单元电路论文范文

单元电路论文篇1

关键词：课程设计；彩灯循环显示电路；学生学习

数字电子技术是我校电子信息工程专业的基础课，其目标是培养学生具备一定的电子技术理论基础、一定的创新意识、一定的解决实际问题的能力，促使学生了解本专业的应用发展方向，并为学习后续课程和从事电子信息工程工作打下一定的基础。

福建江夏学院是2010年由福建省政府组建的一所旨在培养复合性创新陛应用型各类高素质专门人才的应用型本科大学。数字电子技术课程应满足学校、学科建设的高要求，充分地激发学生对于这门课程的学习兴趣，提高学生学习的主动性和积极性。

课程设计作为学生学习的一个重要的实践环节，要求学生自己设计和搭建一个实用电子产品雏形。常言说得好，“说一百遍，不如做一遍”，学生通过思考、查阅资料、讨论等方式寻求解决问题的方案，对相关知识点有更加深入的理解，提升学生的成就感，增强自信心，提高学习主动性，从而形成良性循环。本文以“彩灯循环显示电路”中“数字电子技术”的课程设计为例，从几个方面浅析了课程设计对于激发学生学习热情、促进学生学习所起到的良性作用。下面，笔者将从设计的相关环节来具体阐述。

一、分析设计任务和性能指标

本课程设计的题目是“彩灯循环显示电路”，学生在拿到设计题目后，首先要根据相关材料分析设计任务，掌握相关原理图，解析其基本构造和功能，将总电路原理图拆分成以下三个单元电路：矩形方波产生的频率、10个彩灯的循环点亮和七段数码管上显示彩灯的循环次数。

学生要做到对设计功能的完美解析、原理图清楚识读，要掌握“数字电子技术”课程中所学的相关基本理论和基本方法，清楚所涉及的各个芯片的功能、参数，及其涉及典型功能模块的搭建，进而要了解单元电路功能模块的构建，了解单元电路中各个部件元件的作用，清楚整体设计所要达到的性能指标，乃至有效扩展至一些特定微型数字系统。

在这部分，学生既要巩固课堂理论知识，又要加强对实际电路的认识、解析能力。

二、元器件的选择

对课程设计题目完美解析之后，接下来就涉及合适的元器件的选取。在搭建单元电路时，对于特定功能单元需要选择主要的集成块。比如时钟电路选555，计数/译码器4017，计数器4518，译码4511及显示驱动电路也都相对固定，但存在电路特定功能要求不同，需要适当元件参数匹配集成块，例如，10个彩灯循环点亮的完美显现，对方波频率的选择就有所要求，学生在利用555触发器构成脉冲方波时，必须考虑到影响时间常数的RC元件参数的选择。

同样构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性等参数很重要。普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。

在这部分，学生在进行元件的选择的同时，不仅要掌握所用仪器设备的使用介绍，了解实验过程中的注意事项，还要掌握从电路的整体布局到一个个小的元件的清楚认识。

三、设计总体电路图

任何一种逻辑功能都可以设计出一种相应的逻辑电路。根据需要设计出符合要求的逻辑电路，合适的计算机辅助软件给我们的电路设计提供了极大的便利。

1.仿真软件

该设计要求学生掌握两种仿真软件Multisium和Proteus，并结合所给的设计题目，绘制电路原理图，进行模拟仿真测试。学生在操作过程中掌握以下三个方面知识点：

（1）熟悉Multisium和Proteus软件操作界面，了解选取元器件时所需要注意的一些注意事项。

（2）调整电路图中元器件布局，调试电路板，故障排查。数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了设计内容的成败，结合整体实现功能，要求每一个单元电路都须经过调整，确保各单元之间满足驱动电平匹配和电流匹配，合理布局。

仿真是整个设计成功关键的一步，学生做好仿真电路的连接，之后的焊接电路就会显得相对轻松、驾轻就熟。电路仿真软件为学生之后从事电路设计、模拟仿真等打下基础。

对于仿真软件，老师只是起到简单领进门的作用，需要学生自身去拓展学习，这里有个需要重视的地方，相较于私下自学，集中学习、互帮互助成效非常明显。

2.电路原理图印制板设计功能

课程设计要求学生掌握Protel 99SE软件的原理图设计、PCB设计、自动布线器这几个功能，学生通过该软件的学习，可以强化计算机模拟和具体元器件的封装工艺，统筹各个单元电路的布局。

学生弄好印制板，在其上焊接电路，这在很大程度上接近实际的电路板的制作工艺，学生在此可以得到理论和实际明显的结合，贴近工艺、贴近工厂，提高了兴趣，极大调动了学生的主动性。

四、焊接、搭建电子产品雏形

完成了前面三步之后，学生就进入电子产品的搭建环节，而要进行完美的电路搭建，首先要求学生掌握一些基本的知识、动手能力：了解万用表、示波器、稳压电源等常用电工电子仪器、仪表的使用；熟悉电阻、电容、电感、二极管、三极管、变压器、集成电路等的外形结构；熟悉机械开关、继电器、接插件、熔断器、电声器件的外形和标志方法；熟悉各种常用线材的外形与结构；电烙铁的使用方法和使用技巧、焊接注意事项等。

学生有了如上所示的准备就可以开始在万用板上焊接电路，按照前面电路图仿真，将电路图复制到万用板上，而这也是本设计最锻炼学生的时候，不仅要具备过硬的焊接技术，还需具有较强解决实际问题的能力，前者直接影响了最后电子产品的工艺水平、美观程度，而后者则会关系到焊接的电子产品能否实现我们所要的设计结果。

