电路分析实验（精选11篇）
电路分析实验 篇1
摘要：在电子电路实验中, 模拟电子电路是实践性较强的专业基础课, 并且其理论性也同样相对较强, 在实验中, 不但会应用到电子电路的基础理论知识, 同时还会涉及到物理学、数学以及电子学等全面性的知识。通过模拟实验, 能够达到对理论知识的加深, 让学生能够更好的理解知识, 深入掌握所要学习的重点, 并对各类典型电路以及实验中所应用到的原理以及范围予以充分的认识。所以, 对电子电路实验中所应用的方式方法进行研究和探索是十分必要也是具有价值的。
关键词：电子电路,方法,实验
电子电路实验看上去很容易, 但是在模拟实验中并非像表面那么简单, 就如同中学教学中的物理实验, 在实验完成后边马上可以将实验报告做出来。而模拟电子电路则不同, 模拟实验会涉及到很多很复杂的知识体系, 并且电路相对复杂, 电路中也存在各种接法, 因而不容易完成, 所以对模拟实验中所需要应用到的方法进行研究具有重要的价值, 也具有重要的意义。下面文章便针对模拟电路实验从不同的角度进行分析探讨, 对实验中所需要的方法进行深入的讨论。
电子电路实验的主要任务是培养学生的实践能力、研究与创新能力, 因此要突出基本实验技能、科学实验方法的训练, 突出电路设计与电路实现能力、使用计算机工具能力的培养, 突出研究、探索和创新精神。为此, 电子电路实验的课程体系与内容需要不断地改革。
1 基础理论的重要性
实验时检验理论的重要方式, 但是理论同样重要, 可以减少实验中的盲目性。因而在实验前, 教师需要令学生充分的掌握课本中的理论知识, 这是进行实验的前提条件, 如若不然, 在实验中, 学生就无法理解实验内容, 加大实验的难度, 既浪费了实验, 也浪费了实验机会。所以在电子电路的实验学习中, 理论知识的学习非常重要。
例如:在电子电路的模拟实验中有关应变片的实验, 教师在进行实验前需要将各种电路的接法对学生讲解清晰, 让学生都清楚的认识到各种接法后才能进行实验, 若是学生仍旧不清晰, 并且将问题带到了实验中, 在实验中进行电路接法的摸索, 将会对实验进度以及实验结果造成极大的影响, 会浪费大量的时间, 是的模拟实验事倍功半, 降低了学习的效率, 也失去了模拟实验的意义。另外, 在进行电子电路的模拟实验过程中, 应当以学生作为实验的主体, 教师仅仅是作为辅助的角色, 在实验中对学生进行指导, 并且还应当指引学生在实验中亲力亲为, 将每个步骤都按照要求完成, 并将实验中所遇到的难题以及细节弄清楚, 搞明白。并在实验后提醒学生自习思考, 对实验中的理论知识进行复习, 以此加深学生对于知识的理解和认识, 令其更好的记住知识。若是, 只做完实验就完了, 而没有后期的知识巩固, 那么很快学生就会将实验中应用和学习到的东西忘掉, 这样实验就白做了。另外实验中, 教师还应当对学生进行引导, 使学生体会实验的要领, 并在实验中切身的体会, 获取到一些书本上学不到的知识, 使得学生在实验中培养自我思考以及创新的精神, 拓宽视野, 认识到自己所学的知识的广阔性和趣味性。
另外, 进行实验的时候需要注意, 不能够盲目的进行实验, 这里所说的盲目即不能单单重视实验的效率以及进度。在进行模拟实验时, 教师必须引导学生仔细的进行实验, 尽可能的减少盲目性, 在保证实验效果和质量的同时, 在去考虑效率问题, 例如有些学生为了快速完成实验, 在一开始就急于赶进度, 结果不但达不到高效率的结果反而越做越乱。这时教师就需要出面进行引导, 同时也还需要对一些墨守成规的学生进行指引, 使其发挥自我创新的精神。只要实验原理搞清晰, 那么模拟电路实验时间应当游刃有余。
2 合理地选择实验电路, 并且进行正确的安装
合理地选择实验电路, 就应该结合具体的实验要求, 同时根据模拟电子电路相关的理论知识来查阅模拟电子电路有关资料, 画出电路原理图, 必要时画出实际连线图。正确的安装实验电路, 就应该将实验用的有关元器件、集成电路插在实验面包板或实验箱上进行电路搭试。在搭试的过程中, 必须严格根据事先设计好的电路原理图来执行, 并且在这一过程中, 防止出现接线错误和漏接。与此同时, 必须认真地核对具体的电路参数等, 并将相关参数置于可视位置, 为后续的检查提供便利。在正确的安装实验电路的基础上, 必须结合事先设计好的电路图来进行认真的检查, 避免出现电路安装错误所导致的不必要的麻烦。
3 科学合理地调试电路并且排除故障
