电路计算

电路计算（共11篇）

电路计算 篇1

本专题是高考的热点,历年都有高考试题,本专题的高考热点是部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律,串并联电路和实验题,以及电路在电磁感应和交流电中的应用,万用表的使用多次成为高考的热点,掌握各种仪表的操作规程和使用方法是高考考查的重点.对于选择题,通过某一新颖的物理情景,考查考生的理解能力和逻辑推理能力;对于填空题,多是通过对电路的分析和计算,对电压、电流、电阻等物理量的测量,来考查考生的分析综合能力和不太复杂的运算能力;对于实验题,通过对教材内容的翻新设疑,考查考生对基本实验方法的迁移和灵活运用能力,特别是电阻的测定,题目虽然新颖独特,但原理均来源于课本的加工和深化,它是一种高层次能力的考核,真正的题在书外而理在书中,它将实验考查推向了更新的高度.

对于电磁感应中的闭合回路问题:电磁感应过程中要产生感应电流,从而使产生感应电动势的导体受到磁场力作用,继而影响其切割磁感线的加速度和速度,而速度的变化又影响导体中产生的感应电动势和感应电流,于是就形成了一个复杂的动态循环过程,且在这一复杂的动态循环过程中,要涉及闭合电路中各用电器的消耗功率的变化,存在多种形式能量的转化.对此类问题的处理,既要弄清楚变化的物理过程中各物理量的相互依存又相互制约的关系,又要弄清楚变化的物理过程中参与转化的能量种类及能量转化的方向.这对提高学生综合分析问题的能力,养成对物理过程和物理情景分析的习惯,是大有帮助的.因此,此类问题历来备受高考命题人关注.在近几年的高考中,涉及此类问题的题目中,既有难度中等的选择题,也有难度中等偏上的计算题,特别在倡导考查学生综合能力的当今高考形势下,此类问题会更加受到青睐.

一、考点回顾

1.理解欧姆定律、电阻和电阻定律

2.理解电阻的串、并联及其应用;电功、电功率、电热(Q)

3.掌握电源的电动势和内电阻,闭合电路的欧姆定律;路端电压.

4.掌握电流、电压和电阻的测量;电表的使用.

5.理解通常的直流电源、感应电源、以及各种电源对应的电路分析(交流电路、电磁感应中的电路)

6.理解含容电路与交流电路的分析和计算;能力层级Ⅱ

7.电路和元件的选择

二、方法总结

本专题涉及的问题综合性较强,学习过程中要注意通过练习,培养灵活地运用知识分析、解决有关电路问题的能力,在复习中应注意以下几个方面:

1.极值问题:在物理问题中经常出现,一般先找出物理量之间的函数关系,再利用数学知识求解,在电路部分,有时还可以利用电路的对称性,先定性分析,然后求解.

2.电路故障分析:关键在于根据电表提供的信息分析电路出故障所在,画出等效电路,再利用电路规律来求解,通常情况下,电压表有读数表明电压表与电源连接完好,电流表有读数表明电流表所在支路无断路.

3.含电容器电路:在涉及电容器的电路问题中,要特别注意电容器的接法和电源的正负极,据此分析电容器两极板间的电压和电势高低情况.在恒定电路中,电容器相当于断路,求其两极板间的电压时可把它看做是一个电压表即可;在交流电路中,电容器相当于导线.

4.电路问题在电磁感应和交流电中的应用,首先确定电路中的电源部分,在电磁感应中,先由法拉第电磁感应定律求出导体切割磁感线或穿过回路磁通量变化而产生的感应电动势的大小,再根据串并联电路的规律求解未知量;在交流电路中,也是先确定电源,再利用欧姆定律求解.

5.电路设计问题,首先应根据用电器工作的要求设计可能的方案;其次还要考虑所设计的电路的电能消耗问题,选择能使用电器正常.工作,同时整个电路能耗最小的电路.

6.电路的等效变换的基本原则:

①无电流的支路可除去;

②电势相等的各点可合并;

③理想导线可任意伸缩;

④理想电流表(内阻为零)看成短路,理想伏特表(内阻无穷大)看成断路;

⑤非理想电流表和电压表分别看成串入和并入电路的一个电阻;

⑥直流电路中电容器支路可看成断路而撤走,需求电容器电荷量时再补上,在交流电路中电容器支路可看成短路而用导线替换.

7.实验要求:

理科综合能力测试考试中,对实验提出了很高的要求“理解实验原理、实验目的及要求,了解材料及用具,掌握实验方法和步骤,会控制实验条件和使用仪器,会处理实验安全问题,会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据,并得出合理的实验结论”;“能根据要求灵活运用已学过的科学理论、实验方法和仪器,设计简单的实验方案并处理相关的实验问题”近年来的理科综合卷中的物理实验题往往通过提供一些材料,提供相应的方案,根据方案选材或是根据材料设计方案,重点在于考查一种创新的实验思维.

实验思维的创新主要体现在与众不同的方法,别开生面的思路,从侧面间接地研究物理现象和规律;对典型的物理实验问题,在源于课本的基础上进行变异,达到了很好的考查创新能力的要求.

高中物理实验一般可分为测定性的实验和验证性的实验,测定性的实验是测量某个物理量;而验证性的实验,除了测量物理量以外,还要验证这些物理量的数量关系对于验证性的实验要注意,所测的各物理量要从正确的途径得到,要设计从没做过的实验,首先应熟悉课本中的各个实验,掌握基本的实验思想和方法,这是设计实验的基础.

三、高考预测

近几年专题内容的高考试题多集中在电路的变化、电路的故障的检测、含容电路以及含电表(理想或非理想)电路问题的分析上,以选择题或填空题的形式出现.另外,由于该部分知识与学生实验结合紧密,因而往往通过实验考查知识的运用情况,实验考查即具体又灵活,像仪器选择、读数、电路的连接、数据处理、误差分析、电路在电磁感应和交流电中的应用等,每年试题均涉及,在复习中应给予重视;再者,用实验中学过的实验方法设计或处理未遇到过的实验问题是高考实验题的趋势,本专题所占分值大约为全卷的10%-15%所以不要轻视.

四、经典例题选析

例1 (2009年天津高考)在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S,电流为I的电子束.已知电子的电量为e,质量为m,则刚射出加速电场时,一小段长为ΔL的电子束内的电子数为()

解析:根据动能定理可以知道,电子束经过加速电场后的速度为:

电子束运行ΔL所需要的时间:

由电流定义式I=Q/t=Ne/t可以知道:

所以答案(B)正确.

点评:此题考查了电流的定义式,由此题可以看出高考并不都是高难度的题,其实大多数都是中等难度以下的试题,对此种题,我们应该对基本概念、基本规律给予重视,抓住基础,从基础出发,对于高考来说还是很有效的,注重基础.

例3在如图1所示的电路中,由于某一电阻发生断路或短路,使A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是()

(A) R1短路

(B) R2断路

(C) R3断路

(D)R4短路

解析:由于A串联于干路中,且故障发生后,A灯变暗,故知道电路中的总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应该为某一电阻断路,排除(A)、(D).

若假设R2断路,则其断路后,电路总电阻变大,总电流变小,A灯变暗,同时R2断路必然引起与之并联的灯B中电流变大,使灯B变亮,推理结果和现象相符,故选项(B)对.若假设R3断路,则也引起总电阻变大,总电流变小,使A灯变暗,同时R3断路后也必引起与之并联的电路中电流增大,灯B中分得的电流也变大,B灯变亮,故选项(C)正确.答案:(B)、(C).

点评:此题考查的是电路故障的问题,对于此类问题,应该对电路产生故障的原因有所了解,对断路和短路的特点也要很清楚的知道:

(1)断路的特点:电路中发生断路,表现为电路中的电流为零而电源的电压不为零,若外电路中任意两点之间的电压不为零,则这两段之间可能会出现断点,则这两点与电源相连部分无断点.

(2)短路的特点:电路发生短路,表现为有电流通过短路电路支路,但该支路两端的电压为零.