五、书写综合设计实验报告

学生在完成全部仿真、电路模型搭建之后所作的综合书面报告，是学生对整个课题设计的思考和总结，是对课题设计的再认识、知识升华的过程。

书写实验报告，使学生的学习方式由被动学习转变为主动学习，书写实验报告时，力求完整、完美地表达自己的学习过程，以及自己对本设计的思考、体会，这能极大地调动学生的主动|生，使其认知自己，展现自己。

单元电路论文篇2

关键词：动态电路；MATLAB；Simulink

中图分类号：TP319 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10786-02

1 引言

动态电路的一个特征是当电路的结构或元件的参数发生变化时，例如电路中的电源或无源元件的断开或接入，信号的突然注入等。可能使电路改变原来的工作状态，转变到另一个工作状态，这种转变往往需要一个过程，在工程上称为过渡过程。本文以动态电路理论中一阶动态电路用三要素的方法分析计算、二阶以及二阶以上的动态电路用拉普拉斯变换分析求解为例，讨论了如何分别运用MATLAB语言编程、Simulink模块、电力系统仿真模块集SimPowerSystems的方法来对电路进行仿真分析和计算。同时MATLAB还具有强大的绘图功能，能方便地绘制二维、三维图形和相量图。特别是对于动态过程，通过用图形来显示会更加直观，对于动态过程中某时刻的情况可以有一个定量的认识，且对工程上解决系统处在动态阶段的问题，有一定的指导意义。

2 典型一阶动态电路的分析计算

一阶电路是指可以用一阶微分方程描述的电路，主要是RC电路和RL 电路。运用经典的三要素法用MATLAB语言对其编程，程序容易理解并且可以很快的得到一阶电路的过渡过程。

应用MATLAB 语言编程如下：

例2[2]：图3 所示的一阶电路中，已知R=1Ω，L=1H， us2=5V，us1=Us1mcos(wt)V，其中，Us1m =4V，w=2rad/s，当t=0时开关S由位置1合向位置2。试求：电感电流的全响应，并画出波形。

应用MATLAB 语言编程如下：

程序运行结果见图4所示：

对于一阶电路用三要素法利用MATLAB 语言编程和电路的基本知识可以简单的得到过渡过程，且MATLAB语言比较容易理解，运用MATLAB的画图工具可以把过渡过程反映的很清楚。

3 典型高阶动态电路的分析仿真

在动态电路理论中，二阶也可以用三要素法来求解，但是应用MATLAB的语言编程过于复杂。我们可以应用simulink来进行分析仿真，它的优势是利用基于Windows的模型化图形输入简化编程。另MATLAB还有一个基于Simulink的电力系统仿真模块集SimPowerSystems，这是一个非常好的电路仿真软件，简单易学，不需要自己编程，非常适合于对电路进行计算机动态仿真分析。

运用MATLAB有三种方法可解答此题。

方法一：根据电路理论立微分方程：

由该系统的数学描述可得系统仿真模型如图6所示。

按照上图设置好各模块的参数，然后在MATLAB命令窗口输入以下赋值语句：R=2; L=0.5; C=1.5，进行仿真后在MATLAB命令窗口中给出绘图命令

>>plot(tout,yout),grid ,xlabel('t/s'),ylabel('ut/V') 就可以作出单位阶跃响应的曲线。

方法二：根据拉普拉斯变换分析并仿真

由运算电路可解出该题的单位阶跃响应：

使用Transfer Fcn构建的系统仿真模型如图8。

设置好参数，输入命令仿真后在双击Scope模块，在Scope窗口中的曲线和刚才的一样。

方法三：利用SimPowerSystems模块，将所需的电路元件复制到模型编辑窗口中。并对这些元件赋值连接。仿真框图如图9。

用电力系统工具箱中提供的power2sys('sys', 'ss')函数可以提取出从给定电源到输出端子的状态方程模型，即由电路图模型向状态方程模型转换，根据状态方程模型就可以对整个电路进行频域分析，再由tf()还可以得出系统的传递函数模型。

下面的MATLAB语句可以容易地得出系统的阶跃响应解析式：

该解所表示的数学式子是：

Simulink模块以及电力系统仿真模块集SimPowerSystems对电路进行仿真分析和计算非常方便。选择所需元件拷贝到用户窗口，设置其参数即可获得所需模块，只须鼠标的拖动、设定元件的参数和连线操作，即可进行仿真，使用简单易学。对于动态电路的仿真分析，可以减少调试时间，再利用简单的MATLAB语言可容易的得到系统的传递函数和阶跃响应解析式。

4 结束语

本文通过动态电路理论中的例子介绍了如何应用MATLAB语言编程和Simulink仿真的方法来对复杂电路进行分析和计算。该方法不仅可以节约计算时间、方便地调试电路参数，而且还可以通过图形非常直观地观察到其响应的过渡过程。所以MATLAB在电路理论学科研究与工程实践中具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]邱关源．电路（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]陈晓平，李长杰.MATLAB及其在电路与控制理论中的应用[M].合肥：中国科技大学出版社，2004.

