组合电路的设计步骤范文

组合电路的设计步骤篇1

[关键词]高压调试、步骤、判断、安全送电

中图分类号：TM506 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0393-01

1.前言

一般高压电气设备大致分为高压柜；高压电力电缆；高压电力变压器；高压电机等。很多调试高压的试验人员不清楚试验的方法和目的，试验的前后顺序对高压正常运行是否有影响、高压试验后是否合格的正确判断。

为了适应调试电气设备交接试验的正确方法，促进高压试验人员的调试水平不断提高。根据试验的性质及目的，有目标的确定试验方法与步骤，达到正确检测试验高压设备的目的，减少反复试验提高工作效率。以下试验步骤一般按序号顺序排列，单体一般试验步骤可根据实际情况调整。

2.试验步骤

2.1 先一般性试验，后耐压或加压试验：

如互感器试验，先做耐压试验，再做大电流等试验，有可能做大电流试验出现绕组发热造成互感器设备绝缘损伤，而耐压已经做完，检测不到绝缘已损伤，达不到正确耐压试验检测的目的。

2.2 先单体后整体试验：

如先整组耐压后再做单体试验，设备单体试验完后来回搬动造成的损坏不宜发现，送电造成设备的损坏扩大，再试验就造成工作的反复性。正确的试验步骤是达到正确检测试验高压设备的目的，减少反复检测提高工作效率。

3.高压柜检测试验：以常用的10KV高压系统为例子

高压柜的一般单体电气设备有以下设备：

3.1 母线检测试验：

1）使用2500V绝缘电阻测试仪，测量母线的绝缘电阻；在干净、干燥的环境下，不应低于500MΩ。见国标17.0.2

2）检查各高压开关柜的相序和相位应一致；目的是防止两路电源母线相序不一致出现电机反转和母线短路。

3）母线交流耐压试验：耐压值较高，母线要单独耐压试验，耐压值见国标附录A，用单相或三相相位互差120°试验电源进行耐压。目的是检查相间和对地距离是否符合运行绝缘等级要求的试验。耐压试验无击穿，三相母线耐压电流值一般比较平衡为合格。

3.2 高压开关检测试验：（以常用的真空断路器为列）

1）使用2500V绝缘电阻测试仪，测量母线的绝缘电阻；在干净、干燥的环境下，不应低于1200MΩ。见国标10.0.2

2）真空断路器主触头的分、合闸试验：

3）使用数字万用表，测量分、合闸线圈的直流电阻和绝缘电阻值，绝缘电阻值不应低于10 MΩ；目的是检查电气设备可靠运行。

4）测量真空断路器主触头每相导电回路的接触电阻；通常采用测试电流在100A的回路测试仪测试，电阻值应符合产品技术条件的规定。一般不大于50μΩ。目的是检查触头接触情况，防止接触电阻过大、当流过大电流时发生触头发热烧坏。

3.3 电流互感器检测试验：

1）使用2500V绝缘电阻测试仪，测量电流互感器一次绕组的绝缘电阻，在干净、干燥的环境下，不应低于1000MΩ。见国标9.0.2

2）测量绕组的直流电阻；电流互感器一、二次绕组的直流电阻在同型号、同规格、同批次的平均值的差异不大于10%，目的是检测绕组是否有短路或接触不良。

3）检查接线组别和极性；根据设计图纸，确认电流互感器二次接线1S1和1S2端的连接方式。检查电流互感器一、二次P1与1S1、2S1应为同极性端。目的是使继电器二次绕组电流流向正确，能正确反映电气设备的一次运行电流情况，可靠断开故障电流，保护电气设备。

3.4 电压互感器检测试验：

1）使用2500V绝缘电阻测试仪，测量电压互感器一次绕组的绝缘电阻，在干净、干燥的环境下，不应低于1000MΩ。见国标9.0.2

2）测量绕组的直流电阻；电压互感器一次绕组的直流电阻在同一温度下与出厂值比较，相差不宜大于10%，二次绕组相差不宜大于15%。目的是检测绕组匝间是否有短路或接触不良。

3）检查接线组别和极性；根据设计图纸，确认电压互感器一绕组A-X，二绕组a1n1和da-dn的进出线连接方式符合设计要求。检查电压互感器一次A与二次a1、da应为同名端；

3.5 金属氧化物避雷器检测试验：

1）测量金属氧化物避雷器及基座的绝缘电阻；用2500V绝缘电阻测试仪测试绝缘电阻不应低于1000MΩ。见国标21.0.2；基座绝缘电阻不低于5 MΩ。

2）测量金属氧化物避雷器1mA的直流参考电压和0.75倍直流参考电压下的泄漏电流值不应大于50μA，或符合产品技术的规定。查看国标表7、表13确定避雷器的额定电压与运行电压是否相符。目的是检验金属氧化物避雷器的动作特性和保护特性。

3）有放电计数器的应检查放电计数器动作应可靠，有电流表查看监视电流表指示应良好。

3.6 微机继电保护设备检测试验：

1）外观及机械部分检查：检查微机继电保护装置的型号、硬件配置、端子排连接可靠并且标号清晰正确；各插件插拔灵活，插件和插座之间定位良好，插入深度合适；操作切换开关、按钮、键盘等操作灵活、手感良好。

2）保护及操作回路绝缘检查：使用数字万用表，测量保护回路、操作回路绝缘电阻值不应低于10 MΩ；

3）微机继电保护装置电源检查；

4）微机继电保护装置保护投退检查：查看保护逻辑开关的投退情况。

3.7 整组传动试验：在80%额定操作电压下，对各开关柜的设计保护整定值进行检查；查看高压开关的动作情况，继电保护装置的报警显示和保护动作接点的复位情况；查看非电量保护的温度、压力、瓦斯、绕组的动作报警情况。

4.高压电缆试验：

4.1 测量绝缘电阻，耐压试验前后应做测试，测试完后应有足够对地放电时间，防止其他施工人员受伤害，其值不应低于0.5MΩ/KV

4.2 直流耐压泄漏试验：测量应分4至6个阶段读取电流值，耐压电压对于统包绝缘Ut=5×（U0+U）/2，对于分相屏蔽绝缘Ut=5×U0，试验电压升至规定值后维持15分钟，其间读取1分钟和15分钟时泄漏电流，试验应分相进行。目的是检查电缆的绝缘强度。在耐压值下泄漏电流要稳定，泄漏电流不随时间的延长而增加为合格，三相泄漏电流不平衡率一般不大于2。