调试电路和排除故障的主要流程是:对于一般实验电路, 如果发现输出是零, 那么, 必须确定公共地线是否已经正确地连接、直流电源是否被正确地储存在电路的电源端上、交流输入信号是否被正确地储存在电路的输入端上。如果发现非振荡电路的输入信号为零、输出信号不为零, 那么, 模拟电子电路就存在着自激振荡, 在这种情况下, 必须通过示波器来对于其波形进行观测。如果模拟电子电路有信号输入而输出不正常, 那么, 必须先检查电路的直流工作状态, 再检查电路的交流工作状态, 也就是说, 必须先检查电路的直流工作点是否合适, 如果直流工作点没有达到设计要求, 那么就需要对其进行进一步的调整, 使其最后的调整结构符合设计要求, 达到设计的直流工作点, 并在此基础上, 进行详细的检查, 检查的目的是为了保证电路中从输入至输出中素有的交流工作都能够稳定运行。通过分析研究可以看出, 电路中出现自激振荡的原因包括以下几点:首先, 在电子电路的模拟实验中, 直流工作点的设置状况会对电路的整体运行造成影响, 若是直流工作点的设置没有按照标准要求予以设置, 那么必然会产生自激振荡现象;其次, 电路在运行的过程中会受到外界的因素干扰, 从而产生自激振荡现象, 尤其是外界出现干扰信号的情况下, 自激振荡现象更为明显;最后则是其自身形成了能够产生自激振荡现象的条件, 这些原因都是造成电路在运行中产生故障的原因。因而在排除故障的过程中必须准确的判断故障产生的原因, 并针对性的提出故障排除方式。
4 结语
通过上述分析可以看出, 电子电路模拟实验具有综合性, 且实验中会设计多角度内容, 因而对于其模拟实验中应用到主要方法进行探讨具有重要意义, 能够有效提高教学质量, 加强学生对于知识的理解。虽然电子电路实验具有较大的难度, 但是针对一些基本实验以及核心课程应当安排足够的时间, 令学生能够充分掌握。例如:单级阻容耦合放大电路的实验, 应当有足够的课时进行复习和掌握仪器的使用方法、电路的调试方法等。因而, 专家应当针对电子电路模拟实验的方式进行新的探索和研究, 从而更好的发挥实验的作用, 引导学生的学习, 最大限度的提升学生的实验技能。
参考文献
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电路分析实验 篇2
摘要：本文介绍了重庆邮电大学数字电路实验课程组对数字电路实验教学的改革和实践思路，通过梳理课程内容，增加基本技能训练环节，引入现代电子设计技术，并配套包括教学资源建设，教学模式改革以及考核方式改革等。
关键词：数字电路实验;课程内容;教学资源建设;考核方式改革
重庆邮电大学是以信息技术为特色和优势的以工科为主的高等学校，数字电路实验是我校大部分专业的基础课程，关系到后续专业课程的进一步学习，在学生工程实践能力的培养中占有举足轻重的作用。
一、存在的问题
数字电路实验教学内容以基础、经典知识点和传统设计方法为重，缺乏对现代电子技术的引入。课程内容采用固定功能元器件完成简单功能小系统的设计与搭建，这种方法有利于学生熟练掌握硬件电路搭建的规范、熟练掌握固定功能数字芯片的逻辑功能、有利于锻炼学生硬件故障的分析和排查能力，但是由于受传统技术的限制，学生很难设计实现较大规模的.、功能复杂的数字综合系统。随着电子技术的进步，相继出现了EDA、PSoC等各类新技术并成为数字系统设计的主流技术，数字电路实验教学急需引入现代电子设计技术，使教学和实践训练能够有效地向后续课程延续。
二、教学内容改革
针对以上问题，课程组以学生工程能力培养为目标，对数字电路实验教学内容重新进行了梳理，归纳基本技能训练内容，引进现代电子设计技术，完善课程知识架构。数字电路实验内容包括“基本技能———单元电路/小系统(传统)———综合系统(现代)”三部分：
1.数字电路实验基本技能，指完成数字电路设计、搭建、制作、调试等需要掌握的基本能力，包括常用仪器仪表的使用，常用数字器件的识别，面包板的使用，数字实验平台的使用等，这些内容简单但是非常重要，是后续学习的基础，需要学生反复实践才能熟练掌握。这部分内容从课上教师集中讲解改为课前学生自学练习掌握，配套相应的考核，充分调动了学生自主学习能力，切实夯实实验基础，优化课上实验教学内容，有效解决课上学时有限却需要增加实验内容的问题。
2.保留并优化基于传统固定功能芯片的数字电路实验内容，以小系统小项目的形式组织实验内容，强化训练低年级学生硬件搭建、故障定位和排查能力。
