对这个工具上手快、掌握熟,对于以后使用其他的IC设计工具也有一定的帮助,而且培养了他们将来涉足IC设计领域的兴趣和信心。图1是学生在实践教学中得到的一个版图设计结果。

3 适当讲授最新技术进展,以让学生跟上行业发展脚步为目标

我们都知道,集成电路设计技术、制造工艺等的发展速度飞快,遵循着集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降、集成度每年翻一番和价格每两年下降一半的著名的摩尔定律,集成电路的设计和制造技术发展日新月异。因此,在《专用集成电路设计》的教学过程中,必须要根据教学大纲的要求,在系统讲授已经设置好的教学内容的前提下,结合具体授课内容,适当讲授最新技术进展,以期让学生跟上集成电路设计行业发展的脚步,并不断将这些新技术、新进展、新方法、新工具、新工艺融入到授课内容中,做到授课内容常讲常新。其实这除了让学生可以接受到最新的知识和了解到该领域最新进展之外,同时也是一个教学相长的过程,对于教师的教学和相关科研也是一种无形的促进,可以督促教师不断地跟踪与IC设计、制造相关的最新研究成果,并进行精心的组织,将这些成果有机融入到课程教学中,做到授课内容的不断更新,而且这样也才能够避免一份讲稿多年重复使用,保证教师在教学中的激情,增强教学效果。

在这里仅仅举一个具体例子。在一次讲授到集成电路工艺的内容时,作者为同学们讲授了不断发展的集成电路工艺水平,以及所遇到的工艺发展瓶颈对于摩尔定律的挑战,还具体讲到了Intel公司新推出的0.45nm工艺的CPU,它采用了大大不同于以往的工艺方法,这次工艺变革可以称得上是“拯救摩尔定律”的一大技术进展。本次课后,不少同学纷纷通过互联网等来查阅这一最新工艺的具体情形,表现出了浓厚的学习兴趣。

4 创新课程考查方式,以激发学生进一步的研究兴趣为目标

一门课程的考查方式如何,对于这门课程能不能按照教师的预想,达到既定的最终教学目的,有着比较重要的作用。传统的一张试卷去“考”出学生学习效果的方式虽然比较简单省事,但却过于单调,虽然从某种程度上能够考查出学生对这门课程知识的掌握程度,但是对于激发学生在学完这门课程之后,对本学科、本领域进行进一步研究的兴趣却作用不大。由于自从接受学校教育以来经历了无数次的考试,不少学生厌烦考试的情绪比较严重,恨不得考完后把教材、作业、笔记等都马上丢弃,这是现实存在的、我们必须得承认的事实。从某种意义上说,通过考试来考查学生的学习,有时对最终教学目标的实现会起到一定的反作用。而且单纯考试的方式也很难发现学生对于这门课、这个领域、这个行业的独特想法和创新思路。

作者在《专用集成电路设计》教学过程中,结合课程的专业特点,积极探索并实践了采用提交论文和现场答辩相结合的课程考查方式,即在课程讲授到二分之一左右时,布置给学生论文题目,对于论文的范围、参考文献的篇数、论文的格式和字数等做出明确而具体的规范,要求学生在最后一次课之前提交自己的论文,做好答辩ppt,并利用专门的时间集中进行答辩,每位学生对自己准备的论文,进行5分钟左右的讲解,并接受教师和其他学生的提问。通过创新课程考查方式,提交论文和现场答辩相结合,让学生在准备论文和答辩材料的过程中对专用集成电路设计的有关内容和工艺、方法等有了更加深刻的理解,并有了一个系统的知识梳理过程,现场答辩的方式也更能够展现学生对于集成电路设计的一些独特的思路和创新性的理解,学生在经历这一过程时,也促使自己积极思考,主动研究,努力去探索和集成电路、微电子学有关的一些研究方法和最新进展,激发自己在完成本门课程的学习后、甚至是大学毕业后进行进一步研究的兴趣和信心;另外还在这个过程中提升了学生的论文写作能力、科学研究能力。

5 结束语

《专用集成电路设计》课(或者其他名称的类似课程)在不少设有微电子学专业的重点大学中开设较为普遍,但在没有微电子学专业的高校特别是非重点高校中开设并不多,对于该课程教学实践中的一些具体的方法研究和探讨需要更加深入。作者在教学实践中,紧密围绕本校、本专业的培养目标,以授课对象为主体,遵循课程的教学规律和科学研究规律,选择合适的授课内容和教学方法,并且不断地对此进行探索和研究,收到了初步的教学效果。当然,教学创新永无止境,教学方法的研究和探讨不能止步,作为一名年轻教师,在今后的教学实践中,作者将在加强学习以及与同行交流的前提下,进一步拓宽和创新教学思路,探索和完善教学模式,研究和更新教学内容,学习和探讨教学技巧,敢于创新,善于创新,真正做到教好书,育好人。

参考文献:

[1] Michael John Sebastian Smith.专用集成电路[M].虞惠华,等,译.北京:电子工业出版社,2004.

[2] 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 廖裕评,陆瑞强.集成电路设计与布局实战指导[M].北京:科学出版社,2004.