(3)电路故障检测的方法:电路故障可以用两种方法来检测,第一是仪器检测法,即用电压表检测,按照短路和断路特点就可以判断出故障所在;第二是用假设法,先假定某个元件出现何种故障,通过该元件出现的故障,进行推理,得到结果与现象相符,则假设成立,如果不符,再假设其他元件出现故障,直到找到故障为止.

例3 (2006年江苏高考)如图2所示电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关,P是滑动变阻器R的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流,下列说法中正确的是()

(A)保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小

(B)保持P的位置及U1不变,S由a切换到b,则I2减小

(C)保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则I1增大

(D)保持U1不变,S接在b端,将P向上滑动,则I1减小

解析:根据理想变压器的规律,用n1、n2代表原副线圈的匝数,则

若保持P的位置不变及U1不变,S由b切换到a相当于n2变大,就会有U2增大,则R上消耗的功率增大,故(A)错误;由I=U/R可以知道I2增大,I1也会随之增大,故(C)正确,同理可以得到(B)也正确;保持U1不变,S接在b端,U1不变,将P向上滑动,R减小,由I=U/R可知,I2变大,由I1=n2I2/n1,n2/n1不变,I2变大,所以I1增大,故(D)错误.答案:(B)、(C).

点评:解决此类问题的方法是首先要分清变量和不变量,弄清“谁决定谁”,然后利用直流电路中的动态分析方法即可.

例5 (2009年四川高考)如图3所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,两板间的距离d=40 cm.电源电动势E=24V,内电阻r=1Ω,电阻R=15Ω,闭合开关S,待电路稳定后,将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4m/s竖直向上射入两板间.若小球带电量为q=1×10-2C,质量为m=2×10-2kg,不考虑空气阻力.那么滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达A板?此时电源的输出功率为多大?(g取10 m/s2)

解析:小球进入板间后,受重力和电场力的作用,且到A板时速度为零,设两板间电压为UAB,由动能定理得:

所以滑动变阻器两端的电压

设通过滑动变阻器的电流为I,由欧姆定律可得:

滑动变阻器接入电路的电阻

电源的输出功率为

答案:8Ω;23W.

点评:本题由动能定理先求出UAB,在转入闭合电路中求电阻值;熟练掌握闭合电路欧姆定律是解决此类问题的关键,注意电源的输出功率为外电阻消耗的功率,非常重要.

例6 (江苏高考)电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同.图4①为某种电热式电器的简化电路图,主要元件由电阻丝R1、R2和自动开关S.

(1)当自动开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?

(2)用电器由照明电路供电(U=220V),设加热时用电器的电功率为400W,保温时用电器的电功率为40W,则R1、R2分别为多大?

(3)若将图4①中的自动开关S换成理想的晶体二极管D,如图4②所示,其他条件不变,求该用电器工作1小时消耗的电能.

解析:(1)S闭合,处于加热状态;S断开,处于保温状态.

(2)由功率公式得,

由上面两式可得:

(3)二极管导通时处于加热状态,二极管截止时,用电器处于保温状态.

答案:(1)S闭合,处于加热状态;S断开,处于保温状态.

点评:此题考查部分电路欧姆定律中电功率的计算,联系生活中的实例设计问题,是物理考试的主流,问题在书外,知识在书中,此类问题只要将书中的知识理解透了,就能轻易地解决问题.

例7 (1)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图5所示,此示数为_mm.

(2)利用图中给定的器材测量电压表V的内阻RV,图中B为电源(内阻可忽略不计),R为电阻箱,K为电键.

①将图中实物连接为测量所用的电路.

②写出实验中必须记录的数据(用符号表示),并指出各符号的意义:______.

③用②中记录的数据表示RV的公式为RV=______.

解析:(1)8.116(在8.116±0.002范围内)

(2)①连线如图6所示

②R1.R2,它们是电阻箱的两次读数;U1.U2,它们是相应的电压表的两次读数

点评:对于此题应该注意以下两个方面:

(1)千分尺主尺的横基准线上下每错开0.5毫米刻一个最小分度,其测量范围是25毫米,测量时大于0.5毫米的长度由主尺上读出,小于0.5毫米的长度可由动尺上读出.在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出,读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”.

(2)在实物连线时要简洁,不能出现相交线和未接到接线柱的情况,还要注意电压表电流表的量程的选择,内外接法的选择等.

例8如图7所示,光滑的平行导轨P、Q相距L=1 m,处在同一水平面中,导轨左端接有如图7所示的电路,其中水平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10 mm,定值电阻R1=R3=8Ω,R2=2Ω,导轨电阻不计.磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿导轨向右匀速运动(开关S断开)时,电容器两极板之间质量m=1×10-14kg、带电量q=-1×10-15C的微粒恰好静止不动;当S闭合时,微粒以加速度a=7m/s2向下做匀加速运动,取g=10 m/s2,求:

(1)金属棒ab运动的速度多大?电阻多大?

(2)S闭合后,使金属棒ab做匀速运动的外力的功率多大?

解析:(1)带电微粒在电容器两极板间静止时,受向上的电场力和向下的重力作用而平衡,则得到:

求得电容器两极板间的电压:

由于微粒带负电,可知上极板电势高

由于S断开,R1上无电流,R2、R3串联部分两端总电压等于U1,电路中的感应电流,即通过R2、R3的电流为:

由闭合电路欧姆定律,ab切割磁感线运动产生的感应电动势为

其中r为ab金属棒的电阻.

当闭合S后,带电微粒向下做匀加速运动,根据牛顿第二定律,有:

求得S闭合后电容器两极板间的电压:

这时电路中的感应电流为

根据闭合电路欧姆定律有:

将已知量代入①②求得E=1.2V,r=2Ω,又因E=BLv,

所以v=E/(BL)=1.2/(0.4×1)m/s=3m/s,

即金属棒ab做匀速运动的速度为3 m/s,电阻r=2Ω.

(2)S闭合后,通过ab的电流I2=0.15A,ab所受安培力

ab以速度v=3 m/s做匀速运动时,所受外力必与安培力F2大小相等、方向相反,即F=0.06N,方向向右(与v同向),可见外力F的功率为:

点评:此题考查的是电磁感应、闭合电路中的含容电路和带电粒子在平行板电容器中的运动,此类问题的解题思路是先用电磁感应定律求出电路中的感应电动势,作为闭合电路的电源,在根据电路的串并联特点求出电容器两端的电压,根据电压和电场强度的关系,求出带电粒子受到的电场力,比较电场力和重力的大小关系,就知道粒子运动的方向和加速度的方向,这样又要和牛顿运动定律联系上,所以此题的综合性很强,做此类题时一定要保持清醒的头脑,对知识掌握必须牢固,达到真正理解知识才可以.