3.增加现代电子设计技术，以综合性较高的项目为引导，帮助学生掌握“自上而下”的数字系统设计方法，掌握FPGA硬件平台的使用，开发软件的操作，综合系统的调试等。
三、配套教学改革
1.丰富教学视频资源，自制实验教学平台，有效保障实验教学开展。由课程组教师亲自演示和讲解，录制数字电路实验基本技能视频16个，总时长100分钟左右，每个演示视频短小精悍，学生可以利用碎片化时间进行反复学习，然后到开放实验室进行实际操作练习。丰富的视频教学资源可以帮助学生快速、有效地掌握各项基本技能。课程组开发制作了一些与教学配套的硬件平台，包括简易数字电路实验平台和FPGA实验平台。简易数字电路实验平台用于支撑传统实验教学内容，与市面上大部分数字电路实验箱相比，简易数字电路实验平台裁减掉可以由标准仪表提供的功能，例如直流电源模块、信号源模块等，只保留了完成数字电路实验需要的最为基础的功能模块：高低电平的产生模块和高低电平指示模块。平台小巧方便携带和使用，学生人手一块。FPGA实验平台用于支撑基于FPGA的数字电路实验项目的开展，平台提供丰富的外设资源，便于设计复杂的综合性较高的数字电路实验项目。
2.改革实验教学模式，采用视频教学+集中授课+开放实验+仿真实验的多样性教学模式，互补优势，提高实践教学效果。在基本技能训练阶段，要求学生自学，学习内容简单，需要反复练习才能熟练掌握，所以采用视频教学+开放实验的模式。基于传统设计方法的小系统设计和基于现代电子设计技术的数字系统综合设计，需要学生课前仿真完成预设计，课上完成硬件实现和调试，课后完善和补充系统功能，所以配套仿真实验+集中授课+开放实验的模式。
3.改革考核方式，制定评分标准，注重过程化管理，合理评价学生课程掌握程度。课程考核主要包括三部分：
(1)数字电路实验基本技能，采用技能考核的方式，学生抽取试题，按要求完成任务，教师根据学生完成情况现场测评，考核不合格者不允许进入下一阶段学习。
(2)基于传统技术的小系统设计和实现，采用实验考试的方法进行考核，考题覆盖所有已授内容且有难易度区分，学生抽选考试题目，自行选择题目难易度，根据题目要求完成设计、电路搭建、测试以及数据记录和分析等，老师现场评测各项指标并按评分标准评定成绩。
(3)基于FPGA的数字综合系统设计和实现，采用系统综合测评的方式进行考核，综合测评包括系统基本功能、扩展功能、学生答辩、实验报告等。
四、结束语
课程组分析了本校数字电路实验课程存在的问题，从改革教学内容出发，配套实验教学资源、实验教学模式和过程化考核方式等改革。实践结果表明，基本技能的训练，将现代电子设计技术引入课程，增加数字系统综合设计，有效地夯实了学生的基础，锻炼了学生的动手实践能力。
参考文献：
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电路分析实验 篇3
关键词：闭合电路欧姆定律；教学；电源和电表；电路
中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1002-7661（2011）03-0147-4
文章先讨论“测电源电动势和内电阻”的系统误差（由实验仪器设计不完备、理论和方法有缺陷等因素造成的误差），重点是讨论由原理的设计所造成的误差。
一、电源和电表的内阻的存在对实验结果的影响
如图1所示，用伏安法测量电阻R的值，理论上结果是：而实际结果并非如此，由于电流表具有内阻，电压表的分流作用，使得测量结果不准确。由于电流I的减小，以及串联了一个电流表的内阻，因此测得到的R值将大于实际值。
又如图2所示，在测量电源内阻时，读出电压表的示数U（如图2所示），则理论上E=U，而实际上应该是U 可以看出，当 时；又当r增大→ 也增大。这样， “直测法”中有效减小误差的办法是：（1）用电阻尽量大的电压表（但要注意量程的适当选择）；（2）用于测量新电池的电动势（内阻较小）。 该方法的不足之处在于：不可测电源的内电阻。 下面我们再用图象法来分析，根据串联电路的分压原理（如图2’）得， 。 据等式可以作出U—R图像（如图3所示）。由图示可知，虚线描述为U=E时图线的一条渐近线。 图3 当 时， ；因此测量结果一定有误差。由此图象我们还可以求出内电阻r的值。由上式可以知道：当 时， 。 不过这仅是从理论中推导出来的结果，与用实验方法得到的结果是有所不同的。 二、由于电表内阻的存在影响了电源的内阻测量 1．内接法的误差分析 如图4所示是学生做实验的首选方法，此电路图和伏安法测电阻R的内接法是相同的。