[4] 武玉华,路而红.非微电子专业“专用集成电路设计”课程建设研究[J].南京:电气电子教学学报,2005,27(6)

电路原理论文范文第5篇

关键词：电力电子；教学方法；教学改革；考核方式

作者简介：姚志垒（1981-），男，江苏溧阳人，盐城工学院电气工程学院，副教授。（江苏 盐城 224051）

基金项目：本文系盐城工学院2013年度校级教改研究项目（项目编号：32）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0052-02

“电力电子装置及技术”是电类专业的一门专业选修课。[1]该课程是在“电力电子技术”课程的基础上，进一步介绍变流电路的结构、工作原理、功能指标，电力电子实用装置的构成、基本电量的计算方法和所有装置需解决的共同技术问题。[2-3]该课程涵盖知识的内容多、面广、难度大、实用性强，能培养学生将知识融会贯通，提高学生综合应用知识解决实际问题的能力。因此，如何从教学内容、教学方法和手段以及考核方式等方面进行改革值得探讨。

一、教学内容的改革

1.理论教学内容的改革

该课程的课时数为40学时。由于它是一门应用性课程，因此需要在书本内容的基础上，紧跟时代前沿，增加一些当今热门课题的内容，如：电力电子装置在新能源发电系统和节能环保中的应用等，以便为学生找工作或读研找课题提供参考。

选用杨荫福等编写的《电力电子装置及系统》作为本课程的教材。[3]由于该教材第1章中半导体电力电子开关器件和第2章高频开关电源的内容已分别在“电力电子技术”和“开关电源及技术”课程中详细讲述，因此该课程不再赘述。

所选教学内容具体如下：

（1）电力电子装置及系统概述（2学时）：电力电子装置及系统的概念；电力电子装置的主要类型；电力电子装置的应用概况；电力电子装置的发展前景。

（2）逆变器（4学时）：逆变器概论；单相和三相恒频恒压正弦波逆变器；感应加热电源。

（3）不间断电源UPS（6学时）：UPS的功能及原理；UPS的组成和设计（包括蓄电池组、整流器和PFC电路、逆变器、切换电路、滤波电路、旁路控制电源和系统辅助电源、接地装置、保护和报警系统）；UPS输出电压控制。

（4）晶闸管变流装置（6学时）：晶闸管交流变换器；交流净化型稳压电源；晶闸管谐振型逆变器。

（5）电力系统用电力电子装置（6学时）：电力系统无功补偿；电力系统有源滤波装置；电力系统谐波与无功功率综合补偿；远距离直流输电。

（6）电力电子装置的研制与试验（14学时）：电力电子装置研制流程；研究对象的方案论证；主电路设计（包括输出滤波器、输出变压器、缓冲电路、直流滤波电路和主开关器件设计）；控制系统及辅助电源设计（包括抗冲击负荷电路、调压环节、过温保护、辅助电源和驱动电路的设计）；电磁兼容技术和措施；电路仿真；整机调试与电性能试验；结构设计和例行试验。

（7）电力电子装置在当今热门课题中的应用（2学时）：选择应用于当今热门课题的某个电力电子装置作为教学内容，如：直直变换器在光伏发电系统中的应用、并网逆变器在新能源发电系统中的应用等内容。

2.开设实验教学内容

为了进一步验证理论分析，提高学生的实践能力，应开设一定的实验教学内容。该课程的实验教学可以充分利用江苏省电气与新能源实验教学示范中心的新能源实验室和电力系统无功补偿实验室，完成一些高频电力电子装置实验项目，如：电力系统无功补偿、电力系统有源滤波、升压变换器在光伏发电系统中的应用和并网逆变器在风力发电系统中的应用等实验项目。

二、教学方法和手段的改革

1.兴趣教学，激发学生学习积极性

紧贴社会的要求进行学前教育，把社会的需求和学生学习的需求有机统一，从而激发学生的学习积极性。

学生从高中进入大学后，学习的目标改变了，如果说学生在中小学时是以升学作为他们的目标，那么，进入大学后他们的目标已经转向了就业。因此，要使学生了解社会对人才知识结构的需求及其变化，使学生意识到该课程作为大四的专业选修课对今后工作以及再深造的重要性，从而使他们一开始就认识到该课程必须学，而且要学得非常好。

第一次上课，在讲完电力电子装置的应用概况后，了解每个学生对电力电子装置感兴趣的应用领域，布置学生通过网络搜索或图书馆查找其感兴趣应用领域的相关资料，并做成PPT，以备上该应用领域课时做报告。此后，每次上课时，先让对该节课教学内容感兴趣的学生用PPT做报告（每个学生报告5分钟，学生提问2分钟），讲述相应应用领域的研究背景和国内外研究现状，然后由教师讲解具体教学内容。通过该兴趣教学的方法，可以激发学生的学习积极性，培养学生做科技报告的能力，为学生毕业设计选题和答辩奠定良好的基础。

2.提高多媒体教学质量

随着现代化水平的不断提高，上课基本都已采用多媒体进行教学。但多媒体课件也不能是黑板板书的简单复制，最好配以一定的动画和声音，以便吸引学生的注意力，调动学生学习的积极性。如：在讲解电路工作模态时，采用“动作路径”的动画格式，让学生清楚地看到电流在电路中的流通路径，更深刻地理解所学知识；学生在下半节课时往往会开小差，注意力不集中，可通过在切换幻灯片时配以一定的声音，吸引学生的注意力；在讲解习题或举例时，先以某个习题为例进行讲解，解题步骤逐步显示，而不是一下子显示所有答案，保留了板书的优点，然后总结归纳解题方法，最后再以习题对所述方法进行巩固。

3.采用仿真辅助教学

用仿真的方法不仅可以初步验证电路原理和参数设计的正确性，还能仿真试验极限条件下的特殊情况，从而有效地减少电力电子装置的设计费用，缩短电力电子装置的设计周期，优化参数设计，提高装置的可靠性。常用的电力电子仿真软件有：Saber、Pspice和Matlab中的Simulink等。以其中的Saber仿真软件为例对所设计4kW、400Hz的中频电源进行仿真验证。学生可以通过仿真进一步加深对理论知识的理解，此外，对较复杂或不易懂的电路可以通过仿真查看电路各点的波形反推电路工作过程，从而掌握电路的工作原理。