电路计算 篇2

一、教学目标 知识与技能

理解滑动变阻器移动时，电路的动态变化 过程与方法

通过探究电流表和电压表的最大读数与滑动变阻器阻值之间的关系，根据电流表和电压表的数值计算滑动变阻器的阻值。情感态度价值观

通过推理和思考练习，养成仔细审题的习惯

二、教学重难点

重点：串联电路动态定量计算

难点：滑片引起电路的变化和根据电流表与电压表示数计算

三、教具 工作单

四、教学过程

（一）引入

连接如图所示电路，思考滑片向左移动时，电流表和电压表的示数变化？ 滑片是否能移到最左端？ 能否移到最右端？

（二）进入新课 完成典型例题：

如图所示电路，电源电压保持不变，R2的阻值为12欧。R1上标有“50Ω 2A”，电压表V的示数为6伏，电流表A的示数为0.25安，求： ①电源电压；

②移动滑片，使电流表、电压表能分别达到某量程的最大值，求滑动变阻器连入电路的阻值范围。

解题步骤：明确电路类型，写出已知条件

R2=12欧

U1=6伏

I=I1=I2=0.25安

根据串联电路特点和欧姆定律，计算U

U2=I2R2=0.25安×12欧=3伏

U=U1+U2=3伏+6伏=9伏

分析电流表和电压表所选的量程 电流表：0~0.6A

电压表0~3伏

电流表I=0.6安时，R2最小，移动滑片时，电源电压和R2阻值不变

U2=I2R2=0.6安×12欧=7.2伏

U1=U-U2=9伏-7.2伏=1.8伏

R1=U1/I1=1.8÷0.6欧=3欧

电压表U1=3伏时，R2最大，移动滑片时，电源电压和R2阻值不变

I2=U2/R2=(9伏-3伏)÷12欧=0.5安

R1=U1/I1=3伏÷0.5安=6欧 完成变式训练1.2 分析题意，讨论做法 学生上台板演

（三）小结 总结方法：

1.明确电路类型，写出已知条件 2.分析电流表和电压表所选的量程

3.明确电压表最大或电流表最大时滑动变阻器的阻值是最大还是最小

注意点：滑片移动时，电源电压和定值电阻阻值不变，其余都会发生变化。

情景分析题专题复习

一、教学目标

1.掌握情景分析题的解题方法

2.通过的典型例题的分析，总结出情景分析题的解题方法 3.通过小组的讨论，自查和互查，使学生间学习更有动力

二、教学重难点

重点：情景分析题 的解题方法 难点：会运用方法去解题

三、教具

工作单

四、教学过程

（一）引入

演示实验：拉伸弹簧

你看到什么现象？由此可以得出什么结论？ 学生回答

电子电路计算机辅助设计综述 篇3

关键词:电子电路;计算机辅助设计;传统电子电路设计

中图分类号:U262.7 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 09-0000-02

Summary of Computer-aided Design for Electronic Circuits

Jian Ning

(Qinzhou Metrological Verification Testing Office,Qinzhou535000,China)

Abstract:This paper analyzes what is the electronic circuits and computer-aided design and computer aided design of electronic circuit components.To establish the concept of computer-aided design of electronic circuits and computer-aided design of the development review process and development prospects.EWB and Multisim Simulation of the advantages and disadvantages.

Keywords:Electronic circuits;Computer-aided design;Traditional design of electronic circuits

在工程和产品设计中,计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案;各种设计信息,不论是数字的、文字的或图形的,都能存储在计算机内,并能快速地检索;设计人员通常从草图开始设计,将草图变为工作图的繁重工作就可以交给计算机来完成;利用计算机可以进行图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

一、电子电路、计算机辅助设计

在工程和产品设计中,计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案;各种设计信息,不论是数字的、文字的或图形的,都能存放在计算机里并能快速地进行检索;设计人员通常用草图開始设计,将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成;由计算机自动产生的设计结果,可以快速作出图形显示出来,使设计人员及时对设计作出判断和修改;利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。用计算机辅助设计电子电路能够减轻设计人员的劳动,缩短设计周期和提高设计质量。

二、计算机系统的组成

用于电子电路辅助设计的计算机通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础,主要设备有:计算机主机、图形显示终端、图形输入板、绘图仪、扫描仪、打印机、磁带机以及各类软件。工程工作站一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。它有较强的计算能力,用规范的图形软件,有高分辨率的显示终端,可以联在资源共享的局域网上工作,已形成最流行的CAD系统。

图形输入输出设备除了计算机主机和一般的外围设备外,计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷贝设备指各种图形显示设备,是人机交互必不可少的;硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备,它把屏幕上的图像复印出来,以便保存。

CAD软件除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外,CAD主要使用交互式图形显示软件、CAD应用软件和数据管理软件3类软件。交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看,图形的变换、修改,以及相应的人机交互。CAD应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能,以完成面向各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是:算法、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据,包括文字和图形信息。为此,需要建立工程数据库系统。它同一般的数据库系统相比有如下特点:数据类型更加多样,设计过程中实体关系复杂,库中数值和数据结构经常发生变动,设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。基本技术主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。

三、经典仿真软件举例分析

(一)电子工作平台(Electronic Workbench)

Electronic Workbench 是基于Windows平台的电子电路计算机辅助设计软件。它能进行模拟、数字及摸数混合电路分析,具有精度高、功能强、界面友好、操作方便等特点,尤其以虚拟仪器而著称,它将使用者置于一个虚拟的电子实验室弥补了目前部分高档仪器台套数不足、元器件耗费的缺陷。

(二)MultisimX

Multisim X是以Windows为基础的仿真工具,适用于板级模拟/数字电路的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。通过操作不但可以做电路图的输入和编辑等电路的搭建工作,如图1元器件挑选界面可以根据需要对电路进行相应的观测和分析。在 Multisim Master中有实际和虚拟元两种器件,它们之间根本差别在于:一种是与实际元器件的型号、参数值及封装都相对应的元器件,在设计中选用此类器件,不仅可以使仿真与实际情况有良好的对应性,还可以直接将设计导出到Ultiboard 中进行PCB设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值,不与实际器件对应,用户可根据需要改变器件模型的参数值,只能用于仿真,此类器件称为虚拟器件。

基于Multisim X的电路仿真步骤以仿真软件为平台进行模拟电子电路设计的流程如图2所示,该流程图表明,从接受任务到获得最终的设计结果,电路仿真软件能够仿照早期模拟电子电路的设计步骤进行电路的辅助设计。可以模仿硬件实验环境 ,并对模拟电子电路的静态与动态加以分析。

1.电路分析与说明

下面就以调幅电路为例,叙述如何按照图2的步骤进行模拟电路的仿真设计和分析。具体这样实现:先将待搬移的信号与参考信号进行时域相乘,获得两者的混合频率分量后,再用滤波器滤除无用的频率分量即可。实际运用中,由于模拟乘法器IC芯片具有体积小、功耗低、可靠性高、性能好、易于整机电路少调整和不调整等优点。因此,设计时可以选择模拟乘法器芯片与不同的外围电路来构成振幅调制或同步检波等线性频谱搬移的完整电路。

2.整体电路的仿真设计及电路的调试

电路设计中,电阻选择不光是单纯阻值的选择,还得考虑其高频特性。仿真设计过程中发现:若提升电路的工作频率,元器件分布参数的影响就会增大,甚至产生输出波形失真、电路无法正常工作的问题。而实际中,欲防止因工作频率的升高而最终导致电路工作失常的现象,应尽可能使用分布参数很小的金属膜电阻器或金属氧化膜电阻器,这说明仿真电路确实能够模仿实际电路。实际的硬件环境也不乏因三极管工作不正常而导致整个电路工作不正常的事例。在仿真过程中,选择各方面性能都很优越的晶体三极管2N910和二极管1N1204C等元件来搭建MC1596芯片内部电路的原因就是为了使其具有良好的电气性能。

四、电子电路计算机辅助设计与电子电路传统设计之异同

早期模拟电路的设计步骤一般为:系统方案的选择;电路形式和元器件型号的选择;元件参数的大致计算;确定电路形式和元件参数值的硬件电路实验环节;绘制电路图;制作印刷电路版;组装焊接并调试便投入使用等。在电脑上进行的电路仿真,几乎可以囊括传统电子电路设计制作的所有步骤。最大好处就是可以随意修改电路形式、元器件的参数值,直到满足性能指标的要求为止,大大增加了工作效率,减少了实际元器件的耗费。电路的仿真设计,不但可以更加清楚各种电子电路的功能、作用、基本分析方法和设计方法,还可以仿真软件为实验平台,使用库中的电子测量仪器观看直观的实验现象和结果,得知所设计的电路是否满足性能指标的要求,是否还需要进一步调整元件参数以便优化电路。由于其元件库中的元件、仪器库中的测量仪器显然是理想化后的产物,因此,电路的仿真设计还是无法完全模仿实际的电路设计。另外,由于在仿真软件上用分立元件搭建电路才有较好的仿真效果,所以,集成度也受到一定的限制。

五、总结

在电子电路设计中必须两手都要抓“一抓硬件设计,二抓软件仿真”。硬件是电子电路的实物,没有实物则一切无从谈起。而软件则能使硬件的功能更好更快更充分的发挥出来。也只有软件仿真才能实现一些在现实环境中无法实现的实验设计,在这一个侧面可以这样说,软件仿真引领者电子电路的发展方向。知自知彼,百战不待。只有通过软件仿真才是我们缩短电子电路设计周期,降低成本,更进一步挖掘其潜能的最好方法。所以,软件仿真对硬件设计及功能的发挥起到至关重要的作用。

参考文献:

[1]Bassam Halabi.因特网的路由选择技术.北京:电子工业出版社

[2]TanenbaumAS,Computer Network Third Edition.Pretice–Hall,1996

计算机联锁电路试验方法 篇4

一、电路模拟联锁试验

1)在施工前,必须由具有相应联锁试验资格的专业人员对计算机联锁电路的软件进行仿真试验。根据提前制定好的仿真试验表格对每条进路进行彻底试验,站场与图表核实。

2)在室内设备安装完后,首先根据图纸对室内设备控制台、电源屏、机柜、组合等的型号、规格进行核对。然后对厂家原始配线进行核对和导通,另外对现场施工的配线也要进行核对和导通,尤其注意电源屏380V输入电源,要核对其相位正确。以上核对良好后,电源屏供电,合上液压断路器,测试各类电源良好。计算机机柜电源为净化电源,要保证其接线正确。模拟联锁试验前必须做好信号机、道岔及轨道电路等模拟条件,既在室内通过技术办法达到模拟室外设备状态。

3)电源正确后,对计算机进行上电启动,逐一核对联锁机表示灯与设备实际状态与控制台显示器显示信息一一对应。双机热备计算机联锁设备,两台联锁机可以进行人工或自动相互切换。二乘二取二计算机联锁设备,可以实现两重系同步和切换。根据站场平面图核对控制台显示器显示设备信息内容正确与否。进行计算机单驱、单采试验,核对继电器状态,与传达的命令一致。接口柜是计算机机柜与室内继电器组合柜分割点,它们之间微机联系线的正确及焊接质量,直接关系到联锁关系的正确性,一定要作为重点核查。

4)依据《铁路信号联锁试验暂行办法》进行基本联锁关系试验,根据联锁图表逐条进路进行试验,如下表:

5)站内电码化联锁关系试验。根据《铁路信号联锁试验暂行办法》进行相应项目试验,及时填写表格。

二、现场设备连接试验

现场实际设备联锁试验是信号设备开通使用前的最关键的一次联锁试验。将室内模拟条件拆除后,并将分线盘处室外电缆逐条连接,分别对信号机、道岔、轨道电路进行试验。

(一)信号机试验

每架信号机的每个灯光显示,灯光配列位置正确;信号机方向正确;发车进路表示器纳入灯丝继电器检查条件;开放各灯位,其它灯位不亮;信号机方向正确,显示良好;灯丝转换良好,灯丝报警正确;灯丝双断时改点定位灯光;距绝缘节距离符合标准并记录;测量高柱信号机距接触网(≥2m)回流线(≥1 m)距离并记录;营业线改造站场确认信号机无效标、挡灯光、高柱向外扭机构45°。注意:新设信号机可提前试验,开通时只检查机构正,紧固良好,挡片拆除。各种信号机灯光及其显示,与室内D J继电器状态、控制台显示器的显示应一致。

(二)道岔试验

核对道岔位置、断表示试验、断遮断器试验、断启动保险试验、扳住付机后动接点使主机到副付机没到位时启动线正确、4mm不锁闭、2mm锁闭试验。注意:新设道岔可提前试验,开通时只核对位置、4mm及2mm。室外道岔的位置与室内2D Q J继电器状态、控制台显示器的显示一致。

(三)轨道电路试验

分路试验、残压测试、一送多受区段分别断受电端空开对应二元二位继电器落下,显示红光带。对照双线图确认绝缘安装位置正确。对照双线图检查站场中心连接板、回流线、吸上线位置,确认回流畅通且无绕环现象。检查轨道电路变压器变比、电阻阻值、空扼流补偿器等使用。轨道电路的分路、调整状态与室内G J复示继电器状态、控制台显示器的显示一致。

以上是对计算机联锁电路联锁试验的分析,只有充分的联锁试验,才能确保顺利开通及安全使用。但好的试验方法必须在安全的前提下进行,联锁试验必须制定措施,组织周密、分工明确、责任到人。防止联锁试验不彻底造成联锁失效,联锁安全无小事,我们必须将施工联锁安全牢记于心,要有联锁思想,联锁意识,认真做好联锁试验,使计算机联锁设备能够更加安全、高效的服务于铁路运输。

参考文献

[1]阮振铎.大站电气集中设计与施工.中国铁道出版社,1999.

[2]林瑜筠等.铁道信号新技术概论.中国铁道出版社,2007.

[3]徐洪泽,岳强等.车站信号计算机联锁控制系统原理及应用.中国铁道出版社,2008.

电路计算 篇5

题号：CADE11（单号考生用卷）

说明：

试题共两页三题，考试时间为3小时。上交考试结果方式：

1、用软盘保存考试结果的考生，需将考试所得到的文件存入软盘的根目录下，再在软盘的根目录下建立名为BAK的文件夹（子目录），并将考试结果文件的备份存入BAK文件内。

2、将考试结果存放于磁盘，并由老师统一用光盘保存并上交考试结果的考生，先在硬盘C盘根目录下或由网络用户写盘根目录下，以准考证号为名建立文件夹，将考试所得到的文件存入该文件夹。

一、抄画电路原理图（45分）

1、在指定目录底下新建一个以自己名字拼音命名的设计文件。例：考生陈大勇的文件名为：CDY.ddb；

2、在考生的设计文件下新建一个原理图子文件，文件名为sheet1.sch；

3、按下图尺寸及格式画出标题栏，填写标题栏内文字（注：考生单位一栏填写考生所在单位名称，无单位者填写“街道办事处”，尺寸单位为：mil）；

***考生姓名题号成绩02准考证号码出生年月日性别02身份证号码（考 生 单 位）02评卷姓名

4、按照附图一内容画图（要求对FOOTPRINT进行选择标注）；

5、将原理图生成网络表；

6、保存文件。

二、生成电路板（45分）

1、在考生设计文件中新建一个PCB子文件，文件名为PCB1.PCB；

2、利用上题生成的网络表，将原理图生成双面电路板，规格为：X：100mm，Y：80mm；

3、将接地线和电源线加宽至20mil；

4、保存PCB文件。

三、制作电路原理图元件及元件封装（10分）

1、在考生的设计文件中新建一个原理图零件库子文件，文件名为schlib1.lib；

2、抄画附图二的原理图元件，要求尺寸和原图保持一致，并按图示标称对元件进行命名,图中每小格长度为10mil；

3、在考生设计文件中新建一个元件封装子文件，文件名为PCBlib1.lib；

4、抄画附图三的元件封装，要求按图示标称对元件进行命名(尺寸标注的单位为mil)；

5、保存两个文件；

6、退出绘图系统，结束操作。

附图二：原理图元件BUFE

附图三：元件封装BNC5

附图一：（见下页）

电路计算 篇6

【关键词】计算机；仿真技术；多媒体；EWB

Electronics Workbench简称EWB，即电子工作平台，它是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机里的电子实验室”——虚拟电子实验室。

利用EWB可以在计算机上学习模拟电子技术和数字电子技术，并进行电路设计、仿真调试等在实验室完成的实验。只要我们拥有一台计算机加上一套电子仿真软件，我们就相当于拥有了一个设备先进的电子实验室。以虚代实、以软带硬使得电子电路设计变成了一件轻松愉快的事情。

一、EWB的特点

1.具有完整、精确的元件模型

EWB提供了相当广泛的元器件，从无源器件到有源器件，从模拟器件到数字器件，从分立元件到集成电路，应有尽有。EWB不仅提供了各種实际元器件的精确数据和模型参数，而且提供了较宽的选择余地，在设计过程中，学生可以根据需要自己选择元件。

2.具有各种功能强大的电子测量仪器

EWB提供了齐全的虚拟电子测量仪器，包括示波器、函数信号发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等，操作起来非常真实和容易。

3.具有专业的原理图输入工具

EWB提供了方便友好的操作界面，学生可以轻松地完成原理图的输入。单击鼠标，可以方便地完成元件的选择；拖动鼠标，可以将元件放在原理图上。另外，EWB具有连线的功能，同时也允许学生调整电路连线和元件的位置。