5.高压电力变压器试验：

5.1 测量绕组连同套管的绝缘电阻，其值不应低于出厂试验值的70%。

5.2 变压器直流电阻测定对1600kVA以下的三相变压器线间不平衡率相应小于2%（无中性点引出时），对1600kVA以上的三相变压器线间不平衡率相应小于1%。目的是检测绕组是否有短路或连接部分是否接触不良。

5.3 变压器变比测定，用变比测试仪进行测试后与标准值比较应符合名牌变比和设计要求。

5.4 变压器接线组别测定，使用变比测组别试仪进行测试，组别结果以名牌标示相符。

结论

通过以上对高压试验和步骤的理解与分析，可以使调试高压的试验人员在思想上有一个清楚的调试思路，达到正确的检查试验高压电气设备，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的调试试验的可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着调试技术水平的进步和正确检测试验高压设备，合理的安排试验步骤。高压设备安全送电运行的优越性必将进一步体现出来。

参考文献

[1] 电气设备交接试验标准 中华人民共和国国家标准GB50150-2006

[2] 《工业企业电气调整手册》冶金工业出版社.刘春华主编.

组合电路的设计步骤篇2

【关键词】PLC；交通灯控制；教学设计；理实一体化

项目实施的相关的内容：实施时长：2课时90分钟；实施对象：高职电气自动化二年级学生；实施地点：可编程序控制系统理实一体化实训教室；实施安排：每四个同学一组，每组设置一个小组长，每组使用一套设备。

一、项目定位

《电气控制与PLC应用技术》课程总设置8个项目：项目一：电气控制电路分析；项目二：电机运行控制；项目三：X62W电气控制；项目四：T68电气控制；项目五：抢答器设计；项目六：用PLC实现十字路通灯控制；项目七：PLC控制电机；项目八：五自由度机械手控制。

本项目属于《电气控制与PLC应用技术》课程中的第六个项目，主要让学生掌握PLC程序的编程方法和技巧，掌握定时、计数器以及移位指令等的应用。培养学生具有良好的团队协作精神，能主动与人合作、与人交流的协商。

本课程教材的选用：全国高等专科教育自动化类专业规划教材 《电气控制与PLC应用技术》田效伍 主编。使用THPSF-3A型（西门子）可编程控制器实训指导书》作为参考教材。

二、项目教学目标

学情分析

1.先后续课程分析：前修课程： 《电工基础》、《电机及拖动》、《通用变频器应用技术》、《组态软件应用技术》、《单片机技术》；后修课程：《自动控制系统及应用》、学生顶岗实习。

2.学生掌握知识方面的分析：学生在学习本课程之前有一定的专业基础，有一定的编程思维。对电路和电机拖动、变频器的参数设置和应用、触摸屏的应用、单片机的编程方面都有一定的基础。

3.学生的能力分析：所教授的对象为高职学生，该类生的学习基础较差，纯理论性教学只会导致“倒头睡觉”现象，起不到教学效果；但是面对实践性作业时，兴趣较高，充分使用教学资源进行理实一体化、项目化教学，能使学生做中学，培养良好的学习方式，提高学生的学习兴趣，效果会更加突出。

三、教学内容的设计

（一）基本思路

从实际应用方面引出具体的项目，由项目引出待解决的问题，从对所引出的问题的解决进而完成整个项目的设计和实现。突出理实一体化教学的特点，教师引导，小组合作探讨，以任务驱动型的方式基于实验完成整个教学过程，使学生完成特定的学习任务。

（二）学习内容

1.教材分析：《电气控制与PLC应用技术》中关于寄存器左移指令的使用进而设计实际应用项目，寄存器左移指令的应用和实现十字路通灯的设计。

2.学习形式：小组合作，探究性学习方式；

3.学习结果：掌握寄存器移位指令的理论知识，基本完成十字路通灯控制；

教学的重点、难点

教学重点：根据控制要求进行I/O口的分配和接线及编程。

教学难点：字左移指令的使用。

（三）教学方法

“教、学、做”三位一体的教学方法、理实一体项目化教学、任务驱动型、合作探究法。

四、教学组织与实施

（一）课前准备

1.老师的课前准备：（1）教具准备：对实验室进行检查，整理；对10套设备进行故障排除。（2）教学资料准备：电子教案、课件，步骤评分标准。（3）分组安排：全班同学40人，每4位同学一组，共10组。（4）教学场地安排。

2.学生的课前准备：（1）课前了解：十字路通灯的控制过程。（2）课前预习：寄存器移位指令的功能和应用。

（二）教学过程实施（课中）

项目：信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭；南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮，东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。

教学环节：

1、项目引入（10分钟）

教师活动：项目内容讲解；学生活动：观察思考，学生思考如何实现十字路通灯的控制。教学方法和达到目标：任务驱动法，让技能与生活相结合让学生觉得学有所用。

2、解决问题1、2（25分钟）

教师活动：问题（1）程序流程图，确定控制过程，I/O端口的分配。问题（2）字左移指令使用讲解。（3）总结。学生活动：解决问题1任务步骤记录--1、画出程序流程图；2、I/O端口分配表及控制接线图。解决问题2：学生任务步骤记录；教学方法和达到目标：理实一体化教学；理论部分：学生掌握移位寄存器指令的应用。实践技能：I/O口分配表；电路连接；编写程序。

3、方案制定（10分钟）

教师活动：观察指导；学生活动：制定十字路通灯方案。（组长进行组员间的任务分配）步骤1：I/O分配及硬件连接；步骤2：程序流程图；步骤3：程序设计；步骤4：调试。教学方法和达到目标：理实一体化教学；学生掌握设计的方案和步骤。

4、操作实施（30分钟）

教师活动：巡视指导；学生活动：根据方案设计的步骤进行动手操作；教学方法和达到目标：采用教学做一体化的教学方法；PLC程序的编程方法和技巧，掌握定时、计数器以及移位指令等的应用。

5、综合评价（15分钟）

教师活动：根据评分表的项目进行评价打分；学生活动：调试1、十字路通灯控制调试；2、答辩。教学方法和达到目标：从调试过程和答辩方面对学生进行综合评价；培养学生具有良好的团队协作精神，能主动与人合作、与人交流的协商。

（三）课后反馈

老师：及时做好课后分析，对采用的教学方法和教学效果进行分析，并对学生的总体完成情况进行分析总结。

学生：及时分析自己在完成项目过程中出现的问题和解决的方法，分析整套系统的工作过程。

学生思考：尝试用其他不同的方法编译新程序，实现新的控制过程。

同时可以通过精品课程网站与学生进行远程交流沟通，及时解决学生出现的疑问。

五、教学特色

突破以往理论与实践相脱节的现象，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，理中有实，实中有理。突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣。

实验实训室、教室全部配备多媒体设备，运用现代教学媒体，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息作用于学生，形成合理的教学过程结构，达到最优化的教学效果。建立网络课堂，课程部分电子教案、录像、课程标准、题库等资料已经上网，学生可以通过网络资源进行学习，通过在线答疑与教师交流，加强了师生之间的互动，为学生自主学习提供了有利条件。

【参考文献】

[1]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.西门子人机界面（第一版）[M].北京航空航天大学出版社，2009.