三、考核方式的改革

该课程采用小论文的考核方式。考核的总成绩包括平时成绩（20%）、平时PPT报告成绩（30%）和小论文考核成绩（50%）。其中，平时成绩包括学生的出勤和平时作业；平时PPT报告成绩主要是检查学生对电力电子装置感兴趣应用领域相关知识的预习情况，考核学生运用Powerpoint软件制作PPT的能力、口头表达能力和回答同学提问时的应变能力；小论文考核成绩主要包括测试学生书写小论文的能力（包括中英文摘要、引言、正文、结论和参考文献）、利用word软件书写小论文和排版的能力。小论文要求学生从电源设计领域、电机调速用电力电子装置、电力系统领域、汽车电子领域、绿色照明领域、新能源开发领域和其他与电力电子装置相关的领域中选择1种领域撰写。此外，要求写相同领域小论文的学生相互商量各自研究方向，确保每个学生的小论文题目和内容不雷同。通过上述小论文考核，杜绝了学生相互抄袭小论文的现象，学生在选题上发挥了主观能动性，选题范围比较宽。学生在查阅资料完成小论文的过程中，了解了国内外电力电子装置相关领域的国内外研究现状，初步掌握了电力电子装置主电路设计、控制系统设计、仿真及结果分析这一流程。

四、结束语

近年来，我们紧跟时代前沿，及时更新“电力电子装置及技术”课程的教学内容，在实际教学中采用兴趣教学、高质量的多媒体教学和仿真辅助教学的教学方法，采用“一人一题”的小论文考核方式，对“电力电子装置及技术”课程进行了一系列改革，取得了良好的教学效果，得到了学院领导和学生的一致好评。

参考文献：

[1]陈仲.“电力电子装置及控制”课程教学设计的研究与探索[J].电气电子教学学报，2008，（S1）.

[2]叶斌.电力电子应用技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

电路原理论文范文第6篇

关键词 电力电子技术 教学方法 动手能力 教学质量

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.02.054

Exploration Teaching Method of Power Electronic Technology

GU Bo

（School of Electric Power， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， He'nan 450011）

Abstract Power electronic technology is a professional basic course of automation and electrical professional. Power electronic technology is an interdisciplinary which is formed by the power of science， electronics and control theory of three disciplines， and this determines the power electronics technology is not only important， but also difficult to learn. This paper discussed the teaching method of the power electronic technology， including improving teaching methods， and strengthening students' practical ability and enthusiasm for learning etc.， the purpose is to improve the teaching quality of power electronic technology.

Key words power electronic technology; teaching method; manipulative ability; quality of teaching

0 引言

作为强电和弱电之间的转换和连接技术，电力电子技术在电类专业中具有重要作用，因此，自动化专业及电力系统自动化专业都将电力电子技术课程作为专业基础课进行学习，而相关的电类专业也将其作为重要课程进行学习。随着电力系统和控制技术发展，特别是新能源发电与控制技术的发展，使得电力电子技术得到了空前进步和应用，不少新型电力电子器件和电力电子控制技术不断涌现，给电力电子技术的教学工作带来了极大的挑战。在电力电子技术不断进步过程中，如何提高电力电子技术的教学水平和教学质量，使学生既能掌握传统电力电子技术原理，又能实时掌握当前发展的新技术，是目前电力电子技术教学的难点之一。论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面对电力电子技术的教学方法进行探讨，以达到提高电力电子技术教学质量的目的。

1 明确课程内容重点难点

本文所述的电力电子技术教材以王兆安编著的第五版为讨论对象，该教材的整体框架如图1所示。整个教材由10章构成，可分为5部分。各部分之间紧密联系，层次和结构合理。本文接下来将对该教材各部分的重点和难点进行详细说明，以便于进一步促进教学质量。

第一部分为教材的第1章，该部分为绪论部分，主要讲述电力电子技术与电子技术、电力学和控制理论之间的相互关系，及电力电子技术在各个学科之间的地位，同时也介绍了电力电子技术的发展历史和应用领域。本章的讲授主要以提高学生对该课程的整体认识和学习积极性为主要目标。

图1 电力电子技术整体结构

第二部分包括教材第2章和教材第9章。第2章主要讲述电力电子器件，第9章讲述电力电子器件的共性问题。在教学过程中，应将这两章内容进行融合，一起进行讲解，使学生在掌握电力电子器件基本结构、工作原理、主要参数和应用特性的同时，能够理解和掌握电力电子器件的共性问题，包括电力电子器件的驱动、电力电子器件的保护及电力电子器件的使用特性。

教材的第三部分包括第3章、第4章、第5章和第6章，主要讲述基本的电力电子电路，包括整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路和交流交流变流电路。其中，第3章所讲授的整流电路是第三部分的基础，也是变流电路的重点和难点。在教学过程中应让学生充分理解和掌握单相整流电路和三相整流电路的电路结构、整流原理和输入输出波形。在学生充分掌握单相和三相整流电路原理的基础上，再概要讲述电容滤波不可控整流电路、整流电路的谐波和功率因素及整流电路的有源逆变等内容。在充分掌握第3章内容的基础上，理解和掌握第4章的逆变电路、第5章的直流-直流变流电路和第6章的交流-交流变流电路。