4.具有强大的分析工具

EWB提供了14种分析工具，利用这些工具，学生不仅可以清楚地了解电路的工作状态，还可以测量电路的稳定性和灵敏度。

5.具有集成化、一体化的设计环境

EWB具有全面集成化的设计环境，在设计环境中可以完成原理图输入、数模混合仿真以及波形图显示等工作。当学生进行仿真时，波形图和原理图同时有效和可视，当改变电路连接或改变元件参数时，显示的波形立刻反映出相应的变化，即可以清楚地观察到具体电路中元件参数的改变对电路性能的影响。

二、计算机仿真技术的作用

1.创新能力的培养

计算机仿真技术可以对学生在学习过程中所提出的各种假设电路进行虚拟，通过虚拟系统可以直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如在虚拟《电子电路》实验中，学生可以按照自己的假设，将不同的元件组合在一起，计算机便虚拟出组合的电路来。通过这种探索式的学习方式，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

2.突破实验室的局限性

随着科学技术的发展以及器件的不断更新，原有的实验仪器和实验器材不能满足教学需要，使实验教学十分不便。由于实验室提供的设备和器件有限，在《电子电路》教学中，往往会因为设备、场地、经费等方面的原因，使一些应该开设的教学实验无法进行。

利用EWB软件，可以弥补这些方面的不足，在计算机上模拟出实验室的环境、仪器设备和元器件，而不受实验室在元器件品种、规格和数量上的限制。与传统实验方式相比较，更能突出实验教学中以学生为中心的开放式实验教学模式，从而提高学生对电路的综合分析能力、设计能力以及创新能力。

三、计算机仿真技术的应用

1.在学习过程中的应用

计算机仿真技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生在进行计算机仿真时可以通过软件自由选择学习内容。由于教学内容的真实模拟，学生在学习过程中具有身临其境的感觉。这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。

计算机仿真系统在教学中的运用，是教学改革的一个重要途径。在仿真教学中，运用计算机的交互性，进行个性化教学和因材施教，充分发挥学生的创造性和主观能动性，提高教学效果。

2.在实验过程中的应用

笔者曾经组织学生在计算机上用EWB进行电路基础、模拟电路和数字电路实验，效果很好。实验时，在EWB电路设计窗口输入实验电路的电路网络拓扑结构、电路及元件参数。

由于仿真的手段切合实际，选用的元器件以及仪器与实际情形非常相近，绘制的电路图需要的元器件，电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取，而且仪器的操作开关，按键同实际仪器极为相似，因此学习和使用非常容易。

通过电路仿真，既可以掌握电路的性能，又熟悉仪器的使用方法。学生在仿真实验时能反复地进行从理论到实验，从实验到理论的过程，这一过程有助于学生加深对电子电路的基本原理、分析方法的理解，加强了学生实际分析问题与处理问题的能力，切实做到理论与实际的密切配合，改变了传统实验与理论脱节的局面。

另外，仿真实验能避免真实实验所带来的各种危险。在实际电子电路实验中，学生由于操作或线路连接等方面的错误会导致设备的损坏，甚至对学生造成各种危险。利用计算机仿真技术进行虚拟实验，则可以避免这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。

3.在设计过程中的应用

作为虚拟工作的电子工作台，EWB提供了详细的电路分析手段，以帮助学生设计和分析电路的性能。

通过人机对话，找出输出电路处于最佳工作状态时各元件的参数。把这些元件参数用于实际电子器件的插接，构成实际电路后再用电子仪器对实际电路进行测量，将测量结果与计算机分析结构进行比较和修改。

电流互感器采样电路计算公式分析 篇7

关键词：电流互感器,电路计算公式

1目前部分杂志中电流采样计算公式不准确

目前部分杂志中的电流采样使用电流互感器。电路如下:

标准中用半波整流的有效值来进行分压计算,这是不准确的。在没有电容E 2和C8的时候可以用上述计算公式来算出有效值。由于增加了电容E 2和C8(主要还是E 2),导致电路不再适合半波整流的计算公式。我们可以假设R 1 4为0欧姆,按标准上的电路“V 2=R 1 3(/R 1 3+R 1 4)*([0.707*R 6*Ii/C)-0.5]”,可以算出V 2=0.707*U o-0.5,但是我们可以知道此时的电路为半波整流稳压电路,V2应该为峰值电压1.41 4*Uo-0.5(Uo为电阻R 6上的交流有效值),这两者之间严重矛盾,说明标准电路计算公式不准确。

2用能量守恒的方法计算函数公式

在[δ,θ]区间,电容充电。

在[θ,2π+δ]区间,电容放电。

如果电容够大,Upk*sinδ≈U pk*sinθ;此时A/D采样的电压纹波最小,A/D采样最平稳。即θ=π-δ,从而可以简单地认为R 1 3上的电压y=U pk*sinδ不变。在[δ,π-δ]区间,R 1 4上的电阻上电压为VR14=Upk*sinωt-y。

根据能量守衡的原理:输出功=消耗的功,电容不做耗功。二极管上只在[δ,π-δ]区间导通,导通时候输出电压为U pk*sinωt,导通的电流为(U pk*sinωt-y)/R 14。

推出二极管上在[δ,π-δ]输出的功:

电阻消耗的功:

根据能量守衡W出=W耗可以知道(1)=(2),数据展开,删除相同项得下列等式。

积分展开之后可以得到:

展开(3)式代入y=U pk*sinδ可以得到以下函数关系:

进一步计算:

这是一个无法求解的方程式。可采用曲线无限接近的方法求解。

利用EXCE L可以近似得出δ=0.72,通过计算sinaδ=0.659385。

可以得到A/D采样新的计算公式,注意减去二级管的压降0.6V(实际二极管的压降是变化的)。

在R13=16K,R14=1.4K的时候:

3总结

1)标准上的电路计算公式不正确。

2)利用能量守衡和函数无限接近等计算方法理论上得出新的公式。

电路计算 篇8

Tina Pro是一种功能强大的电路仿真软件, 它可以进行各种电子电路的分析和设计。在求解各种实际电路时, 具有快捷方便并且不容易出错;应用于仿真实验时, 操作简单且直观形象。不仅在工程实践中, 对于电子产品的开发与研制能够发挥高效率、高精度的作用, 而且将其引入到学校电类课程的教学过程, 会带来意想不到的教学效果。

2 Tina Pro的概述

Tina Pro具有较高的性价比。它是目前所知为数不多的具有简体中文界面的仿真软件。该软件的具体功能包括:在模拟电路分析方面, Tina Pro除了具有一般电路仿真软件通常所具备的直流分析、瞬态分析、正弦稳态分析、傅立叶分析、温度扫描、参数扫描、最坏情况及蒙特卡罗统计等仿真分析功能之外, 还能先对输出电量进行指标设计, 然后对电路元件的参数进行优化计算;在数字电路分析方面, Tina Pro支持VHDL语言;并具有BUS总线及虚拟连线等功能, 这避免了电路图中元件之间连线过密, 使得电路绘图界面看起来更清晰、简洁。

Tina Pro具有八种虚拟测量仪器, 各仪器与元件之间采用虚拟连线。其虚拟测试仪器 (如多踪示波器) 的动态演示功能, 是极好的教学辅助工具。Tina Pro的仿真分析结果, 如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中, 对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。

3 放大电路的分析计算

单管放大电路的分析计算是模拟电子电路的教学重点之一, 其包括静态分析、动态分析、失真分析和频率分析, 静态分析主要是求解静态工作点, 动态分析主要是求解交流指标, 失真分析主要是通过改变电路的参数用示波器等仪器来观察输出波形, 而频率分析则通过扫描仪来观察电路的频率响应, 显然上述这些若仅通过课堂教学或实验教学是很难完成的。而Tina Pro软件则能完全胜任。该文主要应用Tina Pro软件进行单管放大电路的直流分析和交流分析。

3.1 Tina Pro软件的使用

Tina Pro软件的界面与其它软件没有太大的差别, 仅就对电路分析用到的“分析菜单”作一简单介绍。即分析菜单包括:DC分析有计算节点电压、传输特性和温度分析, AC分析有特定频率的响应、AC时间常数和AC传输, ERC (电气规则的检测) 等。