单元电路论文篇3

[关键词] 可控整流电路 电子设计自动化(EDA) MultiSim

当前,在电子技术课程教学中,大多数学校仍然是在课堂上先把知识点逐一讲述,然后再通过实验课中,在现成的试验箱上或者面包板上,通过元器件硬件连接测试,加深知识点的掌握。这种传统的教学方式不仅受实验室条件的限制,而且新器件、新设备价格昂贵,如果需要增加一些扩展型、设计型的实验时,学校更是无法承受。

随着计算机技术和电子设计自动化(EDA)技术的发展,出现了许多基于Windows的仿真工具,非常适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。这种新型的虚拟电子实验技术,可以直接在元器库中选择需要的元器件和测试仪器,搭建实际的电路,而且与实物外形相似,由于这些仿真工具中的测试仪器和元器件种类多、功能全,可以弥补弥补实验仪器、元器件的短缺及以及规格不符合要求等因素,还能利用软件中提供的各种分析方法,帮助学生更快、更好地掌握教学内容,加深对概念、原理的理解,并能熟悉常用的电工电子仪器的测量方法,进一步培养学生的综合能力和创新能力。

一、可控整流电路

整流电路(Rectifier)是电力电子技术中最为重要,也是应用得最为广泛的电路,不仅应用于一般工业,也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。

该部分课程的主要内容包括单相可控整流电路的工作原理、波形分析及计算,续流二极管的作用及有关波形分析。三相半波整流电路的波形分析及计算。三相全控桥的工作原理、波形分析及计算。整流变压器原、附边绕组电流有效值及容量计算。带平衡电抗器的双反星性大功率整流电路工作原理及波形分析。变压器漏抗对整流电路的影响。电路中谐波的产生、组成及抑制方法。整流电路的谐波和功率因数。整流电路的有源逆变工作原理及实施逆变的条件,逆变颠覆及防止措施。触发脉冲与主回路电压的同步,移相工作原理。

其中,重点掌握部分为单相可控整流电路的工作原理、波形分析及计算。三相半波整流电路的波形分析及计算。三相全控桥的工作原理、波形分析及计算。变压器漏抗对整流电路的影响。电路中谐波的产生、组成及抑制方法。整流电路的谐波和功率因数。整流电路的有源逆变工作原理及实施逆变的条件,逆变颠覆及防止措施。触发脉冲与主回路电压的同步,移相工作原理。

二、虚拟电子实验台MultiSim简介

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0。通过Multisim和虚拟仪器技术,电子学教育工作者可以完成理论的讲解、原理图的捕获与仿真以及测试的完整综合设计流程。

Multisim具有直观、方便的操作界面,屏幕左边为元器件和虚拟测试仪器,由于些器件、仪器构造和实际非常相似,使得学生们如同操作实际器件一样,方便构建电路;同时,Multisim拥有大量的元件数据库,特别是大量新增的与现实元件对应的元件模型,增强了仿真电路的实用性,而且还可以从生产厂商的产品使用手册中查找到想要的元器件参数,新建或扩充已经有的元件库; Multisim可以完成电路的瞬态分析和稳定分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。

三、用MultiSim进行虚拟实验的方法

笔者通过结合教学的实际需要,简要地介绍用该软件构造和测试电路的步骤:

1.从元件库选择元件放置到工作区;

2.将元件按照电路布局进行放置,设置元件参数,采用导线连接元器件;

3.在电路中需要观测的节点放置、连接电压、电流表计和示波器、信号发生器等观测仪器;

4.根据测试要求设定仪器参数,进行电路仿真、观测;

5.点击“运行”后,通过测试仪器,对输入信号进行分析,形成电路的数据值解,并将所得数据送至输出级,从测试仪器如示波器或万用表等上获得仿真运行的结果。

四、可控整流电路的仿真模型

可控整流电路的带纯电阻性负载情况比较复杂,在仿真模型的应用中先对相应的参数设置进行描述:①交流电压源参数U=100V,f=50Hz;②晶闸管参数Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Rs=10Ω,Cs=250e-6F;③负载参数R=10Ω,L=0H,C=inf;④脉冲发生器触发信号1、2的振幅为5V,周期为0.02s(即频率为50Hz),脉冲宽度为2。

将双踪通用示波器接入输入信号、输出信号端,相邻、相对两桥臂,测得整流桥的信号如图2所示,二极管桥式整流电路波形。该电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动电压的功能。对波形的进一步观察发现,二极管上承载电压的情况, V1、3管、V2、4管分别承受不同周期的反向电压,但管子承受的最大反向电压与电源最大反向电压相同。以上两点满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求,实现了二极管整流输出的最佳性能。

五、结论

笔者在对单相桥式可控整流电路理论分析的基础上,利用MATLAB面向对象的设计思想和自带的电力系统工具箱,建立了基于MATLAB/Simulink的单相桥式可控整流电路的仿真模型,并对其进行了对比分析研究。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性,可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的问题。工作者们可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真再现出来,并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性;真正地做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。

参考文献:

[1]唐益.Multisim软件电路设计与仿真分析[J].乐山师范学院学报,2002,(04).

[2]沙春芳.Multisim2001在电路仿真中的应用[J].现代电子技术,2001,(11).

[3]任斌.虚拟实验平台的辅助教学作用[A].全国高等学校电子技术研究会2008年年会论文集[C].2008.

[4]沈亦红.论物理虚拟实验与真实实验的互补作用[J].中国电化教育,2004,(07).

[5]龚秋声.龚氏桥全可控整流电路[J].洪都科技,2004,(04).