教材的第四部分内容包括第7章和第8章。第7章为脉宽调制技术，第8章为软开关技术。第7章是本部分的重点和难点，在进行第7章的讲授过程中，应将实验、仿真和理论相结合，使学生充分理解PWM控制的基本原理;在学生理解PWM控制原理的基础上，详细讲授PWM逆变电路及其控制方法。PWM逆变电路及其控制方法是第7章的主要内容，在讲授过程中以掌握原理为目标，适当结合理论。在第8章的讲授过程中，主要让学生理解软开关的基本思想，以及典型的软开关电路。

教材第五部分主要讲授电力电子技术在生产生活中的应用。包括晶闸管直流电动机系统、变频器和交流电动机系统、不间断电源、开关电源、功率因素校正技术、电力电子技术在电力系统中的应用及电力电子技术的其他应用。这部分内容在讲授过程中，可根据授课专业具体情况选择授课内容，让学生能够充分认识到该课程与本专业的紧密关系。

2 改进课堂教学方法

通过改进课堂教学方法，提高学生学习兴趣，增强学生对该课程的掌握程度是教学的主要目标。电力电子技术是一门多学科交叉课程，该课程电路种类、输入输出波形复杂，在教学过程中，应使学生充分理解电路原理及输入输出波形，这是该课程教学的难点。作者通过对多年电力电子技术教学经验的总结，提出了在课堂上对电路进行现场仿真的讲授方法，这样即可让学生掌握电路的工作原理，同时教会学生利用仿真软件实现电力电子电路的能力。

图2 单相全波整流电路图

在讲授电力电子技术的第3章、第4章、第5章和第6章时，作者结合MATLAB仿真软件进行讲解。例如，在进行单相全波整流的讲授时，可根据单相全波整流电路的原理，在MATLAB仿真软件中搭建仿真模型，理论与仿真相结合，让学生能够更加直观理解整流电路的工作原理。单相全波整流电路的原理图如图2所示。

图3为单相全波MATLAB仿真模型图。在课堂讲授过程中，可向学生详细介绍整个模型的建模过程及模型中每个模块的功能，便于学生课堂下自己实现模型的建立。

图4 单相全波MATLAB仿真结果图

图4为单相全波MATLAB仿真模型的结果图。图4中顶部图形表示电源侧电压的变化过程;中间图形表示负载侧电压波形的变化过程;底部图形表示电源侧输入电流波形变化过程。从图4中可以看出，输出电压波形趋于稳定，输入电压和电流呈周期性变化，符合单相全波整流电路原理，增强学生认知程度。

3 增强学生动手能力

电力电子技术是一门实践性很强的课程，仅仅从理论教学上要使学生完全掌握该课程知识是不现实的。借助实验教学提高学生理解能力是电力电子技术教学过程的重要手段，但现阶段，课程的讲授时间被大量压缩，无法安排足够的实验时间培养学生动手能力，这成为目前电力电子技术教学的另一个难题。作者在电力电子技术课堂讲授过程中，增加电力电子技术MATLAB的仿真方法，既可增加学生对电力电子技术理论的认知程度，同时也能增强学生的动手能力。

图5是作者在讲授第7章过程中增加的MATLAB仿真内容，包括PWM控制的直流-直流斩波电路、PWM控制的直流-交流半桥逆变电路及PWM控制直流-交流全桥逆变电路。整个仿真模型简单易懂，便于学生自己实现模型的构建。

图6是PWM控制的直流-直流斩波电路输出波形图，图6中上部图形是输出电压波形图，下部图形是输入脉冲。图6中的结果与理论教学中的结论相一致，增强了学生对PWM控制技术的认知程度和学习兴趣，提高电力电子技术的教学质量。

图6 PWM控制直流斩波电路输出波形

图7 PWM控制的直流-交流半桥逆变电路输出波形

图8 PWM控制的直流-交流全桥逆变电路输出波形

图7和图8是PWM控制的直流-交流半桥逆变电路和直流-交流全桥逆变电路输出波形，从两幅图中可以看出，输出波形基本一致，但是，全桥输出的谐波含量少于半桥的谐波含量，这与理论讨论的结论相一致。

4 结论

电力电子技术是一门多学科交叉的课程，并且在电学专业中具有重要地位，在有限课时内，清楚明了地讲授完该课程，提高教学质量、增强学生学习兴趣，是电力电子技术授课的主要目标。

论文从明确重点难点、改进课堂教学方法、增强学生动手能力及学习积极性等方面，对电力电子技术的教学方法进行探讨，达到提高电力电子技术教学质量的目的。

参考文献

[1] 于晶荣，吴伟标.“电力电子”课程教学改革与实践[J].课程教材改革，2012.237：61-62.

[2] 陶俊珍.“电力电子技术”教学内容更新例析[J].中国电力教育，2011.9：165-166.

[3] 蒋伟，莫岳平.“电力电子技术”课程教学模式研究[J].电气电子教学学报，2013.35（1）：44-46.

[4] 张波，丁金林.电力电子技术的教学体会与思考[J].科技信息，2008.19：268-269.