在进行DC和AC分析时, 可在电路中接上虚拟的电压表和电流表, 为了电路的简洁可使用虚拟仪表中的“电压指针”和“电流指针”, 本文主要采用后者;在观察波形时, 可通过点击菜单命令“T&M→示波器”, 即在示波器上看到波形, 还可以通过点击菜单命令“分析→瞬时”直接读取到被测量的数值, 后者更便于观测。

3.2 放大电路的静态分析 (以典型共射放大电路为例)

放大电路的静态分析主要是求静态工作点。

⑴静态工作点的理论估算法:

⑵仿真演示

按要求连接好电路, 单击交互式按钮, 选择DC模式, 可在电路中显示IB、IC、UCE的静态工作点值, 如图1所示。

通过对比, 理论估算值和演示测试值基本符合。

3.3 放大电路的动态分析

⑴交流指标的理论估算:

⑵仿真演示:

3.4 失真分析

静态工作点过高或过低就可能引起饱和失真和截止失真, 失真的波形可以通过调整Rb1的阻值来观察, 为了方便, 本文仅改变输入信号ui的电压为50m V (即输入信号过大, 会造成双重失真) , 则可以得到各点波形。

通过以上的分析可知, Tina Pro软件非常适合于电子技术教与学, 将实验台“搬到”了计算机的屏幕上或多媒体教学上来, 既充分利用了我院多媒体资源, 又真正调动了学生的学习积极性和趣味性, 如果在每一章节都设计好仿真实例, 就可以使Tina Pro软件的应用贯穿于课程的整个教与学过程。除了电子技术课程外, 还可应用到电工电路、数字电路、电子测量、自动控制等课程。

摘要：本文介绍了Tina Pro实现放大电路分析计算, 并以典型共射放大电路为例说明放大电路分析计算的仿真过程, 其过程非常直观, 调试简单, 也适合于课堂实验演示和分析教学。

关键词：Tina Pro,仿真实验,放大电路,静态分析,交流指标

参考文献

[1]谷良.《电路仿真软件Tina Pro导读》.北京:中央广播电视大学出版社, 2003.6.

[2]马安良.《电子技术》.北京:水利水电出版社, 2004.8.

电路计算 篇9

关键词：教学改革,实验,数字逻辑电路,计算机专业

数字逻辑电路实验课程是电气、电子信息类和部分非电类专业本科生在电子技术方面入门性质的技术课。它在电类专业中深受青睐, 但在非电类专业中的教学没引起足够的重视。长期以来, 在我校计算机专业类数字逻辑电路实验的实验教学中, 出现实验教师难教学生厌学的现象。我们从学生学习该课程的现状着手, 通过对该课程的先导课程及后续课程进行调查分析, 了解相关理论课学习的状态, 并据此提出了相应的实验教学改革措施, 分三个阶段对学生的学习能力及动手能力进行培养, 我们称之为数字逻辑电路实验课程“过三关”[1]。

1 数字逻辑电路实验的教学改革思路

数字逻辑电路实验在计算机类专业都把它作为一门主干必修课程, 但相比专业课来说, 非电类专业对该课程地位认识和重视程度是不一样的, 普遍存在的一种现象是“重软件轻硬件”[2]。我校计科专业、网工专业的“数字逻辑电路实验”课, 安排在第三学期, 并具有第二学期的“模拟电子技术”课程的基础。而软工专业的“数电”课安排在第二学期, 并没有提前开设“模电”课程, 缺乏电路知识的先导。在总课时数压缩的情况下, 由于理论课和实验课安排在同一学期, 并在第一周同时开课, 实验课严重滞后于理论课的进度, 造成学生想要学好又觉得心有余而力不足[3]。

第一关:克服对数字电路实验课的心理恐惧关

对计算机专业的学生来说, 模拟电子技术和数字逻辑电路都很难学, 更难于精。适合计算机专业的专用教材很少, 更没有比较适合的实验教材。不得已沿用电类专业的教材, 理论偏多偏深。单纯的数字逻辑分析抽象、枯燥、乏味, 遇到复杂的逻辑现象更容易让人感到无从下手, 产生畏难情绪。例如:教材[4,5]的第二章逻辑门电路, 是学生们共同认为最难于理解、头疼困难的内容。在讲解TTL (Transistor-Transistor Logic) 基本逻辑门涉及到很多的电路基础知识、基本电路元件 (电阻、二极管、三极管等元件) 、电路及结构、半导体工艺、以及它们的电流、电压、元件参数等内部电气参数的计算等。对电路原理的理解和对电子元器件认识存在困难。然而, 计算机专业学习的重点并不在这些电路的内部原理和前端设计, 实验所必需的电路基础知识在课程中的应用暂时不用十分深入, 可以不用刻意去理解逻辑器件的内部结构。重点应放在:一是掌握器件输入和输出之间的逻辑功能;二是外部的电气特性其主要参数。相应的基本门电路实验, 目的包括掌握TTL基本逻辑门的逻辑功能验证与参数测试;掌握TTL器件的使用规则;进一步熟悉数字逻辑电路实验装置的结构、基本功能和使用方法。“轻里重外”, 将集成电路视为“黑匣子”, 这样电路基础知识不再构成计算机专业的学生学习的障碍。

在实验教学中, 改善实验条件, 增强实验教学的趣味性。让生活走进实验、贴近生活。理论实验化, 实验生活化。例如:逻辑门实验是认识数字电路的基本实验, 电子门铃的原理就是利用与非门构成振荡器, 使输出端的铃声信号输出, 从而驱动喇叭发出闹铃声的。除此之外, 实验还能进行趣味游戏如乒乓球游戏机等的设计。通过增加实验内容、改变实验方法, 多做实验来改变学生怕做实验的恐惧心理。

根据现在的理论课学时、教学计划和实验设备, 改编有关内容。以“与非门”逻辑为例说明改革实验教学方法。采用先理论讲解, 以逻辑代数为基本数学工具, 从基本逻辑门电路入手。实验使用传统标准数字逻辑器件四2输入与非门74LS00, , 用它构成传统的与非门验证实验。再用硬件描述语言VHDL (Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) [6]和复杂可编程逻辑器件CPLD (Complex Programmable Logic Device) [7]实验实现“与非门”逻辑。这样就建立了同一实际逻辑问题用多种不同层次方法进行实验的模式:数字逻辑单元理论设计, 以门电路为基本单元电路构成各种组合逻辑电路和时序逻辑电路, 使用标准数字逻辑器件中的中 (MSI) 、小规模 (SSI) 的TTL集成电路验证;利用通用集成电路模块产品, 主要是用中 (MSI) 大规模 (LSI) 集成电路模块, 构成预定功能的逻辑电路;再用VHDL和CPLD构成复杂的电路系统, 步步推进, 穿插进行融合。

第二关:培养动手能力关

从数字逻辑电路实验课程的知识结构和特点分析, 数字逻辑电路实验主要由基本逻辑门电路, 由门电路组成的基本组合逻辑电路和时序逻辑电路及通用集成电路模块构成。

在第一阶段为数字逻辑电路基础实验 (芯片级实验) 。由“一门而入”, 选用传统典型标准数字逻辑器件与非门, 进行基本门电路逻辑功能测试与验证, 通过实验使学生熟练掌握数字电路实验箱的结构和使用方法, 使用示波器记录描述逻辑功能的波形图, 实验基本仪器测试集成电路外部电气特性参数。掌握用与非门组成其它逻辑门及逻辑门之间的互换、解决不同门电路之间相互连接匹配问题。对集成门电路外形建立感性认识, 熟悉芯片的外形封装、芯片的引脚数量和分布情况。通过基础实验, 训练了学生的数字逻辑设计的基本功, 为综合设计性实验打下良好的基础。

第二阶段为综合设计实验 (单元级实验) 。主要有基本技能测试性综合实验、组合电路设计性综合实验、时序电路设计性综合实验、存储器和D/A或A/D转换电路的综合实验。