组合电路的设计步骤篇3

关键词：变频器 多功能电源开关设计

中图分类号：S611文献标识码： A

前言：作为变频器的多功能电源开关，必须具有多路稳定的直流电压输出，以确保电源开关供电安全，UC3842作为变频器用多功能电源开关中应用最为广泛的芯片，其作用非常巨大，通过精确且科学的运算方法以及设计原理，使电源开关能够同时提供给主控系统、驱动系统以及通信系统多路稳定隔离直流电源，从而确保开关正常工作。

一、设计要求

多功能开关电源要求为变频器逆变器 3 个上桥臂的 IGBT 提供驱动电压, 并为其他部分提供电源,具体指标如下:输入 直流 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出 3 路 24 V、2 A独立输出, 2 路 ±15 V、0.2 A共地输出; 1 路 5 V、1 A 输出。由于逆变器 3 个上桥臂每一时刻最多有 2 个同时导通, 所以输出总功率为 110 W。

二、芯片选择

多功能开关电源选用一种开关电源设计专用芯片 UC3842, 该芯片是美国Unitorde 公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器片,UC3842 可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化, 负载调整率好, 较适合该电源的应用场合。电路中开关管选择 N 沟道场效应管 K1358, 其额定参数为 900 V /9 A, 有充分的裕量保证系统的安全运行。

1、UC3842 内部结构和引脚功能

双列直插式封装, 其内部结构见图 1。

2、 UC3842 管脚功能

1 脚(COMP): 误差放大器的输出端。

2 脚(VFB): 误差放大器的反相输入端

3 脚(ISEN) : 电流检测端。流过开关管的电流被检测电阻转换为电压信号并被送

入此脚, 用来控制PWM锁存器, 调整输出电压大小。并且当该脚电

压超过 1 V 时, UC3842 即关闭输出脉冲, 从而保护开关管不致因

过流而损坏。

4 脚(RT / CT): 内接振荡电路, 外接 RC 定时元件, 定时电阻 R 接在 4 脚和

8 脚之间, 定时电容 C接在 4 脚到地, 振荡频率为 f=1.72 /

(RC) 。其振荡频率最高可达 500 kHz。

5 脚(GND): 电源电路与控制电路的接地端。

6 脚(OUT): 推挽输出放大器的输出端。为推拉式输出, 可直接驱动场效应管,

驱动电流的平均值可达 200 mA, 最大可达 1 A 峰值电流, 输出的

低电平为 1.5 V, 输出的高电平为 13.5 V。

7 脚 (Vcc): 电源输入端。外接电源电压 Vcc,UC3842 的开启电压为 16 V, 关

断电压为 10 V, 其内部有一个 34 V 的稳压管, 可以保证内部电

路工作在34 V 以下。该电源电压经内部基准电压电路的作用产生

5V 基准电压, 作为 UC3842 的内部电源使用, 并经衰减得到2.5

V 电压作为内部比较器的基准电压。

8 脚(VREF): 参考电压(+5 V) 输出端。可提供参考电压。

三、硬件电路设计

1、工作原理

根据芯片功能的介绍, 所设计的电路图如图 2 所示。当电源通电时, 输入电压通过电阻 R3对电容C4充电, 当 UC3842 的 7 脚(Vcc 端) 达到导通门槛电压(16 V) 后, UC3842 开始工作, 此后芯片由反馈线圈供电, 电压维持在 13 V 左右。

开关变压器的反馈绕组 Ns 两端电压经 VD2、R2、C3、VD3、C4整流滤波后再经过 R9、R10分压后, 从 2 脚送入 UC3842 的误差放大器反相输入端, 反馈电压与基准电压(2.5 V）经误差放大器比较放大后, 调整 PWM输出脉冲的宽度, 从而稳定输出电压。主回路电流由电阻 R5进行取样, 取样电压经 3 脚加到 UC3842 内的电流比较器的一个输入端, 与误差电压放大器的输出进行比较, 当该取样电压等于误差电压( 最大值为 1 V)时, UC3842 的输出脉冲被中断, 从而实现限流保护。

该电源用UC3842 的 PWM输出直接驱动开关管, R7的作用是限制峰值驱动电流。当直流输入电压变化时, 以变大为例, 此时反馈电压也会相应变大, 也就使得 UC3842 电压误差放大器的输出变小, 也就使得 PWM输出脉冲的占空比减小, 从而使输出电压保持稳定。