单元电路论文篇4

【关键词】模拟电路 故障诊断 估计法

模拟电路故障诊断是电路分析理论中的一个前沿领域。它既不同于电路分析，也不属于电路综合的范畴。模拟电路故障诊断所研究的内容是当电路的拓扑结构已知，并在一定的电路激励下知道一部分电路的响应，求电路的参数，他是近代电路理论中新兴的第三个分支。但由于模拟电路中未发生故障的正常元件存在容差，其参数并不恰好等于额定值，而有一定的分散性，这给电路分析带来一定的模糊性。而且模拟电路常含有非线性元件，他的性能不仅因本身故障而改变，而且其他元件故障引起他的工作点移动时，也将造成其性能变化。因此模拟电路故障诊断的理论还不是十分成熟。

模拟电路发生了故障，就不能达到设计时所规定的功能和指标，这种电路称为故障电路。故障诊断就是要对电路进行一定的测试，从测试结果分析出故障。一般来讲，模拟电路故障诊断的方法可以分为估计法，测试前模拟法和测试后模拟法三大类。本文将对其中的估计法展开讨论。

估计法是一种近似法，这类方法一般只需较少的测量数据，采用一定的估计技术，估计出最可能发生故障的元件。这类方法又可分为确定法和概率法。确定法依据被测电路或系统的解析关系来判断最可能的故障元件，概率法是依据统计学原理决定电路或系统中各元件发生故障的概率，从而判断出最可能的故障元件。本文重点介绍确定法中的最小平方判据法。 最小平方判据法又分为结合判据法和迭代法。

1. 结合判据法：

设模拟电路含有m个不同的参数，对电路进行测量，得到m个不同的特性测量值，且m<n。令xi (i=1,2,3,4……n)表示参数值，yj(j=1,2 3…,m)表示特性计算值，因为如果电路的拓扑结构已知，则参数和特性之间存在一个确定的解析关系，所以y&not;j=fj(x1,x2,….xn)。特性参数的测量值用gj(j=1,2,3…,m);如果实际所用的各参数值为实际值，同时测量不存在误差，则gj=yj, 即特性偏差为零，其中yj是在参数为额定值x10,x20,…,xn0时计算出来的。如果特性的测量值与计算值相等，说明电路没有发生故障，处于正常工作状态。

如果电路中第i个元件发生故障，其参数为xi ,其余各元件的参数都为额定值，那么任意一个点的测试值都可以表示为xi 的函数：

yj=fj(xi)=fj(x10,x20,…,xi,…xn0) j=1,2 3….m

其中，xi 为参数矢量，其中除第i 个分量为xi 外其余各分量为参数的额定值。于是有 ：

j=1,2,3,…,m (1.1)

对每一个参数都引入一个物理量s，s为特性偏差的平方和，于是对于参数i有：

i= 1,2,3…,n (1.2)

当xi 变动时，s也随之而改变。如果电路中只存在单故障，那么当xi等于故障参数的实际值时，特性值的测量值与计算值十分接近，特性偏差接近与零。此时表征特性偏差平方和的物理量si将最小。因此我们可以将si作为故障诊断的一种判据，我们将si的最小值定义为结合参数i的灵敏度因子。

如果电路中发生的单故障是偏离其额定值不大的软故障，特性值yi的计算值可以展开成泰勒级数：

(1.3)

式中额定参数矢量x0=[x10,x20…,xn0]’;参数增量矢量 ， 为泰勒级数中大于一阶的高阶项，若电路中发生的是软故障，此项可以忽略不计。 ?xi=xi0 (i=1,2,3…n)，为特性j对特性i 的灵敏度。发生单故障时，只有 不等于零，所以

(1.4)

代入(1.2)式可得：

(1.5)

令 求得：

(1.6)

于是可以求出结合参数i的灵敏度因子

(1.7)

测试前可先根据电路的额定参数计算出各灵敏度aji及各特性值的计算值yj0，测试后可以得到各特性的测量值gj,由上式可以直接求出灵敏度因子，从而确定故障发生点。

由前面的讨论我们可以总结出采用结合判据法进行故障诊断的具体步骤如下:

（1）先进行测试，从可及节点得到m个特性测量值。

（2）求得结合参数xi 的灵敏度因子，即si 的最小值，作为故障诊断的判据。

（3）在n个参数的灵敏度因子都求得之后，其中最小的灵敏度因子所对应的参数是最有可能发生了故障的参数。

结合判据法简单易行，所需的测量数据少，但是由于各元件的参数都存在一定的容差，各特性在测量时也存在一定的误差，这些都会影响判断的真实性。另外，从前面的分析我们可以看出这种方法只适合于参数变化不大的单、软故障的定位，而不适用于多故障的定位。

2. 迭代法

我们在最小判据法的基础上进一步引申，找一个类似于灵敏度因子的判据，并计算使这个判据达到最小时的各个参数的值，即各个参数的实际值，然后与额定值进行比较，从而确定故障点，这样就可以用于多故障的定位。这就是迭代法的基本思路。

与结合判据法不同的是，迭代法对所有的参数都共用一个判据。令

(2.1)

其中， 为特性测量值gj的方差。将yj=fj(x)在x0处按泰勒级数展开，如果 不大，可忽略高次项，得

(2.2)

代入式 (2.1),得：

(2.3)

当s达到最小值时所对应的x＝x0+ 即为各参数的估计值，如果某些元件的参数估计值超过其容差范围，则可能为故障元件。

式 (2.3)可以写成：

(2.4)

其中：

如果要求s的最小值，只需对式(2.4)求导，并令倒数为零，可得：

(2.5)

我们采用迭代法求解，首先设x的初值为x0,在x0处计算p,a,pa,

然后再由式(2.5)计算出 ，由式(2.4)计算出s,完成一个迭代过程。然后令x的新值为 ,在x1处计算p,a,pa, 及s的值，如此循环下去，直到第k次满足 时为止，此时对应的xk就是所要求的参数估计值。