于是好多学生就认为电阻（滑线变阻器）的阻值一般就是几十欧或几百欧，所以由伏安法测外电阻的电路选择依据应选择外接法（如图5所示）。 圖4图 5 这说明学生没有明确实验的目的，更没有理解用闭合电路欧姆定律为基础的实验原理。我们这里不是测外电阻，而是测电源的电动势和内阻。 如图4，在实验中改变了滑动变阻器的阻值测量两次，得到了两组数据( U1，I1 )、(U2，I2 )，由闭合电路欧姆定律 , 得： 这样就可以计算电源的电动势E及内电阻r。 把图4改为图6的等效电路以讨论实验误差。如图4所示：RA和RV分别是电流表 及电压变 的内阻，此时两电表没有电阻而变为理想表。根据串并联电路的电阻关系，可以得到外电路的总电阻值R， ；由电路（图6）特点， 有关系式： 在实验中测量到的两组数据 ( U1，IA1 )、 （U2，IA2 ），分别代入至闭合电路欧姆定律 中可得： 用（3）式来讨论电动势E的误差：当RV→∞时，（3）式变成我们熟知的（2）式， ，很明显， ＜ ； 所以用（2）式计算的结果是偏小的，且RV越大则误差越低。我们来看误差 [用（1）式和（2）式作代换]： 。 整个计算过程中没有用到RA，所以RA不会引起误差的，这是因为RA可以合成滑动变阻器R0的一部分（如图6所示）。 图6 把（4）式的分子和分母同除以（ ）可得： 。 在RV→∞时该式变成： （5） 可见（5）式与（1）式在形式上是相同的，很明显： < 。 所以（5）式测量的结果偏小，而且RV越大误差越小。我们可以求出误差 （用第（5）式作代换）： 结论：用电路图4测量的电动势和内电阻都是有误差，并且都由电压表内阻所引起的，只有当电压表内阻足够大时误差才会减小。 2、外接法的误差分析 将图5改为图7所示的等效电路来讨论实验误差。 图7 如图7所示： 又： 测两组数据( UV1，IA1 )、(UV2，IA2 ) 将其分别代入闭合电路的欧姆定律： ， 可得：（6） 由（6）式分析对比 与 （7） 由于 我们可得结论：由图5测量电源电动势E在原理上不存在误差的（ ）。 由（7）式分析：当RA→0时，变成：（8） 显然： > ，所以利用（8）式计算的结果偏大。 我们来计算误差 ， 。 图5中测量的电动势没有误差，只有内电阻存在误差（偏小）；而从形式上看图4测量的电动势和内电阻都有误差（偏大）。那么，我们为什么不用图5来做实验呢？因为实验测量不但要看有没有误差，更是要看测量误差的大小，追求最小的误差是实验的重要目标之一。 根据实验室中的仪表参数，计算“外接法”与“内接法”中 及 的范围。电压表的内阻一般在 ～ 之间，电流表内阻一般在 ～ 之间，新干电池内阻约 （我们的仪表的精度测量不出来），一般都是测量旧电池的内电阻（约 ～ ）。计算出“内接法”测量误差 和 范围均在10-5V（Ω）～10-4 V（Ω）之间；而“外接法”的测量误差 范围在 ～ 之间。 计算相对误差： 及 （带上标的物理量表示测量值，没有上标的表示真实值）。根据学生的实验结果统计，“内接法”测量的相对误差在10％之内，而“外接法”测量的相对误差可达40％以上。以上数据充分表明：测量电源的电动势和内电阻选择图4是肯定的。 下面用图像来讨论实验误差，较为形象直观，也能减小误差（图线是取了所有测量值的平均值）。实验中我们测出几组（U，I ）值，根据U=E-I r ，来作U－I图像，得到一条倾斜的实直线（虚线为修正后的理论图线），“内接法”如图8显示，“外接法”如图9显示。 图8图9 如图4由于电压表内阻RV分流IV，使电流表指示值，电流I小于电源输出电流I真，I真=I+IV，因 ，则U越大，IV也越大，他们的关系如图8所示。实测的图像为AB，经过IV修正后的图像为AˊB，可以看到AB的斜率绝对值及在纵轴上的截距都小于AˊB，即实测的r和E都要小于真实值。 在图5中，因为电流表内阻RA分压UV，使电压表的指示值UV小于外电路的总电压U，U= UV + UA，而且UA=IRA，I越大则UA越大，他们的关系用图9表示。实测的图像为AB，经过UA修正后的图图像ABˊ，可以看出图像AB的斜率绝对值大于图像ABˊ，在横轴上的截距小于图像AˊB，即实测的r值大于真实值，而E真=E，没有误差值。 小结：经过以上分析，上述测量法都存在误差，能找到没有误差的测量方法吗？当然，一点误差也没有的测量法是没有的，我们只能让误差尽可能小一些。 三、補偿法消除电表内阻对测量电源内阻的影响： 综合上述电路中存在误差的原因：是各电表存在内阻——电压表内阻RV不是无穷大，而电流表内阻RA不是无穷小。