电路原理论文范文第7篇

实则在教学中常常是学生的弱点,在各种考试中通过对电阻的测量的考察也可以反映出学生对电学基本知识掌握的情况,另外命题者还在不断的推陈出新,用不同的形式对学生进行考察。下面我们就对初中测量电阻的几种常用方法进行一个简单的总结,希望对同学们能有所帮助。

一、初中最基本的测电阻的方法

(1)伏安法测电阻

伏安法测电阻就是用一个电压表和一个电流表来测待测电阻,因为电压表也叫伏特表物理论文,电流表也叫安培表,因此,用电压表和电流表测电阻的方法就叫伏安法测电阻。它的具体方法是:用电流表测量出通过待测电阻Rx的电流I,用电压表测出待测电阻Rx两端的电压U,则可以根据欧姆定律的变形公式R=U/I求出待测电阻的阻值RX。最简单的伏安法测电阻电路设计如图1所示,

用图1的方法虽然简单,也能测出电阻,但是由于只能测一次,因此实验误差较大,为了使测量更准确,实验时我们可以把图1进行改进,在电路中加入滑动变阻器,增加滑动变阻器的目的是用滑动变阻器来调节待测电阻两端的电压,这样我们就可以进行多次测量求出平均值以减小实验误差,改进后的电路设计如图2所示。伏安法测电阻所遵循的测量原理是欧姆定律,在试验中,滑动变阻器每改变一次位置,就要记一次对应的电压表和电流表的示数,计算一次待测电阻Rx的值。多次测量取平均值,一般测三次。

(2)伏阻法测电阻

伏阻法测电阻是指用电压表和已知电阻R0测未知电阻Rx的方法。其原理是欧姆定律和串联电路中的电流关系,如图3就是伏欧法测电阻的电路图,在图3中,先把电压表并联接在已知电阻R0的两端,记下此时电压表的示数U1;然后再把电压表并联接在未知电阻Rx的两端,记下此时电压表的示数U2。根据串联电路中电流处处相等以及欧姆定律的知识有:

I1=I2

即:U1/R0=U2/RX

所以:

另外,如果将单刀双掷开关引入试题,伏阻法测电阻的电路还有图4、图5的接法,和图3比较,图4、图5的电路设计操作简单物理论文,比如,我们可以采用如图5的电路图。当开关掷向1时,电压表测量的是R0两端的电压U0;当开关掷向2时,电压表测量的是RX两端的电压Ux。故有:。同学们可以试一试按图4计算出Rx的值。

(3)安阻法测电阻

安阻法测电阻是指用电流表和已知电阻R0测未知电阻Rx的方法。其原理是欧姆定律和并联电路中的电压关系,如图6是安阻法测电阻的电路图,在图6中,我们先把电流表跟已知电阻R0串联,测出通过R0的电流I1;然后再把电流表跟未知电阻Rx串联,测出通过Rx的电流I2。然后根据并联电路中各支路两端的电压相等以及欧姆定律的知识有:

U0=UX

即:I1R0=I2RX

所以:

显然,如果按图6的方法试验,我们就需要采用两次接线,可能有的同学怕多次拆连麻烦的话,那我们还可以将单刀双掷开关引入电路图,这时我们可以采用如图7的电路设计。当开关掷向1时,电压表测量的是R0两端的电流I0;当开关掷向2时,电压表测量的是RX两端的电流Ix。通过计算就有:。

以上三种测电阻的方法是最简单的测电阻方法,也是必须掌握的方法,大家会吗,除此以外,还有常用的易于学生理解的测电阻的常用方法吗?当然还有:

二、特殊方法测电阻

(1)用电压表和滑动变阻器测量待测电阻的阻值

或者

用电压表和滑动变阻器测量待测电阻的阻值,我们也可以采取以下方法:

1.如图8所示,当滑动变阻器的滑片滑至b端时,用电压表测量出Rx两端的电压Ux,当滑动变阻器的滑片滑至a端时,用电压表测量出电源的电压U,根据串联电路的电流关系以及分压原理我们可以得到:。

2.如图9所示,当滑动变阻器的滑片滑至b端时,用电压表测量出电源的电压U,当滑动变阻器的滑片滑至a端时物理论文,用电压表测量出Rx两端的电压Ux,根据串联电路的电流关系以及分压原理我们可以得到:

(2)用电流表和滑动变阻器测量待测电阻的阻值

如图10所示,当滑动变阻器的滑片滑至b端时,用电流表测量出Rx和R滑串联时的电流I1,当滑动变阻器的滑片滑至a端时,用电流表测量出Rx单独接入电路时的电流I2,因为电源电压不变,可以得到:,故有:。

(3)用等效法测量电阻

如图11所示电路就是用等效法测量电阻的一种实验电路。其中Rx是待测电阻,R是电阻箱(其最大电阻值大于Rx)。其实验步骤简单操作如下:

把开关S闭向2,读出电流表的数值I,再把S闭向1,调节电阻箱,使电流表的读数仍为I不变,则读出电阻箱的数值,即为待测电阻Rx的值。

电路原理论文范文第8篇

关键词：铁路信号；模拟试验

Keywords： railway signal；simulation test

Abstract： Railway signal engineering simulation experiment has a series of advantages ，such as simple principle， easy implementation， reliable operation， and many other advantages. This paper on the basis of theoretical analysis of railway signal combined with the engineering practice to get correct data ， through calculation model and a series of engineering test.This paper effectively solves the problem of railway signal interlocking test， which can be widely used in railway signal conduction of engineering experiment.