2、电路功能模块设计

a.输入滤波电容 C1: 可以滤除输入电压中的高频干扰, 得到较为稳定的输入

电压。

b. 启动电路设计: 启动电路由限流电阻 R3和电容 C4组成。在 UC3842 启

动正常工作之前, 启动电流在 1mA以内,7 端(Vcc)电压升至 16V时, 芯片

开始工作, 此时消耗电流为15 mA。所以 R3>16 V÷1 mA=16kΩ, 功率最好

在 1-2W。C4储存的能量要能满足电源开始正常工作的需要, 最好在 100 μ

F 以上。

c. 缓冲吸收电路设计: 开关管在关断的瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲, 这不

仅很容易使开关管由于电压急剧升高而损坏, 而且使电流采样和输出电压的

波形出现很尖的脉冲, 影响系统的稳定工作。为此, VD4、R4、C5组成 RCD 缓

冲吸收电路, 同时对于反激变压器, R1、VD1、C2组成的缓冲电路, 也具有

同样的作用, 形成双重保护。

d. 反馈电路设计: 由于该电源的输出为多路, 不适合仅仅对某一路进行反馈调

节, 故采用反馈线圈Ns 来输出一个反馈电压, 对多路输出同时进行控制。

VD2、R2、C3、VD3、C4为整流滤波电路, 得到一个稳定的反馈电压, 该电压同时

也作为 UC3842 正常工作时的供电电压。

e. 电流取样和过流保护: 电流的取样由取样电阻 R5完成, 其峰值电流由误差

放大器控制, 为 Is=(Ue- 1.4) / (3Rs)( 其中 Is为主电路峰值电流, Ue

为UC3842 内部电压误差放大器输出电压, Rs为采样电阻) 。由于电流测定

比较器的反向输入端钳位电压为 1 V, 故最大电流限制在 Is=1V /Rs, 当电

流超过这个值时, UC3842 自动闭锁输出, 以保护电路。R6、C6为滤波电路,

用以滤除开关管开通电流尖峰, 防止误触发, RC 滤波器的时间常数应接近

于电流尖峰的持续时间, 通常为几百纳秒。取 R6=1 kΩ, C6=470 pF,则时间

常数τ=RC=470 (ns)。

f. 误差放大器的补偿电路: R11和 C7, 改善误差放大器闭环增益和频率特性。

g. 振荡电路: 由 R12、C9设定振荡频率, 取 R12=13 kΩ, C9=3.3 nF, 则振荡

频率为f=1.72×103/ (13×3.3) =40 (kHz)

h. 旁路瓷介电容: C8、C10, 用以滤除高频叠加信号。

i. 变压器设计: 变压器有多种工作方式, 在此采用单端反激工作方式。其基本

工作原理是当开关管受控导通时, 高频变压器将电能变为磁能储存起来;而

在开关管受控截止时, 变压器就将原先储存的磁能变为电能, 通过二极管向

输出电容充电, 再由电容向负载供电。若PWM 工作的占空比为D, n 为原副

边匝数比, 则输出电压 Uo=DUi/ [ n( 1 - D) ] 。关于变压器的设计在后面

再详细说明。

j. 输出滤波电路: 每一路电压输出都有整流二极管和电容组成的滤波电路,

如 VD5、C11组成 +5 V输出的整流滤波电路, 然后通过三端稳压器 LM7805

来滤除纹波, 得到一个较为稳定的电压, 也可以起到消除纹波的作用, 见图

2, 其他几路输出也是如此。

四、变频器开关电源的变压器设计

针对于变频器开关电源的变压器设计，要依照一定的步骤进行：

1、设计参数工作频率 fs=40 kHz, 工作周期 Ts=25 μs; 效率η=0.85; 输入直流电压 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出功率 110 W。

2、 设计步骤

步骤 1 选择磁芯

考虑到变压器损耗和整流管损耗, 输入功率 PM=Po/ η=110 / 0.85=130(W) (Po为输出功率), 再由经验公式, 磁芯截面积为 SJ=0.15 PM=1.71 (cm2)。查表后可选择磁芯 EE42 /21 /15, 外形结构如图 3所示。

其磁芯截面积为SJ=173 mm2, a=42 mm,b =21 mm, c=15 mm, d、e、f 可查表得到。磁芯材料选择PC40 铁氧体磁芯, 其优点是电阻率高、交流涡流损耗小、价格低。

步骤 2 计算 ton和最低输入直流电压 Us,min

由于 UC3842 属于峰值电流控制芯片, 在没有斜坡补偿的情况下, 其稳定工作的占空比范围是 D

步骤 3 选择工作时的磁通密度

对于 PC40 材料的磁芯, 其 100 ℃ 时的最大磁感应强度 Bmax= 390 mT, 振幅取其一半, 交变磁通密度 ΔBac=0.5 Bmax=195 mT=0.195 T。

步骤 4 计算原边线圈匝数

步骤 5 对于+5V，匝数计算

对于+5V, 考虑到整流管压降,U2=5+0.6=5.6(V),而原边绕组每匝伏数 =Us,min/N1=150 /50=3 (V/匝),故而可算得 N2=5.6 /3≈1.867, 取 N2=2 匝。则新的每匝反激电压=5.6 /2=2.8 (V /匝), 原边匝数 N1=150 /2.8≈53.57, 取 N1=54 匝。

对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。

由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。

步骤 6 确定气隙的大小

设变压器工作在电流连续工作方式, 原边线圈电流 Ip如图 4 所示。原边电感 Lp=UsΔt /Δi, Ip2=3 Ip1,则 ton时间内流过电流的平均值 Iav=Ip2- Ip1=2 Ip1。在周期 Ts内的平均输入电流 Is=P /Us,min=1对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。

由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V、+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。

步骤 7 校验

0N1Ip1/g=4π×10- 7×54×1.745 /(0.72×10- 3) =903×10- 4(T) =90.3 (mT) (Bdc为直流作用的磁感应强度) ; Bmax=0.5 ΔBac+Bdc=190.3 (mT)

五、计算结果分析

根据精确地运算制作出实物，需进行相应调试，并测算结构。图 5 是 UC3842 自身振荡器的波形, 图 6 是 PWM驱动输出的波形, 图 7 是电流取样电阻上的波形, 也就是 UC3842 的 3 脚的波形, 从波形上看, 虽然采取了滤波电路,仍然存在着尖峰脉冲, 这说明缓冲电路还有改进的空间。

结语：综上所述，基于对变频器用多功能开关电源的设计原理、计算方法以及设计步骤等的详细阐述，精确的计算以及科学的设计方法能够从根本上保障变频器多功能开关电源的正常稳定工作，为人们的生产生活提供安全的供电保障，并且随着我国电力事业的不断发展，对于变频器多功能开关电源的研发还将越来越科学，越来越先进。

参考文献:

[1] 王水平, 史俊杰, 田庆安. 开关稳压电源―――原理、设计与实用电路[M].

西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.

[2] 李定宣. 开关稳定电源的设计与应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2006.

[3] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京: 电子工业出版社,

2005.

[4] 曲学基, 王增福, 曲敬铠. 新编高频开关稳定电源[M]. 北京: 电子工业出

版社, 2005.