由此可以看出迭代法与我们前面所讨论的结合判据相比，测量值数必须要大于或等于参数的个数，它考虑了测量误差。另外，它能够估计出各个元件的参数值，可以用于多故障诊断，但计算量大。

3. 总结：

本文主要介绍了模拟电路故障诊断方法中的估计法。这种方法只需要较少的测量数据，但诊断结果一般只是近似的。估计法中的大部分方法都适用于电路元件的故障定位，可用于诊断线性电路中的单个的软故障。其中很多方法还可用于多故障诊断，例如文中介绍的迭代法。

估计法只是一种比较传统的故障诊断方法，随着人们对这一领域研究的不断深入，已经出现了一些用于非线性模拟电路以及大规模网络的故障诊断方法，例如分解网络技术，人工智能技术等。故障诊断技术与计算机技术的结合也越来越密切，利用微型计算机和微处理器可使故障诊断更加快速可靠。

参考文献：

[1]王玲. 大规模模拟电路故障诊断理论与方法研究[d]. 湖南大学 , 2006, (04) . .

单元电路论文篇5

【关键词】Proteus软件 模拟电子 数字电子 单片机 辅助作用

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）25-0063-02

在现行的教学模式中，提高学生的动手能力、自主分析和创造能力越来越成为教学的主流。但是，面对一个全新的电路课题，学生充满了好奇，而枯燥的理论分析又使他们倍感乏味。Proteus软件的出现使教学更加直观，更有利于学生的理解，能充分调动学生的积极性，并且在模拟电子、数字电子和单片机教学中都起到了很好的辅助作用。

一 Proteus软件功能的介绍

Proteus软件是世界上著名的EDA工具，它从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。它是将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Proteus独一无二的仿真功能使其广泛应用于科研、教学、设计和研发中。

Proteus系统主要由ISISI电路设计与仿真平台、ProSPICE模数混合模拟式仿真器、VSM单片机/嵌入式系统协同仿真和ARES PCB设计系统等构成，基本结构体系如图1。其中在ISIS中主要进行原理图设计和原理图的调试，而在ARES中则进行PCB设计、3D模型预览和生成制板文件。Proteus软件仿真功能特性如下：

第一，Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千余种元器件，有30多个元件库。

第二，Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意地调用。

第三，除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

第四，Proteus可提供的调试手段多提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

二 Proteus软件在模拟电子教学中的应用

模拟电子技术是一门综合性强、实践性强、有一定难度的专业基础课。传统教学中存在的问题有：（1）理论教学内容抽象。一个简单三极管的工作特性就让学生不知所措，使其难以接受和理解，学习效率低；（2）面对一个复杂的放大电路，电流的流向、电压的变化以及元器件参数的选择等诸多问题，使教学越发显得枯燥，而学生就更无从下手，致使教学时间投入很多而得不到理想的效果；（3）穿插在教学过程中的实验，需要投入大量的实验装置，另外实验过程中的元件损耗、仪器仪表的不稳定性等诸多问题，很大程度上影响了学生做实验的积极性。

Proteus软件具有强大的电路仿真功能，能够通过探针对节点电压及支路电流进行实时的跟踪，另外，通过各种模拟功能的仪器仪表，对电路进行波形仿真。这增加了电路元器件参数改变的灵活性，很大程度上弥补了传统教学中理论分析的抽象性，以及元件参数的改变对电路功能影响的直观性。下面以单管放大电路为例进行讲述。

如图2为单管放大电路原理图。通过仿真图示仪绘制转移特性曲线，测量并能够计算静态工作点。将输入端对地短路，调节电位器RP2，使Vc=Ec/2（取6～7伏），得出测静态工作点VC、VE、VB及Vb1的数值。

按下式计算IB、IC，并记入表1中。

三 Proteus软件在数字电路教学中的应用

数字电路课程中很多电路的原理比较烦琐，并且也很抽象。所以在教学中可以根据具体的教学内容，采用Proteus软件进行辅助设计与仿真，使理论知识形象而生动，加强学生对知识的理解与掌握。

在数字电路中，最难理解的教学莫过于触发器电路。触发器电路相对于一般的电路增加了反馈电路，使得电路的分析、理解都变得较为困难。Proteus仿真软件的应用使触发器电路的分析变得简单，因为在Proteus仿真下，可以把触发器输入端每一时刻的信号变化对输出的影响都能直观地显示出来。

以基于Proteus软件的彩灯循环电路教学设计为例。在数字电路这门课程的教学实践中，彩灯循环电路是一个非常经典的电路可以帮助学生理解555时基电路、二进制集成计数器CD4040、74LS138译码电路等集成元件的功能。在实际过程中由于学生在连接实际元件电路时可能出现操作错误、损坏元件、增加教学成本。如果在教学中借助仿真软件Proteus软件来仿真该实验，发光二极管旁边的灯变绿表明该等点亮，执行仿真后，绿灯循环闪烁，效果非常明显。

在数字电路中任意进制计数器是教学的重点和难点，传统的教学只能利用板书进行分析，而Proteus的引入直观地把反馈复位、脉冲信号的上升沿和下降沿对计数的影响反映到电路图上，调动了学生学习的积极性，使课堂教学变得灵活而不再呆板。另外，学生在原有基础上可以灵活地进行拓展实验，改变进制并实时进行验证，针对同一项目有了更多的实现方法，提高了学习效率，并打破了传统实验室只能进行单一实验的局限性。