因此推荐两种可以消除电表内阻影响的方法，一般称其为“补偿法”。 图10 图11 方法一：如图10所示：分压器R1的滑动端C通过灵敏电流计G及待测电阻R的B端相连，调节C点位置使得灵敏电流计G中无电流通过，此时UAB=UDC，用电压表测得DC间电压，就是电阻R两端的电压，而流过电流表中的电流仅仅是流过电阻R的电流IR而无通过电压表的电流IV，经过UDC与UAD的电压补偿，把电压表从AB间移至DC间，从而就消除了由于电压表中通过电流而引入的误差（其中加入电阻R2是为了使滑动端C不在R1的一端，方便调节）。 方法二：如11图所示原理：EX是被测量的电源，ES是标准电池（其电动势非常稳定并且已知值），而E是工作电源，AC为一段均匀电阻丝，上面有一滑动触头B，其中G是灵敏电流计，先将开关K置于“1”方，移动触头B使电流计指示为零（达到平衡）， 这时D和B点的电势相等： EX=UAB。 假设流过AB的电流为I，则有： UAB=RABI EX=RABI（9） 再将开关置于“2”方，一般ES EX， 则平衡将被破坏，调节触头B至另一点 以重新达到平衡，则有： （10） 两种情况下G都无电流，则以（9）除以（10）有 ，其中 ， 为AB和AB’长度，测之可求EX。 当然，上述方法中由于电路接触电阻，电表线性的好坏，电源的不同标准，及操作原因等等，也会产生相应系统误差及偶然误差，但相对来说在原理上已经改进很多了。 通过上述的分析讨论，我们明白了选择电路和处理结果的依据：要误差最小。同时还加深了对闭合电路欧姆定律的认识理解，希望此文可以为广大学子在学习上带来一些帮助；也希望能有助于教师在以后的教学中更好地把握重点，解决难点，让我们的教学更加出色。 四、测电压表内阻的几种方法 1．伏安法测量 理想电压表的内阻视为无限大，但实际使用的电压表内阻并不是无限大。由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电压表的内阻，采用分压式接法，电路图如图12所示，电压表与电流表串联，多次记录电压表和电流表的示数，利用U-I图象即可得出电压表的内阻。 图12 图13 图14 2、伏伏法测量 所谓伏伏法就是在电流表不能用或没有电流表等情况下，要考虑两块电压表并用的方式测量电阻。在设计电路时，既要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器的连接方式。 （1）、伏伏串联测量设计的电路图如图13所示。两电压表的内阻都远大于滑动变阻器的最大值，采用分压式接法。电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U1，两表串联电流相等， 有 ，得 。 （2）、伏伏法并联测量：如图14所示。闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱1的阻值，待测电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2，电阻箱1的阻值为r1，根据串并联电路 的特点有 ，可得表达式 。 3．利用半偏法测量 用如图15电路图，实验方法和步骤是：①按电路图连好。②使滑动变阻器的触头在a端。③将电阻箱的阻值调到零。④闭合开关。⑤滑片向b移动使电压表的指针达到满偏。⑥调节电阻箱的阻值，使指针达到半偏，读出电阻箱的电阻值，即为电压表的内电阻值。 图15 4．用电源和电阻箱测量 图16 实验的电路图如图16所示，闭合开关，调节变阻箱的阻值分别为R1和R2，读出相对应的电压表的示数分别为U1和U2，根据闭合电路的欧姆定律有 和 ，两式联立整理得 。 五、消除电源内阻对测量电路影响的方法 方法一、伏安法等效替换测量：实验电路图如图17所示，双掷开关与a相接，适当调节滑动变阻器的阻值，记录电流表的示数I，再把双掷开关与b相接，调节变阻箱的阻值，使电流表的示数也是I，此时变阻箱的阻值就与电压表的内阻相等。 图17 方法二、伏伏法等效替换测量：实验电路图如图－7所示，双掷开关与a相接，两电压表串联，共同分享3V电压，记录电压表V2的示数U1。开关k与b相接，适当调节变阻箱的阻值时，电压表V2的示数会发生相应的变化，当电压表V2的示数与U1相同时，电阻箱的阻值R与待测电压表的内阻等值。 参考文献 [1] 魏建军，王建峰.测电压表内阻的六种方法[J].