[5] 周志敏, 周纪海, 纪爱华. 开关电源实用电路[M]. 北京: 中国电力出版社,

组合电路的设计步骤篇4

(中核核电运行管理有限公司运行四处，浙江 嘉兴 314000）

【摘　要】本文针对秦二厂在海啸水淹等超设计事故工况下（全厂失电SBO），利用中压移动柴油电源车在5号柴油机厂房或3、4号机组电气厂房转接箱，向3、4号机组应急母线恢复供电，保证堆芯核安全。通过现场实际演练，针对操作过程中的问题提出解决方案，为核电厂运行、维修等相关专业技术人员提供指导。

关键词 中压移动电源；转接箱；应急母线

0　背景

秦山第二核电机组正常设计有如下五路厂外、厂内电源，可保证事故工况下对应急母线的供电。在海啸事故情况下，机组突然停运，位于厂区平面的500kV主电源系统、220kV辅助电源系统以及每个机组供电的应急柴油发电机和靠近海边五号柴油机已经被海水淹没，失去供电功能。导致切换电源不成功，机组应急母线失电。

全厂失电事故工况下，中压移动柴油发电机组能为一台辅助电动给水泵运行提供动力电源（容量为560kW）和控制电源（容量大约为200kW的UPS、蓄电池、110VDC充电器）以保证堆芯冷却。安装转接箱位置共有三处：

1、2号机组5号柴油机厂房0m层（向1、2、3、4#机组LHA/B供电）

1、2号机组电气厂房3.4m层L310房间（向1、2#机组LHA/B供电）

3、4号机组电气厂房3.4m层L310房间（向3、4#机组LHA/B供电）

全厂失电事故情况下，可以通过中压移动电源车根据事故实际情况进行供电方式选择。以4号机组应急母线A列为例，方案一为从1、2号机组5号柴油机厂房0m层的电源转接箱向3、4号机组4LHA应急母线供电；方案二为从3、4号机组LX厂房3.4m层L310房间的电源转接箱向3、4号机组4LHA应急母线供电。

1　中压移动电源车向秦二厂3、4号机组应急母线供电分析

1．1　方案一：中压移动电源车通过5号柴油机厂房的转接箱向4LHA供电

根据应急指挥部指令，移动电源保障组将中压移动柴油发电机组停至秦二厂5号柴油机厂房外规定位置，由维修电气专业人员进行电缆对转接箱端接，运行人员负责开关柜操作。

端接前提条件及安全措施：（1）中压移动柴油发电机操作人员到位，保证发电机不会误启动。（2）移动柴油发电机至0LHT701AR的电缆端接固定符合要求，防止供电时松动，发生闪络。

步骤:1：移动柴油发电机组到0LHT701AR转接箱

中压移动柴油发电机组停运在指定位置后，准备将移动柴油发电机组通过电缆端接到0LHT701AR转接箱内。

步骤2：0LHT012JA进线拆开后到0LHT701AR转接箱

将0LHT001TB配电盘的0LHT012JA进线拆开后，将转接箱下面的电缆分别接到0LHT012JA和0LHT701AR柜内母排。

步骤3：0LHT001TB到5LHT003TB配电盘

在0LHT001TB配电盘可以选择向1、2#机组应急母线供电（通过0LHT014JA），也可向3、4#机组应急母线供电（通过0LHT013JA）。但这两个间隔公用一个断路器，端接完成后将开关送至0LHT013JA间隔内，合闸。

步骤4：5LHT003TB到4LHA001TB配电盘

按照钥匙联锁逻辑进行操作，将连接小车送至5LHT034JS间隔向4LHA001TB供电，将从4LHA002JA断路器送到4LHA003JA处，4LHA应急母线应急供电完成。

供电方案一的优缺点：

优点：

（1）5LHT701AR转接箱到中压移动电源车规定停车位置及5LHT001TB配电盘距离较近，空间开阔，方便操作。

（2）供电方式灵活，可以选择为1、2、3、4号机组共八段应急母线分别供电。

（3）5LHT001TB到4LHA001TB之间的接线已经全部端接完成。

缺点：

（1）由于分成四个步骤，部分操作步骤需要跨处室、跨机组协作，可能误操作和走错间隔风险。

（2）5号柴油机厂房位置靠近海边，受环境因素影响较大。

（3）操作复杂，需要操作设备较多，紧急情况下容易引起误操作。

（4）对直流110V电源要求较高，有电磁锁相关操作。

1.2　方案二：中压移动电源车通过3、4#机组LX厂房的转接箱向4LHA供电

根据应急指挥部指令，移动电源保障组将中压移动柴油发电机组停至秦二厂3、4号机组LX厂房规定位置，电气专业人员进行电缆对转接箱端接，运行人员负责开关柜操作。前提条件及安全措施：（1）中压移动柴油发电机操作人员到位，保证发电机不会误启动。（2）移动柴油发电机至8LHB701AR的电缆端接固定要符合要求，防止供电时松动，发生闪络。此方案的端接及送电过程主要分成两个部分：

步骤1：移动柴油发电机组到8LHB701AR转接箱

步骤2：8LHB701AR转接箱到4LHA001JA；

供电方案二的优缺点：

优点：

（1）操作简单，过程明了，钥匙联锁操作比较简单。

（2）对直流要求不是很高，紧急情况下，可手动对断路器进行分/合闸操作，对地刀进行合闸操时可用万能钥匙打开地刀盒。

（3）运行处统一调度，管理方便。

缺点：

（1）步骤简单，但8LHT701AR转接箱到中压移动电源车规定停车位置距离较远，需要人力将电缆拖至L310房间内进行端接。

（2）8LHB701AR转接箱到4LHA001TB配电盘需要经过二楼的电缆层，此楼层空间狭小，层高较低，位置较远，需要人力进行拖拽。

（3）供电方式单一，只能向3、4号机组应急母线供电。

2　供电过程中存在问题及解决方案

2.1　布置在三个地点的电气转接箱接口盖板处上共12颗螺栓，操作时需逐个拆下，浪费时间。解决方案：更换接口盖板类型。

2.2　在进行断路器4LHA001JA拆除和端接过程中，无4LHA001JA、002JA、003JA进线标识，有拆错开关进线风险，同时需拆除下方防火封堵。解决方案：增加个开关标识，对防火封堵进行改造。

2.3　应急供电演习时，发现电缆硬度较高，质量较大，无法进行小弧度弯转，端接完成后各个房间防火门不能关闭，地面电缆有人员绊倒风险。解决方案：在室外增加一处转接箱，预置电缆到8LHB701AR、 4LHA001JA进线处，减少事故时对电缆的操作，既保证快速供电，又满足防火门的关闭要求。