四 Proteus软件在单片机教学中的应用

单片机理论教学特点决定了该课程是一门实践性很强的课程，在教学过程中必须注重软件、硬件的统一。而传统的实验型教学都是在实验室中进行的，致使它往往受到诸如时间、空间和硬件资源等条件的制约，而导致老师教学无特色、学生学习无兴趣，教学效果始终不佳。基于这种情况，结合实际的教学经验，Proteus软件的出现很大程度上弥补了单片机教学中的不足。这种虚拟的实验环境克服了很多条件的限制，丰富了实践性教学的手段，有利于现代教学理念的更新。

以单片机控制交通灯电路为例。在以往的教学中，都是讲授完原理后，直接让学生进行电路元件的焊接和调试，但是硬件资源易损坏、成本高，还要投入大量的人力进行实物调试。在电路焊接完之后，还有可能出现单片机芯片AT89S51，还有二极管因为供电的原因而烧坏，这样就不得不重新领取元件进行焊接，这样既造成了材料的浪费，也造成了时间的浪费，影响了整个学习项目的进度。即使硬件电路没有问题，在软件的烧录过程中，调试需要一遍一遍地在单片机芯片中下载程序，这样大量的重复性过程，也会对学生学习的积极性和兴趣造成不利影响。而在Proteus软件仿真中，将硬件和软件有机结合，通过画原理图在虚拟的环境中进行调试，发现问题可以直接更换，大量地减少了材料和时间的损耗。还可以进行实际效果的演示，既可以直观的看见实际成果，也可以提高学生学习的兴趣。

五 结束语

单元电路论文篇6

【关键词】电力拖动；职业行动导向；综合职业能力

《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）是电工类专业学生必修的一门核心专业课。本教材与过去的教材相比最大的特点是新教材采用专业理论知识与技能训练一体化的模式，使教材内容更加符合学生的认知规律，保证了理论与实践的密切结合。教材重视实践能力的培养，突出了职业教育的特色。但是就教材内容的安排及教法本人根据教学实践谈几点个人的认识。

1 领会教学大纲精神、把握学科特点

要教好一门课，首先要领会教学大纲精神、把握学科特点。《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）是一门什么性质的课程呢？其教学目的又是什么呢？《电工类专业教学计划与教学大纲》明确给本课程作了界定，即本课程是职业学校电气维修专业的一门集专业理论与技能训练于一体的课程，其任务是使学生掌握与电力拖动有关的专业理论知识与操作技能，培养学生理论联系实际和分析解决一般技术问题的能力，达到国家规定的中级维修电工技术等级标准的要求。根据电力拖动课的性质和教学任务，我们就可以了解它的学科特点，即本课程是理论联系实际，坚持以能力为本位，重视实践能力的培养。课堂教学中，教师只要紧紧围绕学科特点和培养目标，通过一些能够引发学生积极参与的教学方法和手段，在教学过程中突出“职业行动导向”的理念，如加强直观教学、强化基本技能训练等实践性教学环节、密切联系生产实际、使理论教学与实践有机的结合起来，增强学生的理解能力，逐步把教学引向深入。

2 整合教学内容，精心设计课程讲授顺序

《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）课本在教学内容的编排顺序和编写体例上与其它课本大同小异。在教学内容顺序上都是先学第一单元常用低压电器；再学习第二单元电动机基本控制线路；第三单元常用生产机械的电气控制线路；第四单元电动机的自动调速系统。特点是先部分后整体，先基础后应用，符合教学常规。但长时间学习某一单元的内容，会使学生感到枯燥乏味从而产生厌学情绪，效率较低，效果不明显。等到学习下一单元内容的时候上一单元学过的内容又会遗忘。笔者在教学过程中根据大纲要求，学生在学完该课程后，应具备绘制、识读电路图，按电气图安装布线的能力，以及会拆装与维修常用电器的能力。根据这一要求，在不降低标准的情况下，我们对教材内容进行了合理的组织优化，第一单元常用低压电器与第二单元电动机基本控制线路内容的学习穿行，以第二单元内容的需求为基础，需要第一单元的哪些电器知识，我们就讲解哪些电器。例如，学习手动正转控制线路前，先学刀开关、铁壳开关和熔断器，接着就是学习如何识读绘制手动正转控制线路图和布线要求，紧接着就是安装与检修。而在学完按钮、接触器后，就可以紧接着实施点动正转控制线路的安装，所有课题的学习训练都诸如此类。

其实，当第二单元的内容三相异步电动机降压启动控制线路这个课题结束以后，学生就有能力学习第三单元的部分内容了，这时候我们又可以把第二单元与第三单元的内容穿行。在教学过程中我将第三单元的一些生产机械电路图分析给学生，向学生介绍各种图纸的特点和画法、使学生明白凡是比较复杂的机床或成套的生产机械的控制线路总是由一些基本控制线路组成的。因此掌握好基本控制线路、对掌握各种机床及机械设备的电气控制线路的运行和维修是非常重要的。如C5225车床控制电路图虽然复杂，但它也是由基本的控制线路组成的，例如它包含有自锁连续起动、正反转和Y-降压启动等控制线路。学生看到自己目前学习的知识都在实际中用得着，学习兴趣高，主动性强，接受知识效果好。同时也为学生毕业后尽快适应实际工作奠定了基础。

教学实践表明，精心设计课程讲授顺序，基础内容与应用内容穿行，对理论基础较差的学生学习效果更加明显，对学生的实践动手能力的训练起到了较大的促进作用。

3 在教学中更多地体现“职业行动导向”，从实践到理论再到实践的教学方法

传统的教学方法都是从理论到实践，理论课结束以后再安排实训，但往往理论课对基础较差的学生效果不是很好，其主要原因是，这些学生一上理论课就头痛、乏味、听不进去，讲也是白讲。现实的情况是学习能力较差的学生读职校，这是一个不争的事实，而且在短期内无法改变。《电力拖动控制线路与技能训练》是一门集专业理论与技能训练一体化的课程，理论联系实践非常紧密，克服了课程理论教学与实践教学相分离的弊端。