综合设计性实验主要是小系统逻辑设计实验[8], 每一个实验系统可以由多片标准数字逻辑器件MSI、MSI的门电路组成。也可以用通用集成电路中的MSI、LSI的TTL集成电路芯片组成。实验者可根据自己的设计做出不同种类的电路, 培养对单元功能电路的理解和灵活运用能力。例在传统数字逻辑电路实验中, 最为经典的例子是“三人表决器实验电路的设计”[9]。其中SSI门电路设计最为灵活, 可以选择一种与非门构成“与非-与非式”、一种或非门构成“或非-或非式”、与非门+或非门构成“与或非式”。也可以采用通用集成电路模块译码器、数据选择器和加法器分别设计多种三人表决器实验电路。

第三关:VHDL及CPLD实验提高复杂电路设计能力关

从第一、第二阶段实验的效果来看, 这些实验是在掌握SSI、MSI电路分析和设计的基础上进行, 达到预定的逻辑功能。这种方法设计的逻辑系统规模不宜太大, 否则, 系统需要很多芯片, 连接线和接点复杂, 导致可靠性下降、功耗增加, 系统占用空间扩大。为此, 可以采用大规模集成和超大规模集成技术, 把完成复杂功能的众多芯片集成到一个芯片内。可以克服上述问题。这种能够完成特定功能的集成电路芯片称之为专用集成电路。用VHDL语言设计后, 在CPLD中实现, 这已经成为数字系统设计的主流。

将新技术和新型电路设计的方法充实到教学中去, 以体现实验与时俱进的先进性。第三阶段的可编程器件的应用与可编程电路的EDA设计实验 (系统级实验) , 要求学生用CPLD芯片重现第一阶段的基础实验和第二阶段综合设计性实验中的电路设计。训练学生通过阅读资料掌握可编程器件的功能及规范的使用方法。掌握EDA软件的使用方法和设计语言。最终达到“了解一种器件, 熟练使用一种设计工具, 掌握一门设计语言, 能够设计较复杂的数字系统”的目的。

通过三个不同阶段的实验过程, 将一种数字逻辑器件的基础理论, 用传统器件实验验证或实现, 再用VHDL及CPLD实验复现, 三者融合循环, 螺旋式上升。实现数字逻辑电路实验的教学改革, 帮助学生突破在学习道路上的三道难关。

2 结论

侯建军教授提出了“厚理博术, 知行相成”的教育理念。通过数字逻辑电路实验, 既要加强知识的学习, 又要践行所学的知识, 提高实践动手能力和创新能力。根据学生的特点确定教学目标, 组织教学内容, 制定教学方法, 以学生为主体, “教法”适应“学法”培养学生的学习兴趣。倡导以启发、探索和创新性实验为核心的研究式学习方式, 鼓励学生参与国家级和校级的大学生创新创业项目, 并参加各种国家电子技能大赛, 取得很好的效果。

参考文献

[1]刘志军“.模拟电子线路”的“过三关”——谈“模拟电子线路”教与学[J].电气电子教学学报, 2002 (11) .

[2]杨汉祥.数字电路课程交叉知识的教学研讨与实践[J].赣南师范学院学报, 2005 (6) .

[3]管冰蕾, 胡家芬.计算机专业《数字逻辑》课程教学改革的研究[J].时代教育:教育教学版, 2009 (3) .

[4]侯建军.数字电子技术基础[M].2版.北京:高等教育出版社, 2009.

[5]侯建军.电子技术基础实验综合设计实验与课程设计[M].北京:高等教育出版社, 2009.

[6]Volnei A Pedroni.VHDL数字电路设计教程[M].北京:电子工业出版社, 2013.

[7]王诚, 赵延宾, 梁成志.Lattice FPGA/CPLD设计 (基础篇) [M].北京:人民邮电出版社, 2011.

[8]刘新元, 谢柏青“.数字逻辑电路实验”课程改革[J].电气电子教学学报, 2009 (4) .

探析计算机高速数字电路设计技术 篇10

1 影响计算机高速数字电路设计技术的问题分析

1.1 信号线间距离的问题

计算机高速数字电路设计技术目前的发展情况, 是整个电子设计行业的骄傲, 是这个领域的创新发展。这种技术促进了电子技术的蓬勃发展, 计算机数字电路发展虽然很快但还存在很多问题, 这个阶段的计算机高速数字电路设计技术存在下面问题:例如, 信号线间距离对计算机高速数字电路设计的影响, 根据相关技术进行分析, 随着高速数字电路设计发展, 印刷版电路密集度不断增大, 这样一来就会忽视相关信号的现象, 随着时间的发展, 我国要发展计算机高速数字设计技术, 就要解决存在的信号线间距距离问题。

1.2 传输线的问题

关于信号在传输线的问题, 它的关进在于阻抗信号, 在现在这个时期, 计算机高速数字电路设计阶段, 在这个设计过程中发现在信号的传输过程中存在阻抗不匹配的现象, 这种现象极大的影响着计算机高速数字设计技术的发展, 它会给相关信号带来破坏性的噪音, 这些噪音会对信号的质量形成阻碍, 导致信号的不完整, 这样就会给电源平面带来相关的影响。

1.3 电源平面的问题

科技现代化时代下, 利用先进的电子技术设计计算机高速数字化电路设计技术, 根据相关技术的情况, 这项技术得到了不断的发展, 在很多方面都有所应用。目前计算机高速数字电路设计过程中, 电源平面相关影响原因分析发现, 在电源平面间存在电阻和电感, 它们之间要经过大量电路的输出过程, 这样的过程中就会产生极大的瞬间电流, 产生的极大电流会对整个电路产生较大的影响, 将对高速数字电路地线和电源线电压造成极大的影响, 关于电源平面的问体, 应针对问题完善技术。

2 计算机高速数字电路技术的研究分析

2.1 完善设计保证信号的完整性

根据笔者对以上问题的分析, 目前计算机高速数字电路设计技术中存在的问题要进行分析解决, 针对阻抗不匹配的影响, 对电路信号的完整性也造成的影响的情况, 根据这个情况要对计算机高速数字电路技术进行完善设计, 保证解决计算机高速数字电路信号的完整性。笔者从两个方便分析: (1) 研究关于在电路信号传输过程中, 因为不同电路之间电路信号网的传输信号之间产生了干扰情况, 也就是以上笔者提出的信号线间距干扰的问题。 (2) 研究分析计算机高速数字电路在运行的过程中, 不同信号在传输的过程中, 对电路信号网产生的干扰情况。研究发现会受到阻抗不相匹配的因素而影响到电路信号的传输效率情况, 并且根据现阶段计算机高速数字电路运行的过程中, 阻抗很难控制的原因, 发现经常会出现阻抗过大或过小的现象, 这些现象都会对电路信号传播的波形产生一定的干扰, 所以影响信号的完整性。针对问题要对计算机高速数字电路设计技术进行改进, 使系统一直处于过阻抗的情况, 这样就能保证电路设计不会受到阻抗不等的情况, 这样电路信息传输的完整性电源进行合理设计这样就得到了解决。

2.2 确保电路系统的可靠性

针对计算机高速数字电路系统的问题中, 据分析受到电源平面间电阻和电感的影响, 这种影响使电源运行过程中会出现过电压的故障, 严重影响到电路系统运行的可靠性。从两个方面进行分析; (1) 在实际中计算机高速数字电路系统运行的过程中, 就必须要考虑到电源的电阻和电感因素, 而要减少电源面的电阻和电感对电源系统的影响, 就必须对其采取降低的处理措施。 (2) 对现在电路系统电源才智的分析, 现在很多情况是大面积铜质材料, 根据相关系统来分析, 这种材料达不到计算机高速数字电源的要求, 这样就会产生影响, 所以该改正, 把楼电容应用到电路中, 这样可以有效的避免或降低电源面电阻和电感对系统的影响, 这样就从根本上提高了电路系统运行的效率, 保证了电路系统的可靠性。

3 结语

笔者自身的工作经验, 结合实际的工作实践, 在本文中对计算机高速数字电路设计技术进行了深入的分析, 对目前文采问题进行了分析, 针对问题对影响计算机高速数字电路设计技术的几项因素进分析, 也提出了相关改进办法, 针对计算机高速数字电路系统的运行效率等相关技术的发展提出自己的见解。

参考文献

[1]廖传柱.高速数字电路设计技术的发展研究[J].长春师范学院学报, 2013年12期.