2.4　失去直流110V控制电源，开关、连接小车无法操作问题

2.4.1　断路器无法合闸解决方案：

（1）解除开关闭锁，将断路器摇入到工作位置后手动合。

（2）将断路器正常摇入后，打碎中柜门面板处玻璃，手动合闸。

（3）临时接入便携式直流110V电源到相应端子，利用试验盒合闸。

2.4.2　连接小车无法解锁、操作

针对方案一供电时，现场直流110V控制电源失去，4KHA等电磁锁不能解锁，导致连接小车操作闭锁。解决方案：临时接入便携式直流110V电源，根据二次图中相应端子进行端接,提供所需控制电源。

3　结论

本文介绍了中压移动电源对应急母线的再供电设计，对在应急演练中的问题进行分析和总结，提出改进建议，完善事故规程，能确保在海啸、水淹等超设计灾害叠加全厂失电工况下，通过移动电源车向电厂应急母线供电，保证堆芯核安全。

组合电路的设计步骤篇5

关键词：知识背景；研究课题；研究方案

一、电力拖动课程特点

电力拖动课程的教学要以较强的理论背景为基础进行授课，实践性较强，若是单纯地灌输理论知识，则难以达到课程所制订的教学目标。因此需要更多的实践经验进行教学，从而提高学生各个方面的能力。在实践课程中，由于学生理论基础不够扎实，因此在具体实践过程中，教师需要不断地提醒以及重复讲述，针对不同学生的理解程度以及理论知识的基础，结合理论以及实践进行教学。这对于教师而言，增加了授课难度，同时教师还应在实际操作过程中辅导以及提示学生应注意的问题。首先应注意的是，在试验中应保证教师以及学生的安全问题。基于安全考虑，很多学校减少了实践操作课程，这将不利于课程的教授，也无法让学生更好地了解到课程的内容。因此，在实际的课程操作过程中，教师应与学生密切配合，提高安全意识，充分重视安全问题，避免不必要的损失，保证课程按照大纲要求顺利进行。

二、研究性学习在中职电力拖动教学中应用的必要性

1.提高学生的创新能力和意识

研究性学习是在学生基础性学习的基础之上，提高其拓展能力，推动其综合素质的提高以及个性和特长的发展。要求学生不限于课本，不墨守成规，教师在实际的教学中也应尽可能减少对学生的限制，并在适当的时候给予学生指导以及帮助，充分发挥学生的主观能动性，并积极探索实践，提出自己的新观点、新思路以及新方法。

2.培养学生的科学精神以及科学态度

研究性学习开展的最终目的在于让学生充分了解科研方法，在实际教学中创设科研工作者开展科研的情境，并通过小组合作的方式进行研究性学习。学生在课题小组中，通过与组员的团结合作开展研究性学习，寻找解决的方法。尽管中职学生的学习无法等同于科学家的科学研究，但其组织形式以及过程十分类似，这也能使学生获得亲自参与科研的积极情感，养成科学的态度，用于探索以及实践。

3.提高学生的合作精神以及人际交往的能力

当前，社会竞争与合作并存，具备积极合作的精神以及良好的人际交往能力是现代人高素质的体现。在研究性学习当中，通过小组合作学习为基本组织形式贯穿于整个学习过程当中，为了达到共同的学习目标，小组成员应相互配合、信任、尊重与支持，同时在小组成员之间建立起融洽、信任、尊重以及支持的关系，学生可通过社会调查、访谈、资料收集或者请教专家等方式获取信息，这样不仅提高了学生的合作精神，也在很大程度上提高了其人际交往的能力。

三、研究性学习的具体应用以及实施

1.准备知识背景

通过向学生介绍研究性学习的性质、目标、步骤以及意义，从而得出了一个整体性认识。同时，通过基本知识、基本设计电路方法以及普遍存在的问题的介绍，开阔了学生的视野，诱发了学生探究的动机。

2.确定研究课题

研究课题可由教师制订，也可由学生制订，在电力拖动教学当中，一般根据教学进程，结合电力拖动控制的实际生产状况制定研究的课题，学生也可自主制订研究的课题。

3.建立课题小组，制定研究的方案

每一个课题小组大约4～6人，按照自身意愿组合。并且根据组建原则、优势互补和分工协作的原则进行适当调整。例如，每组成员必须有动手能力较强的组员，也应有电路基础知识较好的组员。在确定了课题小组之后，各个小组应根据本组的课题研究方案，制定出相关的研究方案，保证研究活动的连续性以及目的性。研究的方案一般有研究的目的、意义、研究的主要内容、步骤以及研究的具体方法等等。一般可采取以下几个步骤开展：

第一，在课题研究开始之前，应向学生介绍该课题的基本状况以及注意事项，并帮助学生成立课题小组；第二，学生应根据理论知识制定课题的实施步骤，并确定各个步骤的责任人，组内的每个成员负责一个部分，但必须协作完成。第三，在完成各个步骤之后进行汇总，整组讨论设计电路，并验证电路的可行性，保证严谨认真的试验态度；第四，在论证了电路的可行性之后，应按照电路图绘制出布线图以及接线图，而后按照接线图接好电路并检查是否存在错误，应小心细致；第五，进行通电试验，检查所设计的电路是否符合课题的要求，若是不符合，则可记录并重新研究，从而实现课题的持续完善。

实践证明，研究性学习的方式是个体与群体的学习活动相互结合的学习方式，也是教学主体与教学客体相互转化、促进、共同完成，并创新学习的内容以及完善理论知识结构的一种形式。该种学习方式能创造出一种新的学习氛围，也能给学生带来一种奋发向上的学习精神以及学习氛围，有效提高了学生的基本素质。

组合电路的设计步骤篇6

关键词：中职；电工技术；项目教学法

《电工技术》是中职学校电工专业学生必修的专业课，该学科教学中有大量的实训项目，笔者经过多年的教学实践，认为采用项目教学法进行实训教学，可以取得显著的教学效果。

一、项目教学法的概念

项目教学法是将一个相对独立的实训项目，交由学生自己去完成，从信息的收集、方案的设计、项目实施及最终的评价都由学生自己完成，学生通过项目的实施过程，了解并把握整个过程中每一个环节的基本要求。这种教学方式能使信息由单向传递变为双向、多向交流，促使学生由被动接受，转变为主动探索。在学习中，学生是主体，教师只是引导者。