中图分类号：X731 文献标识码： A

1.引言

我国铁路以提速为载体，以技术创新为依托，推动了铁路信号的技术改造与升级，广泛采用计算机技术，促进了铁路信号向数字化、网络化、集成化、智能化、综合化方向的发展。而铁路信号在铁路运输中起着相当于人“眼睛”的作用，对提高铁路运输效率、运输速度、保证行车安全都起着至关重要的作用。轨道电路、道岔、信号机是组成铁路信号的“三大块”，本论文将围绕着这三项内容，在设备安装完毕进入调试试验阶段展开讨论，建立模拟试验的模型，以解决模拟实验的有关难题，探讨出一条可行之路。

2.轨道电路模拟试验模型

轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，两端加以绝缘，接上送电和受电设备构成的电路。当轨道电路内钢轨完整，且没有列车占用时，轨道继电器吸起，表示轨道电路空闲。轨道电路被列车占用时，它被列车轮对分路，轮对电阻远小于轨道继电器线圈电阻，流经轨道继电器的电流大大减小，轨道继电器落下，表示轨道电路占用。

根据轨道电路的原理，轨道电路模拟试验可分为室内部分和室外部分。在实际操作过程中，室外部分可以通过分线柜单独对室外电缆进行导通，也可以单独送电进行试验。对室内电路进行模拟试验，第一步是先模拟室外回室内的轨道电压，在分线柜侧对轨道电路进行送电，以检查轨道继电器是否能正常励磁。继电器试验完毕后，在室内分线柜上将所有轨道电路的回线（H）封连，引出一条电源线；将轨道电路的去线单独引出至模拟盘钮子开关的中接点，模拟盘所有钮子开关的前接点封连后引出一条电源线，两条电源线引至轨道电源变压器的二次侧。当扳动妞子开关时，轨道电路的通路就实现了闭合或者断开，实现了对室外轨道电路列车分路的模拟。

图1轨道电路模拟试验模型

3.道岔电路模拟试验模型

目前我国的道岔转折设备主要分为：直流电动转辙机（四线制或六线制）以及交流电动转辙机（S700K五线制）。道岔电路的动作原理是：通过定反操继电器来控制1DQJ和2QDJ吸起和落下状态，通过1DQJ和2QDJ吸起和落下来控制动作电流的流向，从而控制室外的电动转辙机转动，以达到转换道岔的目的。表示电路是通过1DQJ和2QDJ吸起和落下和室外电动转辙机内部节点的闭合位置来控制交流表示电源的流向，通过二极管整流后达到让室内表示继电器励磁的目的，从而反映道岔是在定位还是在反位位置。下面以直流道岔为例，探讨道岔模拟试验模型。

由动作电路原理可知：当道岔向反位动作时，电路中X2、X4通过直流电流；当道岔向定位动作时，电路中X1、X4通过直流电流，负载为室外电机中的定子线圈，通过的电流不大于3A，因此可以通过在X2、X4或者在X1、X4的分线盘位置加载的方式来达到模拟室外电机的目的，我们选用220V/200W的白炽灯泡作为负载。

由表示电路原理可知：当道岔在定位位置时，电路中X1、X3通过交流电流；当道岔在反位位置时，电路中X2、X3通过交流电流，负载为室内表示继电器线圈，是通过电机内部的整流二极管整流，室内的表示继电器励磁的。因此可以通过在分线柜位置的X1、X3和X2、X3上并联二极管就可以实现对表示电流的整流，达到模拟室外电机内部二极管的作用。

图2 道岔模拟试验模型

交流道岔的动作电路/表示电路原理跟直流道岔相近，只是动作线和表示线的配置与直流道岔不同，我们可以使用相同的方法来建立模拟试验模型。

4.信号机点灯电路的模拟模型

信号机点灯电路由室内电路和室外电路两部分组成，室内电路通过信号继电器（XJ）的节点来控制点灯。信号点灯电源XJZ220、XJF220经过熔断器（RD）、信号隔离变压器（GLB）还有灯丝继电器（DJ）将电源送至分线柜端子。然后经过室外分线盒送至室外点灯变压器，从而点亮信号灯光。根据实际电路的原理可以做出如下模型（以调车信号机点灯电路为例）：

根据点灯电路原理，将室内外点灯电路分开试验。试验室外点灯电路时，首先导通电路的通路，然后在分线柜点灯端子上单独送出220V点灯电源，以检查室外点灯电路的准确性。室内点灯电路的模拟试验模型当中通过在分线柜位置加入两只220V、60W的白炽灯泡，来模拟室外的信号机的点灯，从而检查室内点灯电路的正确性。

图3 信号模拟试验模型

第一个模型检查了点灯电路的正确性，但是在实际操作中，因为信号机数量较多，我们不可能在分线柜位置每架信号机都挂满灯泡，所以，我们通过建立以上这个模型来解决。在上述模型中我们将信号点灯220V电源加入信号变压器进行变压（变比20：1，可以用几个功率较大的普通轨道变压器实现），将高电压降至低电压（10V左右），然后将信号隔离变压器的一次侧跟二次侧进行封连（封线L、N），拔掉信号隔离变压器，将分线柜点灯线端子进行封连（封线J、K），这样就能保证灯丝监督继电器（DJ）励磁吸起了，从而模拟出来信号点灯电路的工作状态。

5.结论

我们在实际工程中通过几个车站对建立的模型进行了测试试验，在试验过程中我们也发现了一些问题，比如模拟道岔转辙机负载的白炽灯泡功率过小，一开始选用的60W，导致启动电路的1DDQJ不能保持较长时间励磁状态，致使2DDQJ不能转极，随后我们将白炽灯泡更换为220V/200W，这个问题得到了圆满的解决。另外信号机点灯用的白炽灯泡一开始使用的25W的，导致点灯回路电流过小，致使灯丝监督继电器（DJ）不能吸起，后来经过我们更换为40W的灯泡后，问题也得到了相应的解决。

经过一系列的测试试验，我们的模拟实验的方法由于具有简单、易操作、成本低、适用范围广泛、效果好等优点，在信号既有电化改造工程中得到了广泛的应用，比如：京沪电化济南枢纽、徐州枢纽工程，陇海电化徐连段等，得到了现场使用单位的好评。

参考文献

[1]安伟光等.车站信号工程施工.北京：中国铁道出版社，2010.