由于是“职业行动导向”的一体化的教学，理论教学也在实习场地进行，根据这个特点，我实施了如下的教学方法，首先简单介绍基本知识，使学生对所学的这部分内容有个大概的了解，紧接着进行小组实训，待小组实训一结束，再详细地讲解在小组实训过程中需要的理论知识或问题，最后每个人独立完成项目任务。

4 重视课堂组织和当堂练习，培养学生的综合职业能力

教学中要重视课堂组织，小组合作学习是非常好的课堂组织形式，采取组内合作，组际竞争的方式。运用“任务驱动、问题引导”模式使学生学起来，课堂活起来。当堂练习，是培养学生综合职业能力的有效途径。在教学中，经常鼓励学生独立分析问题，并解决问题，同一问题尽量使学生多种解答，使学生从单一的思维模式中解放出来。例如，在讲解两台电动机顺序启动时，启发学生可以在主线路中进行顺序控制也可以在控制线路中实现顺序控制。分别叫几个学生把自己的电路图画到黑板上来，全班同学分析补充，由不完善到完善，由不正确到正确，学生设计电路图的能力不知不觉中得到了提高。因此，在教学中要鼓励学生主动上讲台展示、引导他们成功，尤其是当学生对教师原来设想或所讲的内容提出异议而又十分有道理的时候，教师要对学生的创新能力应给予高度评价，使他们在成功的体验中增加自信心。

在“职业行动导向”的理念和机制下，通过对学生的认知特点和本课程特点分析，对教学内容进行合理编排，运用灵活多样的教学方法，使平时不爱学习的学生变得爱学习了，学生学习的积极性提高了，互相讨论的同学多了，请教老师的学生也多了。总之在教学中要不断总结经验，探讨新的教学方法，变学生的被动学习为主动参与，只有这样不断加强教学改革，教学质量才能稳步提高。为职业学校的内涵发展提供有力的支撑。

【参考文献】

[1]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练.4版[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

单元电路论文篇7

【关键词】配电网；线损管理；理论线损计算

1.引言

在电力系统中，电能在配网中进行输送，而由于配网中的各种元件要消耗一定的电能，这部分损耗称之为线损。实际运行中，电能表会统计出供电量，而电网公司的售电量和统计得出的供电量有一部分差距，这部分电量差距称为统计线损。统计线损不仅包含电能在配网传输过程中的损耗，也包含了由于管理等人为因素造成的损耗。可见，统计线损没有真实反映配电网的损耗情况，而需要计算理论线损才能反映配网中的实际损耗。通过理论线损与统计线损的对比，也可以对管理线损进行改进。因此，准确地进行理论线损的计算直接关系到配网线损的管理和经济效益。

2.线损理论计算方法现状介绍

在目前的配电网理论线损计算方面，以电压等级为区分，一般情况下，35kV等级以上的线路，以潮流计算为数据依托，用大中型计算机进行数据处理。这些电压等级较高的线路结构简单，管理线损几乎为0，因此理论线损计算结果与统计线损几乎一致。对于35kV一下的线路，以人工计算为主，但是这部分电压等级的线损计算非常复杂，且管理线损占据的比例也非常大，因此目前这部分电压等级线路的配网的理论线损计算是一个急需解决的问题。

在配网中，电能表装在用户侧，来计量用户的电量，但是电能表只采集电能信息，因此配网中的运行数据非常稀少。为了计算理论线损，一般采用等值电阻原理，用一等效电阻R来等效配网结构，R上的损耗为配电网的可变损耗WB，变压器的铁损为配电网的固定损耗WG，两者之和为总损耗W。该方法计算时以配网元件参数和运行数据为参考，元件参数、接线图用于计算R，运行数据用于计算WG。由于配网结构复杂，节点多、元件数量庞大、因此计算得出的R 往往会离实际有很大偏差。目前国内很多地区的等值电阻会用历史经验数据代替，或者简化计算得出，在配合变电站有功无功电能表和电压计算出线路平均电流，但是这种估计计算到来的误差非常大。近年来，一部分地区开始使用配网线损测量仪来对理论线损进行计算，收到了很好的成效。

3.配网线损测量仪简介

配网线损测量仪是通过对配网线路的运行参数进行实测，实现在线计算及理论计算，解决现有技术计算环节多、数据不可靠、不完整、人为因素多、工作量大的缺点。配网线损测量仪是一个快速有效的线损计量工具和管理工具，在保证理论线损的计算准确性更加精密的同时，减少了线损管理人员的劳动，提高了效率。

3.1工作原理

配网线损测量仪的设计原理是根据等值电阻来进行计算，操作人员仅需要计算结构参数并输入仪器。它的核心是采用单片微处理器及其接口组成，采集交流信号，用数字滤波、MCU控制处理，根据《理论线损计算导则》实时计算。配网线损测量仪首先通过电流互感器检测出配网中的三相电流，通过放大器，变化成与电流互感器一次侧输入电流成正比的电压信号，经微处理器、模数变换、软件处理单元得到输出数据，送给显示单元和通讯单元。配网线损测量仪的设计原理是根据等值电阻来进行计算，操作人员仅需要计算结构参数并输入仪器。它的核心是采用单片微处理器及其接口组成，采集交流信号，用数字滤波、MCU控制处理，根据《理论线损计算导则》实时计算。配网线损测量仪首先通过电流互感器检测出配网中的三相电流，通过放大器，变化成与电流互感器一次侧输入电流成正比的电压信号，经微处理器、模数变换、软件处理单元得到输出数据，送给显示单元和通讯单元。