二、项目教学法的实施步骤

项目教学法一般按以下五个步骤进行：

（一）确定项目任务。

教师提出一个或几个项目，与学生一起讨论，确定项目的目标和任务。

（二）制定项目计划。

根据项目的目标和任务，制定项目计划，确定实施步骤和程序。此阶段包括三步：（1）学生分组，以小组合作的形式进行学习。（2）学生自主学习，搜集资料。（3）制定小组的项目实施计划。

（三）组织项目实施。

此阶段中，学生明确自己在小组中的分工以及小组成员合作的形式，按照已确定的步骤和程序工作。对项目实施步骤，教师要解释清楚，除了告诉学生需要完成的项目内容，还要提醒学生每个步骤的细节。这样，既可避免接受能力较差的学生面对项目时束手无策，又能避免学生走不必要的弯路。

（四）检查评估、总结。

在项目完成后要及时进行评价总结，以促进学生的进一步发展。先由学生对自己的实训表现进行自我评估，然后小组内互评，再由教师进行考核评分。师生共同讨论，评判项目工作中出现的问题、学生解决问题的方法以及完成项目的情况，并最终形成实训报告。

（五）成果展示。

项目实施工作结束后，对优秀作品进行展示。

三、项目教学法实施举例

以典型项目“机床电机控制线路实训”为例，该项目要求能实现正反转控制，并有短路、过载、欠压和失压保护，试设计并安装。具体过程如下：

（一）实训前的准备和注意事项。

实训前应充分学习相关专业知识，如单个元件的认识、选择、装接、拆卸等，以及万用表工作原理，电动机结构及原理。实训注意事项包括：

（1）实训前准备好有关参考资料、绘图纸笔、操作工具、接线板、实训器材、实训报告等。

（2）在实训前先将学生分好组，一般每组4～6人，并使每组好、中、差的学生合理搭配，以利学生之间取长补短，互相学习，共同发展。

（3）每组成员认真参与设计，在充分审题、分析基础上设计出一个组内统一的电气原理图及电器布置图，并经教师认可后，方可实施。

（4）学生根据本组设计的电气原理图完成安装后，必须要认真检查。由于“强电”的危险性，特别考虑电路存在“短路”的可能，故实训指导教师在电路检查方面给予适当指导，对主电路的“通路、短路、缺相”和控制回路中的“自锁、联锁、启动”等项目进行检查，以确保通电前电路的正确性，安全、顺利地通电试车。

（5）实训应在规定时间内完成。

（二）实训过程任务。

（1）根据项目内容绘制出电气原理图及元件布置图，要求半小时内完成，小组成员分工合作，讨论制定一个完善的实训方案，提交给指导教师，经审核后方可安装。

（2）小组成员按组内所绘电气原理图在给定的时间内完成安装，该项目完成时间为150分钟。

（三）实训报告撰写。

从实训开始时学生应将设计草图、内容及安装、试车等体会记入报告草稿本内。完成后，将草稿本的内容整理归纳撰写成正式的实训报告。

（四）考核方式、成绩评定及成果展示。

教师根据每个小组完成该项目的质量和时间，按“设计、安装试车、实训报告”几个环节综合评分，评选出优秀小组，并向全校进行成果展示。考核方式实行三级考核，首先是学生本人根据评分标准进行自评，然后由各小组成员根据其在小组内的贡献进行互评，从学生角度发现问题，以及提出改进意见，教师要引导学生尽量客观地从正面进行互相评价，了解自己的优势和不足，学习别人的特长和优点，让他们在互评中学习，共同提高。最后由教师对小组完成项目情况进行评定，综合三级评定情况来确定每一名学生的实训评价。并把优秀作品在全校展示，对表现突出的学生给予表彰。

四、项目教学法实施过程中应注意的问题

（一）项目确立要恰当实用。

项目的确立首先要包含教材中的教学内容，并能结合多项知识点；其次，项目的难易程度要针对学生的实际水平来确定；最后，项目要以成果形式被大多数学生所喜爱，并可以用某一评分标准公平准确地给予评价，使学生在完成项目后有一种成就感。

（二）项目实施要重视基础。

项目教学法实施，也不能完全抛弃传统教学方法的优点，在重视项目实施的同时，不能忽略基础知识的掌握，将学生的知识和技能，分成若干模块，分解突破，充分挖掘学生的学习动力，激活学生的非智力因素，提高学生的综合素质。

（三）项目教学要人人参与。

引入项目教学法后，在教学过程中，不能让一部分基础差的学生依赖能力强的学生 ，要让他们在项目推进过程中有事可做，所以在项目分工中任务要明确，要求组内每个学生有自己的设计结果，在实训教师的指导下，挑选出较好的原理图去实施。每生一块控制板安装，并实行“一帮一”的措施，对部分学生及时帮助纠正，提高整体教学质量。

（四）项目总结要突出精髓。

项目完成过程是学生自己探索钻研的过程，为了能学众人之长，项目完成后的总结也相当重要。它包括思路总结和技巧总结。思路总结可以帮助学生掌握项目完成的最佳思考方法，找到自己理论上的不足；技巧总结是安装过程中快速高效的良好方法的选择，学生可以学到更多的操作技巧，全面吸收整个项目活动的精髓。

综上所述，在《电工技术》实训中采用项目教学法，能充分调动学生的学习兴趣，促进该课程取得理想的教学效果。

组合电路的设计步骤篇7

科学探究一般包括：提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析和论证、评估、交流与合作等七个因素。

下面以“家庭电路中电流過大原因”为例介绍本人在教学中的一点做法：

1　创设情景、提出问题、科学猜想

教师根据教学内容创设情景提出问题，情景创设可从生产、生活等现象人手，提出问题，激发学生的学习主动性，因为探究的动力来自于对问题的好奇、敏感和丰富的联想与假设，来自于不同的观点的撞击和争辩，好的情景创设能使学生自己发现问题或提出问题，可以培养学生发现问题、提出问题的能力，这里的猜想是根据学生已有的知识或生活经验进行的，而不是凭空猜想但教师也不要追求严密的逻辑性，要鼓励学生的直觉思维，鼓励学生善于发现问题、勇于提出问题。

本节课可以从生活实际出发，以原有的知识为基础，观察家庭电路的连接及工作情况，提出问题：如保险丝断了那会是什么原因呢?学生讨论进行猜想：短路、总功率過大、电源电压過大等，然后让学生说出理由。