物理教学探讨.2006(20). [2] 吴云坤.电源电动势和内阻实验误差分析[J].新课程（中学）.山西出版集团，2009(8). [3] 张春来.测电源的电动势和内阻的常见方法[J].科技资讯.2008（14）. [4] 朱伟华.伏安法“测定电源的电动势和内阻”的系统误差分析与消除[J].中国教育技术装备.2009（16）. 实践教学环节是全国理工类专业教学的重要组成部分,教育部颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中明确提出,要着力提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。培养具有实践创新能力的应用型、实用型人才是三亚学院“让学生更好地走向社会”办学理念的具体体现。笔者以国家教育发展纲要为指导,紧密结合三亚学院的实际情况和特点,在对“电路分析基础”实验教学进行分析的基础上,提出了改革与创新。 二、课程现状 “电路分析基础”课程系统讲授了电路理论中的基本概念、基本定理和基本分析方法。是电信、通信和测控等专业的第一门专业基础课程。三亚学院“电路分析基础”课程原有80学时,理论64学时,实验16学时。实验内容共分8个实验项目,其中基础性实验1项,验证性实验7项,缺少综合设计性实验项目;实验环节监控力度小,实验管理制度有待完善;实验考核方式随机性较大,不能非常公平、公正地反映学生的实际情况。 三、改革与创新 1. 改革目标 围绕“应用型、实用型”人才培养目标,结合“3+3”实验教学模式,通过课程内容体系、监控体系和评价体系等方面的建设,将“电路分析基础实验”课程建设成为一门操作规范,内容完整,实用性较强,具有一定综合设计性实验项目的重点实验课程,为后续课程及电子竞赛奠定基础。 2. 措施 (1)内容体系改革。在保证原有的实验项目不变的前提下,根据学生已有的基础知识设计2个符合学生实际的综合设计性实验项目——“多地开关控制电路分析”和“电流表和电压表的设计”——供学生选择。实验项目4学时,由学生独立完成。在综合设计性实验项目中,引入虚拟仪器技术,通过ELVIS教学平台将电路设计、电路实现及电路测试等一系列环节融为一体,为学生今后参加电子设计竞赛及更好地走上工作岗位奠定了良好的基础。 通过内容体系的改革,完善课程体系建设,培养学生动手能力、独立思考能力和创新能力。 (2)监控体系改革。根据多年教学实践的经验及实验设备的特点,将现有的管理制度体系进一步完善,修订相关制度和规定,使实验操作流程更加规范;进一步明确教师、实验管理员和学生的职责、权利及义务,将责任落实到位,为妥善保管和合理使用实验设备提供完善的管理制度。 根据实验的内容,加强课前预习检查、实验原理及实验注意事项讲解、实验过程监控及实验分析、总结和实验报告批改等教学过程的管理;制定“凡无故缺席实验的同学最终成绩为不及格”的规定,杜绝学生无故旷课;通过提问考查学生预习效果;通过实验过程的监督考查学生实验的掌握程度;通过实验报告的批改考查学生分析和总结实验的能力,从而提高教学效果。 通过监控体系的改革,加强教学过程的监控,培养学生科学、严谨的实验态度。 (3)评价体系改革。通过制定实验报告评价标准、实验操作评价标准、课程总体评价标准,对学生进行定质定量的考核,促使学生达到更高的标准。 课程期末成绩由每个实验的成绩按比例计算得出。实验性质不同,则实验成绩在期末成绩中的比例不同。基础性实验和验证性实验(共6个)每个实验10分,综合性实验和设计性实验(共2个)每个实验20分,期末成绩总分为100分。基础性实验和验证性实验中实验操作分占50%,实验报告分50%;综合性实验和设计性实验实验操作分占70%,实验报告分30%。 不同内容的实验,实验操作分和实验报告分的评分标准也不相同。例如,“多地开关控制电灯电路设计”实验项目的实验操作分的评分标准为:①预习实验(10分);②能独立设计要求的电路(30分);③能独立实现所设计的电路(30分);④独立完成实验报告,回答思考题(30分)。 设计性实验的实验报告分评分标准为:①实验目的明确,实验仪器的型号和规格正确(5分);②实验原理表述简洁、准确,主要电路原理图画法规范,主要公式准确,参数含义清楚(5分);③实验内容设计合理、安全,设计的电路原理图正确,电路参数准确,原始数据的测量合理、准确(30分);④实验数据处理过程规范、正确,实验误差的计算准确,实验结论图画法标准、正确,实验数据能得出所设计的结论(30分);⑤实验小结能正确总结所设计的方案,并能通过实验结果对所设计的方案提出较合理的改进,能正确回答实验思考题(30分)。 