3.2硬件框图

在图1中，互感器单元由3个高精度电流互感器组成，直接与变压器二次侧的电流互感器连接，三相电流分别从三对端口输入，通过T1，T2，T3的变换，得到与输入电流成比例关系的弱电流信号。信号调理单元由高性能的放大器组成，将互感器输出的三相电流变换成适合模数转换的信号，并转换为相应的电压信号，本单元通过单片微处理器的控制改变增益，适应电压过载。单片机微处理单元是设备的核心单元，主要完成信号的采集、处理、计算、控制、显示和通信。通讯单元可直接联机上位机，是参数输入和数据输出的通道。在图1中，互感器单元由3个高精度电流互感器组成，直接与变压器二次侧的电流互感器连接，三相电流分别从三对端口输入，通过T1，T2，T3的变换，得到与输入电流成比例关系的弱电流信号。信号调理单元由高性能的放大器组成，将互感器输出的三相电流变换成适合模数转换的信号，并转换为相应的电压信号，本单元通过单片微处理器的控制改变增益，适应电压过载。单片机微处理单元是设备的核心单元，主要完成信号的采集、处理、计算、控制、显示和通信。通讯单元可直接联机上位机，是参数输入和数据输出的通道。

3.3完成的功能

依据配网现有的结构和运行的实际参数，通过输入有功功率、无功功率、电压、电流等参数，可以准确计算出配网中的理论线损，具体包括有导线损耗、变压器绕组铜损、变压器铁损、配网地区电表损耗等。

4.线损实测结果分析

通过在某一实际县级供电企业中应用配网线损测量仪，可以充分发挥其优势。该地区供电总面积2798平方公里，管辖15个供电局。500kV变电站1个，220kV变电站3个，110kV变电站24座。110kV主变总容量达137kVA，线路31条，总长度410km，10kV线路303条总长4689km。

通过配网线损测量仪的分析计算得出一年度内的理论线损计算结果为，本年度该地区的供电总量11860.68MWh，总损耗电量为420.12MWh，综合线损率为3.542%。其中，10kV配网线路的损耗电量为169.15MWh，10kV配变损耗的电量为23.98MWh，0.38kV配网损耗的电量为217.20MWh，电能表损耗电量为9.97MWh。统计结果显示，10kV部分和0.38kV部分的线损分别约占配网总损耗的46%和54%。

5.结论

单元电路论文篇8

关键词：机器人；调速电路；步进电机

中图分类号 TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）08-1908-05

1 概述

行走机构是机器人的重要组成结构，机器人机器人在运行过程中一方面要实时检测周围的环境信息，并依据这些信息对自身当前的运行姿态做出调整，比如根据周围的障碍信息采取避障措施，根据由电子罗盘读取的角度信息以及自身的运行历史确定当前所处方位。根据运行路况决定运行速度，根据地面垃圾情况决定吸尘功率。根据电量情况及方位信息决定返回充电坞的时刻等。这些信息的获取及获取后的决策都需要消耗大量的CUP时间，而如果同时又依靠单片机通过I/O定时提供脉冲及其他信号驱动电机将会给任务安排、中断控制等很多方面造成困难，最终影响机器人的运行效果，导致一些意想不到的情况发生。如电机走走停停，机器人识别到前方障碍反而加速前行等。

为使机器人行走控制部分与传感信号处理部分互相独立达到既能减轻CPU负担，又不影响对电机的实时控制的目的，在设计中采取以下措施来改善电机的控制方法：

1）通过脉冲发生电路单独为两路步进电机提供运行脉冲。

2）通过调速电路调节脉冲频率变化，为电机调速提供支持。

3）主控单元只负责向调速电路提供调速数据及控制电机起停。

其中内外资源管理单元主要完成系统内各主要部件如液晶显示模块，机器人运动速度、距离、姿态、方位，地面灰度等传感器件及灯光报警器件的管理和CPU时钟、中断等软件资源的分配、初始化任务。外部信号采集单元依据资源管理单元对各传感器的管理策略，完成外部信号采集任务。运动决策单元对采集到的外部信号进行处理并参照运动历史数据对机器人当前的运动方式，方位，速度等进行调整，最终完成预定任务。运动方式、运动方位由主控单元直接对执行电路进行干预，而运动速度由主控单元将相关参数设置给调速电路，具体调节工作由调速电路自行完成。

执行电路采用L297/L298组合电路实现，电路原理图如图4示。L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制两相双极和四相单相步进电机。芯片内的PWM斩波器电路可在开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。L298N为15个管脚的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载（比如继电器，直流和步进马达）和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。L298N可直接对电机进行控制，无须隔离电路，可以驱动双电机。

L297加L298组成的步进电机控制电路具有以下优点：使用元件少，组件的损耗低，可靠性高体积小，软件开发简单，并且计算机（或单片机）硬件 费用大大减少，控制双极步进电机工作电流可达2.5A。

3 结论

通过改变计数分频电路的预置数，对调速模块进行了测试，实验结果表明本文设计能够达到预期效果。

参考文献：

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[2] 庞牧野.嵌入式数控系统连续轨迹控制算法的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[3] 张磊.3G智能机器人的研究[J].信息通信，2011（3）.

[4] 徐玉伟，谢敏.单片机在汽车发动机测速系统中的应用[C].广西计算机学会2004年学术年会论文集，2004.

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