2　学生讨论、设计方案

启发、引导学生先从宏观上提出总体思路，设计总体方案，再对每个局部进行微观设计，这样可以使学生的知识活化重组，有机组合形成相互联系的知识结构，只有结构化的知识才能向能力转化，设计方案的過程是培养学生科学思维、提高解决问题的能力的有利时机，教师要充分发挥指导作用，让学生把思维過程暴露出来，适时地加以引导和点拨，也可以站在学生的思维层次上提出问题给学生思维指向，同时要给学生留有思维的空间和时间，千万不能包办代替，注意方案设计不仅仅为解决问题，我们要在设计過程中整合学生的知识，发展学生的能力，培养创新精神，有时方案可能并不完善，可留给学生在具体操作過程中自己去发现、修正、完善，开始时可提示从而降低难度。

如本节课设计方案时，可先提示如下：在设计“短路”造成电流過大的实验中，最好给哪个元件短路?用什么来观察电流過大?应选用哪些器材、规格怎样?然后分组讨论，选器材，设计实验电路图如下：

对于显示电流的大小，有的学生还坚持用量程大的电流表而不用保险丝，对此，可让学生根据电流表的特性及电路的连接情况分析，排除只用电流表的想法从而确定和统一实验方案。

3　学生操作、实施方案

方案出来后，让学生分组独立地进行实验操作，收集数据进行分析，在实施的過程中可能出现设计的方案不合理或不完善，可引导学生进行讨论和修改，同时要培养学生严谨的科学态度、求实的作风，一丝不苟、客观公正、尊重事实，坚持真理、勇于修正错误的科学修养，下面就是本实验的具体操作過程：

首先让学生讨论归纳步骤，然后让学生按总结的步骤去操作，由于是初次尝试探究法，学生对此还不大熟悉，为了顺利完成实验，可给以下提示：与什么情况相比电流過大?学生再讨论总结出如下步骤：(1)连好如图1电路，检查无误后闭合开关，观察灯泡和保险丝的工作情况，(2)断开开关给灯泡短路，如图2，闭合开关，再观察灯泡和保险丝的工作情况，(3)分析现象并得出结论，步骤归纳后，学生就可以直接去操作。

4　分析讨论、得出结论

教师要进行有效地启发，引发学生思考，组织讨论，渗透科学思想方法，鼓励学生进行创造性思维，勇于发表自己的意见，善于汲取别人的思想，学生实验结束后，教师提示各组之间进行相互交流，借鉴别人的优点，改正自己的错误及补充自己的不足之处，最后由教师统一思想。

如本实验中如何判断保险丝是否断开可讨论：图1现象：灯亮，保险丝无现象，图2现象：灯不亮，保险丝瞬间发出亮光，对比两现象得结论：短路可以造成电路中电流過大，对此，有的学生会提出问题：保险丝瞬间发光灯不亮，能确定是保险丝断了吗?学生讨论后要更换保险丝试试，经实验后才能确定保险丝是否断了，实验后确定结论是正确的。

同理，在研究“总功率過大”“电压增大”造成电路中电流過大时也采取了如上探究過程。

5　反思应用

组合电路的设计步骤篇8

关键词：学分制；“数字电子技术”；项目式；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0194-04

一、引言

内蒙古农业大学积极推动本科教学，提出本科生的完全学分制教育，将“数字电子技术”课程的学时压缩至54学时，留出更多的时间让学生来主动学习和增强动手能力。笔者试图在“数字电子技术”课程的基础教学中增加一个项目式教学环节，它使学生自己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，巩固和加深在“数字电子技术”课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练电子产品制作时的动手能力。这需要研究出适合学生动手实践的项目，学生根据项目要求设计出符合要求的电路，从而掌握数字电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力，同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础[1]。

二、项目式教学的目的

通过数字电子技术项目式教学，使学生能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法，能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现规定的数字系统[2]。培养学生独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力，培养学生独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力，培养学生书写综合设计实验报告的能力[3]。

三、项目式教学的步骤

学生根据设计教师步骤的项目任务，从选择设计方案开始，进行电路设计[4]；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能，对电路要求布局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告[5]。

1.总体方案选择。设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标[6]。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。

2.单元电路的设计。（1）设计单元电路的一般方法和步骤：①根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。②拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。③单元电路设计应采用符合的电平标准。（2）元器件的选择。针对数字电路的课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。比如时钟电路选555，转换电路选0809，译码及显示驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的，往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需熟悉相应内容，比如运算放大器的种类和基本用法、集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。总之，构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性很重要。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。

单元电路设计过程中，阻容元件的选择也很关键。它们的种类繁多，性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完整化。

3.单元电路调整与连调。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。具体步骤要求每一个单元电路都须经过调整，有条件的情况下可应用逻辑分析仪进行测试，确保单元正确。各单元之间的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹配。它也是整个设计成功的关键一步。

4.衡量设计的标准。工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。

5.课程设计报告要求。课程设计报告应包括以下内容：对设计课题进行简要阐述；设计任务及其具体要求；总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）；整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）；器件清单；调试结果记录；课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据翔实。

四、项目式教学实例

1.实例简述。为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图1所示。

2.设计任务和要求。设计一个十字路通信号灯控制器，其要求如下。

（1）满足如图2的顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。

（2）应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图3所示，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮的时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。

（3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

（4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。

（5）在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。①在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道，主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮的时间的2倍或3倍。②用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。

3.可选用器材。①通用实验底板；②直流稳压电源；③交通信号灯及汽车模拟装置；④集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路；⑤显示：LC5011-11，发光二极管；⑥电阻；⑦开关。

4.设计方案提示。根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路，设计方案可以从以下几部分进行考虑。

（1）秒脉冲和分频器。因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5∶1∶6，所以，若选4秒（也可以3秒）为一个单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲，这一电路就很容易实现。逻辑电路参考前面有关课题。

（2）交通灯控制器。计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表1所示。

由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。

（3）显示控制部分。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。

（4）手动/自动控制、夜间控制。这可以用一个选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。

（5）汽车模拟运行控制。用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。如图4所示，为南北方向汽车模拟控制电路。

五、结语

项目教学法主张先练后讲、先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生唱“主角”，而教师转为“配角”，实现了教师角色的换位，有利于加强对学生自学能力、创新能力的培养。笔者就多个方面对项目教学法进行了尝试性的研究与实践，也取得了非常好的效果。

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基金项目：内蒙古农业大学教育教学改革研究项目资助（JG-2012）