不同性质实验的实验报告评分标准不同,因此实验报告的模板也有所区别。四种性质实验的实验报告评分分配如下表所示。 评价体系中“实验报告评价”和“实验操作评价”包含了对所有监控体系中教学环节的评价标准。通过“内容体系”“监控体系”和“评价体系”三个体系相互联系,融合一体,形成一个完整的课程考核体系,如下图所示。 (4)其他改革。加强教师队伍建设,通过与本校及外校教学经验丰富的优秀教师讨论和学习,提高青年教师的业务水平和研究能力;通过对现有实验项目的改进和综合设计实验项目的开发,加强实验教学研究能力;通过对现有实验设备的检查及损坏率的统计,对现有实验设备进行维修及完善补充;并根据综合设计性实验项目的内容购买所需的电子元器件,构建电子元器件库;根据实验设备、实验内容的具体情况,编写符合本校学生使用的实验指导讲义。 四、结束语 课程考核体系实现实验操作管理、实验报告评价和课程评价“有法可依”;根据不同的实验内容和实验性质,制定的不同实验报告模板,实现实验总结“有规可循”;编写与实验设备及实验内容相配套的实验指导书,实现实验操作“有案可查”。 通过教学改革,课程的教学卓见成效,学生通过实验不仅验证了理论知识的正确性,加深了对理论知识的理解,同时也增强了学生动手的能力和独立思考的能力。教学改革实施以来,已有十多个学生获得全国及海南省大学生电子设计竞赛的多个奖项。 参考文献 [1]李晓冬.电路分析基础实验教学的改革与实践[J].科技信息,2009(33). [2]韩冰,钟洪声.电路分析基础课程实验教学的探讨[J].实验科学与技术,2005(S1). 摘要：针对高频电路实验干扰大，实验现象不明显，学生总体兴趣不大等问题，根据多年来的高频实验教学经验，介绍了在实验教学中培养学生实验兴趣，改进高频电路实验教学方法的一些探索与实践。 关键词：教学改革；高频电路；实验兴趣；创新 作者简介：徐善永（1983-），男，安徽淮南人，安徽理工大学电气与信息工程学院，助教；黄友锐（1971-），男，安徽淮南人，安徽理工大学电气与信息工程学院，教授。（安徽?淮南?232001） 中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0090-01 高频电路是电子信息和通信技术类专业一门重要的技术基础课，主要讲述模拟高频信号电路的基本组成、工作原理性能特点及分析方法。特别对通信专业，为后来学习通信原理、移动通信原理等专业课程具有重要作用。[1]高频电路实验课是高频电路理论课的辅助课程，实验内容主要包括调谐放大器实验，高频功率放大器实验，LC电容反馈式放大器实验，晶体振荡器实验，信号的调制与解调实验，集成锁相环及频率解调器实验等。在实验的过程中可以获取丰富的知识和实践经验，有助于理论的学习，加深对理论知识的理解。但高频电路因为受到分布电容、引线电感等分布参数的影响，高频电路实验干扰大，现象不明显，影响学生的学习兴趣，学生对高频电路的原理和特性掌握不够好。 一、高频电路实验教学的特点 高频电路是模拟电子技术的延伸，其最大特点是电路元器件的工作环境发生了明显的改变，因此对电路的分析和研究也复杂得多，因此，高频电路实验教学有如下特征：（1）在高频的条件下，电路的电阻、电容、电感的特性都发生了变化。即使做实验用的导线，因肌肤效应，导线的电阻和电感量也会随着频率变化。[2]所以受电路参数的影响,使高频电路实验比较复杂,实验现象不稳定。在实验的过程中可能会因为导线的长短或元件位置的改变都可能造成较大的实验误差。（2）实验设备繁多，学生对实验仪器的使用有难度。高频电路实验所用仪器有高频信号发生器、扫频仪器、失真度测试仪、高频毫伏表等仪器。因高频仪表对于使用的环境要求很严格，但在实验室的环境中，仪器的稳定性大为下降，实验现象不稳定，所以学生感到实验仪器很难用，影响学生的实验兴趣。而且因实验教学的学时有限，一般一周只安排一次实验课程，所以大部分学生经过一周的时间，对于仪器仪表的使用方法已经淡忘。（3）高频电路实验教学的模式单一，开设的实验教学内容都是一些基础性的、验证性的电路，缺少综合性设计性和开发性的实验内容。 二、高频电路实验教学的改革思路 1.调动学生的学习兴趣和主动性 实验教学的目的是通过观察和实验进行学科知识的学习，培养学生的分析问题、解决问题的能力，使学生具有一定的实践和应用的能力。