[2]林瑜筠等.电气化铁路信号设备.中国铁道出版社，2006.

电路原理论文范文第9篇

论文摘要：在rc电路中，当电容两端有电压时，关闭开关，通过计算机观察电流通过电阻，在rc电路中电压随时间的变化规律与理论情况比较。实验以rc电路为基础，通过声卡使计算机与实验结合，用cool edit软件进行录音，最后通过数学软件matlab对图形进行分析，将理论计算值与实际测量值进行比较，结果证实了rc放电的电压随时间的变化趋势。

1引言

本论文主要证明在rc电路放电时电压随时间的变化关系实验.

在rc电路中，当电容两端有电压时，关闭开关，电流通过电阻，此时电路中电压随时间的变化成何种规律。作者在一本教科书中发现前人已经得出结论，电压与时间的关系式是.作者通过实验测量出5个时间点的电压值与在相同时间点的理论值相比较，看两者是否接近或相等。

2 设计原理及方法：

2.1 rc电路放电原理：

电路的过渡过程是指从一种稳定状态转到另一种稳定状态所经历的变化过程，其变化十分短暂而且是单次变化过程。对时间常数τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。对时间常数τ较小的电路，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用ne555方波发生电路输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，就可以观测电路的过渡过程.

在阶跃信号下，rc-阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ.

2.2 时间常数τ的测定方法：

⑴ 根据-阶微分方程的求解得知

（1）

方程⑴为电容放电过程方程，其中u是放电前电容两端的电压.

当t=τ时，u0＝0.368u.此时所对应的时间就等于τ。其零输入响应的波形如图1测试电路如图2⑴所示.

⑵ 由零状态响应波形增长到0.632u所对应的时间就等于τ。其测试电路及波形如图2⑵和图3所示.

⑶ 微分电路和积分电路是rc一阶电路中较典型的应用电路，它对电路时间常数τ和输入信号的周期t有着特定的要求.?

rc串联电路，如果满足τ＝rc<<t/2（t为方波脉冲中的重复周期），且由r端作为响应输出，这就成了一个微分电路.

（2）

由式（2）可知：电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比，电路如图4⑴.?

将图4⑴中的r与c位置调换一下，即由c端作为响应输出，且当电路参数的选择满足τ＝rc>>t/2条件时，则称为积分电路.

（3）

由式(3)可知：电路的输出电压与输入电压的积分成正比，电路如图4⑵.

2.3 实验仪器与软件介绍

声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波／数字信号相互转换的一种硬件.在一块声卡上有晶振，ad/da转换芯片和数字处理芯片及其他辅助电路.因此，它可以作为数据采集卡使用，不过被采集号的频率被限制在音频范围之内.设定了采集频率，采样位数，缓冲区大小之后，再利用声卡的dma方式进行数据采集工作。利用labwindows/cvi环境下，借助硬件驱动程序对声卡的采集频率，采样位数，缓冲区大小等分别进行控制，根据用户的需要调整波形显示，进行波形分析，从而构成功能强大的虚拟存储示波器.

cool edit软件与外电路是通过声卡的连接,当外电路的开关关闭再打开,在cool edit软件的界面会显示出电压与时间的关系图形.将图形剪切下来,与.mav的文件形式储存起来.

matlab是数学软件,主要用于对图象的研究,精确度较高.

2.4 实验设计方法

（1）设置声卡

① 打开声音高级控制.

图5

② 选择录音属性，打开录音音量控制面板，将输入方式选成line。

③ 关闭不必要的声音特效，以免左右声道互相干扰。

④ 如果无信号时背景噪声较大，可以尝试将一些选项静音，特别是cd音频。

⑤ 调整输入和输出的平衡，可借助示波器部分和信号发生器部分实现。

这时信号是从line in 口输入的.在输出音频信号时,输入口是没有信号的.

如果使用其他声卡,可参照以上步骤设置.注意使用万能声卡驱动程序或自带驱动程序,不要使用windows带的驱动程序.如果仍无法正确工作,可换一个驱动程序试试.可能出现的情况:

a 声卡上没有line in口,只有mic口,在一些廉价主板集成的声卡上会有这种情况,因为mic口通常是声道,也就是示波器只能单踪工作.

b 打开信号发生器,示波器上同时显示波形,这是输出反馈到输入端造成的,可修改各项设置.

(2) 在实验线路板上选取r=5kω,c=10μf组成如图2所示的rc充放电电路.ne555信号发生器输出的方波信号电压u=1.5v,频率f=1khz,将自制电缆线φ3.5立体声插头插入声卡的line in,另一边接到实验线路板上的激励端口所在位置.

(3) 在虚拟示波器上观察激励与响应的变化规律,来测时间常数τ,通过调整虚拟示波器界面上的增益、时基和网格按钮,可清晰地观测rc的响应曲线,并可计算出时间常数τ.对于r=5kω,c=10μf的rc响应曲线如图6所示.

图6

(4) 适当地改变电容或电阻值,观察波形变化情况,记录观察到的现象.

①选取r=10kω,c=10μf,观察并绘制响应的波形,继续增大c之值,定性地观察响应的影响.

②选取r=15kω,c=20μf,组成如图4(1)所示的微分电路,在同样的方波激励信号作用下,观测并绘制激励与响应的波形.