[2]陈国荣, 沈长松, 郑宽涵.浅谈高速数字电路设计中电源完整性[J].科技风, 2012年12期.

[3]付亚如.浅谈高速数字电路特性与信号完整性设计[J].黑龙江科技信息, 2011年04期.

语音电路在火控计算机中的应用 篇11

在现代大多控制系统中, 通常使用发光二极管LED、 数码管、液晶显示器、蜂鸣器等进行状态/结果显示和故障报警, 如果在显示报警仪表上采用数字语言技术, 使适合用听觉传送的信息用语言传送, 就可以发挥听觉的优势, 弥补完全用视觉信号传递信息的不足。近年来随着语音电路的迅速发展, 语音芯片已经以其直观、生动、与单片机接口方便等优势, 越来越广泛的应用于单片机控制系统中了, 成为现代控制系统中人机联系的一个友好界面。

1语音电路分析

语言处理合成芯片很多, 大多采用:语言信号- 驻极话筒-电压-滤波放大-AD转换数字信号存储。放音时采用:数字信号-DA转换、输出, 这在实际使用时存在着以下不足:

(1) 要使语音不失真地被采样, 要求采样频率fs≥8 000 Hz。在小系统中, 以这样的速度采样语音只能是很短的时间, 若要稍长一段时间, 势必占用很大的存贮空间。

(2) 系统构成成本高, 由于需要ADC, DAC, 专用语音芯片及相关电路。

(3) 存在不同程度的失真 (信号采样和恢复) 。

(4) 使用不灵活, 只能录什么, 放什么, 难以实现字、词、句的组合。

ISD1420语音芯片是美国ISD公司出品的新型优质单片录放音电路, 采用了直接模拟量存储技术DAST。主要由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元, 提供零功率信息存储, 这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利——多电平直接模拟存储技术 (DAST TM) 实现的。利用它, 语音和音频信号被直接存储, 以其原本的模拟形式进入EEPROM 存储器及分段输出, 因而失真小, 能够非常真实、自然地再现语音效果, 避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。使用方便, 不需专用语音开发工具, 成本低廉。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜, 而且断电语音保护。因而在现代技术上得到广泛使用。主要特点如下:

(1) 使用方便的单片录放系统, 外部元件最少

(2) 重现优质原声, 没有常见的背景噪音

(3) 信息可保存100年, 可反复录放10万次

(4) 较强的分段选址能力可处理多达160段信息

(5) 边沿/电平触发放音

(6) 无耗电信息存储, 省掉备用电池

(7) 具有自动节电模式

(8) 录或放后立即进入维持状态, 仅需0.5 μA电流

(9) 工作电压:5 V

(10) 工作电流:典型值15 mA, 最大值30 mA (16欧姆)

2系统构成

本语音电路作为火控计算机的一部分, 主要是对目标距离进行实时报读, 供指挥人员提供观察和决策, 以选择最佳时机发出击发命令。语音电路组成框图如图1所示。由火控计算机主机发出RS232电平信号, 经电平转换后, 为单片机AT89C52所接收。单片机AT89C52一方面控制高亮度数码管显示状态信息, 同时控制语音芯片ISD1420实时报读目标距离, 为指挥人员提供提示。

3语音信号控制

3.1语音电路特性

选用语音存储/再生芯片ISD1420。该电路采用EEPROM存储方法将模拟语音数据直接写入半导体存储单元中, 具有音质自然、可反复录放、抗干扰、低功耗等许多优点。ISD1420放音时间为20秒;最多可分为160段, 每段段长最少125 ms;输入采样6.4 kHz;100 000次录音周期;5 V单电源供电, 放音电流15 mA, 维持电流0.5 μA。完全满足设计需要。

ISD1420芯片地址引脚 (A0～A7) 输入有双重功能, 根据地址中的A6, A7的电平状态决定A0～A7的功能。如果A6, A7有一个是低电平, A0～A7输入全解释为地址位, 作为起始地址用。地址位仅作为输入端, 在操作过程中不能输出内部地址信息。根据 PLAYL、PLAYE或REC的下降沿信号, 地址输入被锁定。如果A6, A7同为高电平时, 它们即为模式位 (见表1) 。

使用操作模式有两点要注意:

(1) 所有初始操作都是从0地址开始, 0地址是1420存储空间的起始端, 以后的操作可根据模式的不同, 而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换或进入省电状态时, 地址计数器复位为0。

(2) 当PLAYL、PLAYE或REC变为低电平, 同时A6, A7为高电平时, 执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止, 这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。操作模式可以与微控制器一起使用, 也可用硬件连线得到所需系统操作。

通过以上介绍可知, 160段对应着160个地址, 由A0～A7组合产生。要实现分段播放先要进行录音, 录音可以采用高级的声音处理软件一次把声音灌进语音模块里头也可以采用分段录音的方法进行分段录制。在使用ISD1400系列的语音芯片时, 应注意在REC和VCC之间接一个0.1 mF的电容, 以防止在上电时出现录音操作而破坏原来录制的信息。

根据火控计算机系统报读的需要, 放音内容为军用数字发音:“幺、两、三、四、五、六、拐、八、勾, 洞”。我们利用A0～A7引脚的地址功能, 通过声音处理软件结合ISD1420开发录放板, 一次把声音灌进语音模块ISD1420中。这样每一个数字发音都对应一个内部存储空间。可以通过调整语音芯片的地址 (P2口控制) 来选择合适的数据播放。

由于在户外使用, 要求发出的声音具有一定的响度, 即要求语音电路有较大功率输出。语音芯片ISD1420内部输出级带有放大器, 其直接的扬声器驱动功率为12.2 mW (16 Ω负载) , 这距离我们的实际需要相差很大, 通常1 W以下的扬声器可用LM386、D2283 D2822、MC34119、TA7368等芯片驱动 , 1 W～10 W的扬声器用TDA2003、LA4440芯片驱动, 因此后级功放必须保证能在低电压下输出大功率信号, 以推动扬声器发声, 在这里我们选用了LA4440芯片驱动。

3.2语音电路构成

语音部分电路设计见图2所示, 在该电路中设计了以单片机89C52为核心的语音报读电路, 89C52的P2口用来实现地址选择, 放音时先由软件给出一个地址, 就是一个语音段首址, 在这一放音过程中地址是不能变化的;LA4440为音频功放电路, 将ISD1420 的音频输出放大推动喇叭, 通过调整电阻R1的阻值可控制音量大小;语音芯片ISD1420周围的RC电路主要为了减小噪声的影响;MAX813L则作为看门狗电路为单片机AT89C52提供上电复位和运行监控。

MAX232将火控计算机主机送过来的RS232电平信号转换成TTL电平并送到单片机AT89C52, 单片机AT89C52对火控计算机主机的状态信息实时显示并进行报读, 通过引脚P3.6控制ISD1420的放音, P2口用来调整放音地址。通过按地址分时播放就可以实现分段播放了, 而分段播放的最大优点是可以只要一些基本的声音就可以合成一段话。这样可以节省语音模块的空间, 提高产品的灵活性, 降低生产成本。分段播放可以用在一些发音的基本元素不多, 但组合发音变化比较多的地方。

4软件设计

AT89C52的软件设计相对简单。主要包括与火控计算机主机的串行通讯程序 (11.0592 MHz晶振、4800波特率、八位异步方式) , 放音控制程序, 显示控制程序及看门狗程序。

放音控制程序根据火控计算机系统的要求及实际情况, 只对火控计算主机传送来信息的目标距离量进行实时报读。目标距离是实施射击和掌握开火时机的重要依据。它的报读原则是:“远距离报读间隔大一些, 近距离报读间隔小一些, 开火报到点上”。报读时, 根据目标快速运动的特点, 可以省略报读字节, 提高反应速度和报读的清晰度。电平控制放音中开始地址和播放时间也是必不可少的, 只要控制了这两个参数就可以确定播出内容。

5结束语

按上述方法设计出的语音电路报读电路在某火控系统中得到实际应用, 实践证明运行可靠、准确, 具有一定的使用价值。

参考文献

[1]张友德, 赵志英.单片微型机原理、应用与实验[M].上海:复旦大学出版社, 1992.