3 数据分析电压时间

实验所测得电压随时间变化曲线如图7

4 实验结果分析

①通过计算在相同时间点电压理论计算值与电压实际测量的结果的比例进行比较,我们可以发现相同时间的电压比值几乎相等,作者在通过改变r与c的值发现相似的结论,由此可以证实前人研究.

②本实验精确度较高,但难免有误差的出现,首先在截图时,很难从电压最大值开始截取;其次在用matlab对图形进行处理时,很难在特定时间内找到所对应的电压值点,作者因此选取在此附近的点,由此产生的误差可达到万分之一.而且用声卡测试仪器时,难免有噪音的的影响.

③声卡测试仪器的优点:可以将电路与计算机连接在一起,并截取录音,传送给计算机处理.

声卡测试仪器的局限性:容易受外界环境及本身其他的功能影响.

5 结束语

本实验室属于计算机应用实验，难度较高。实验要求会使用cool edit pro 2.0，matlab6.1等软件,熟悉声卡的原理，计算机基本知识及物理原理等等.在此应该特别感谢鲁晓东老师,胡依杰同学及费芬同学对我的帮助,他们帮助我找到很多关于这方面的资料.在此次实验中证实前人已经得出的rc电路放电电压变化规律，即电压与时间的关系式结论.

参考文献

[1]杨述武，赵立竹，沈国土。普通物理实验4综合及设计部分（第四版）。北京：高等教育出版社，2007.

电路原理论文范文第10篇

关键词： Proteus 电路原理 研究式教学模式

高校的主要任务就是培养具有创新精神和实践能力的人才，“电路原理”课程建设的重点就是培养学生的创新意识、创新能力和实践能力，为此我们采用了研究式教学模式[1]-[2]。教师必须创设类似科学研究和生产现场的情境。Proteus仿真软件功能强大，集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，是创设这一情境的最有效工具[3]-[4]。本文将仿真软件Proteus应用到“电路原理”的研究式教学实践中，取得了良好的教学效果。

1.创设情境，提出问题

以前许多教师在开展应用Multisim的教学实践时，学生虽然用到了仿真软件，但是没有真正开动脑筋成为学习的主体。研究性教学的基础是构建情境，即设置更贴近实际生产岗位技能、贴近实际产品的项目[5]。研究性教学要求学生以探究的方式学习知识，教师以探究的方式组织传授知识。因此，教师应在基于Proteus构建一定电路情境后，提出问题，引导学生进行思考，由学生得出结论。

例如，在“一阶RC电路”的教学中，为了研究其积分特性和微分特性，应用Proteus创建了积分电路如图1所示。电路中输入方波信号的有效值为1V，频率为10Hz，脉冲宽度t=50mS。在图表模式下添加输入电压探针和电容电压输出探针得到积分电路曲线图2。研究性教学在通过仿真软件展示结果的同时还有更高的要求。例如，可以向学生提出：改变电路中电阻、电容、输入信号频率的大小，输出波形会如何变化？该电路还具有积分作用吗？积分电路的条件是什么？我们可以按表1改变电路元器件参数、输入信号频率，重新观察两种情况波形如图3和4所示。为什么会得到这样的结论？它的理论依据是什么？这时，可以采用理论计算分析图1所示电路，在输入信号的正半周，电容电压相当于零状态响应；在输入信号的负半周，电容电压相当于零输入响应，只要满足时间常数远大于输入方波信号脉冲宽度，电容充放电曲线近似为直线，该电路完成了积分功能；而当时间常数小于输入方波信号脉冲宽度，电容迅速完成充放电后保持稳态值不变，直到输入信号改变状态。在该例子中，我们还可以向学生提问：当以电阻电压做输出时，情况又如何呢？这时我们可以鼓励学生设计如图5所示微分电路实验，再改变电路参数，根据图6所示仿真结果进行分析。为什么会得到这样的结论？我们采用如前所述那样理论计算分析图5所示电路。

2.分组探究，归纳总结

研究性教学的问题经常自发地产生于学生中间。我们对于上例中RC电路输入正弦信号，电路的功能则可能要发生变化。为了节省学时，可以将学生分成若干组进行讨论，并各自、结合分析结果直至归纳总结。

例如，对于图7所示的以电容电压为输出信号的RC电路和图11所示的以电阻电压为输出信号的RC电路分别输入频率为5、20、50Hz的正弦信号，我们可以将全班同学分成两大组，每大组分成三小组，进行电路绘制仿真。各小组同学结合起来分别对仿真结果进行分析，然后两大组同学再进行对比分析，归纳出两种情况下电路功能特点。

3.一问三步教学方案

针对我校电路原理课程教学学时逐年减少的现状，我们采用一个问题三步走的方案。对于课堂上不能实施的研究性题目，教师提前布置大作业，安排学生课前完成仿真实验，课堂上进行演示，教师应启发他们思考问题，对仿真结果进行分析讨论，然后从理论上讲解该结果产生的原因。课后教师组织他们撰写小论文，阐述其原理、功能、应用。通过大作业和小论文等多种形式的教学方法，培养学生的自主学习能力、实践能力和创新精神，以适应当前经济社会发展对高素质人才的需求。

4.结语

本文介绍了应用Proteus进行“电路原理”研究式教学的实践过程。在实践教学过程中，教师提出问题，引导学生进行仿真实验、分析仿真结果，起到了主导作用；学生在教师的引导下自主学习和探究。通过这样的实践环节提高了学生的积极性，培养了创新能力，收到了很好的教学效果，探索了一条以学生主动和创造性学习为灵魂的本科教学模式。

参考文献：

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