为了使学生能够爱实验，敢实验。在高频电路实验教学实践中，应该努力调动学生的学习兴趣和主动性。伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索。但由于高频电路实验教学的特点，学生在做实验时感到一定的难度，出现了畏难情绪。基于此，为营造和谐愉快的教学氛围，提高学生的实验兴趣，在高频电路实验教学的第一个实验前，为学生演示实际的高频电路装置。如：小型调频发射和接收系统、收音机等装置，让学生亲身感受并参与进来。让学生对高频电路装置有了直观的感受后，然后根据高频电路装置的原理图进行分解，引入实验教学内容，学生就觉得容易理解，引起兴趣。[3] 2.优化实验项目 目前，高频电路实验项目开设的比较单板，创新性实验开设较少，学生只是按照学习机上的固定实验电路，按步骤进行的验证性实验，实验缺乏创新性。实验教学要和理论教学相互依托，以培养学生的实践能力和创新能力为目标。要发扬“以人为本、夯实基础、提高能力、激发创意精神”的教学理念。除了学生必做的基础性实验以外，一定要有综合性、设计性的实验项目，与各种教学模式相结合、与科研项目相结合，把培养学生的创新意识作为实验教学的主要任务。 （1）制定合理的实验教学内容，改进硬件电路。高频电路实验课所使用的设备比较多，所用设备都比较复杂，学生在短时间里不能很好的掌握和应用，对实验的进度有很大的影响，而且由于实验课程的不连贯性，等一次实验课程结束，再等下一次实验课的时候，大部分学生对实验仪器的实验已经忘的差不多了，针对这个问题，在实验课程内容的安排上应做出相应调整，安排专门的一次实验课程来认识和熟悉实验仪器，并在每次实验课程开始时在对本次实验所用到的仪器再次进行说明，使学生能更好的熟悉实验仪器的实验。 针对高频电路实验的特点，在实验的过程中要强调测试的方式和方法，由于高频电路受到分布电容、引线电感、高频辐射等的影响，实验的稳定性能差、实验结果误差大，而且在实验室的环境下，各种仪器之间的电磁干扰无法避免。为了减少误差，增加实验结果的可靠性，这就要求学生对实验电路原理要有充分的认识和理解，在理解的基础上进行实验，必须要学会进行实验误差分析，提高实验能力。对于硬件电路的改进，主要是减小高频电路的分布电容、引线电感等的影响。特别是在实验过程中电路引线的使用，要尽量的缩短长度，增加截面积。在连线时，尽量较小平行间的引线长度，增加引线间的距离，以减小引线间的互感和分布电容。 （2）与科研、设计大赛相结合，培养学生的综合能力。高频实验教学项目除了必要的基础性实验，为了培养学生的动手实践能力，在实验项目的设计上要加强综合性、设计性。与科研和设计大赛相结合，以科研促进实验教学，以设计大赛提高学生的动手能力，让学生参与到老师的科研项目中来，积极鼓励学生参加各种设计大赛，不仅可以培养学生的主动性，提高学生的学习兴趣，而且有利于对学生综合能力的培养。 3.引进仿真系统，培养学生的创新能力 以往的高频电路实验都是围绕在厂家生产的高频电路实验箱来完成的，这种实验模式学生动手操作很少，实验的拓展性差，大部分是以验证性实验为主。随着计算机技术发展, 电路仿真软件日益完善，如：SystemView，Matlab 和 LabVIEW 等仿真软件正日益融入许多经典的专业基础课教学中，软件仿真实验内容灵活、设计性强，既与基本理论相互补充，又能与硬件实验相互弥补。[4]将仿真系统应用于高频电路实验教学, 可以克服教学内容和仪器仪表的局限, 使实验更加灵活, 也更有利于提高学生的自学能力和创新意识。实践证明，引入计算机仿真系统，实验教学效果非常好，激发了学生的学习兴趣，提高了学生学习的主动性，使学生易于理解难懂的理论知识，而且有利于提高学生的动手能力和分析问题的能力。 三、结束语 实验教学是培养学生科学的世界观和方法论，培养学生的创新能力、实践能力的重要环节。[5]高频电路实验教学的改革的目的在于培养学生对高频电路知识整体性的把握，通过改进实验教学内容和新的教学方法，培养学生的动手能力和创新思维能力。为培养高素质、创新型的人才做出有益的尝试。 参考文献： [1]张肃文.高频电子线路（第5版）[M].北京:高等教育出版社,2009． [2]宝田.高频电路元件的特性分析及选用[J].电子制作,1997,(1). [3]黄扬帆,甘平,刘晓,等.高频电路实验教学改革的探索[J].实验技术与管理,2011,30(7):285-287 [4]于海勋,郑长明.高频电路实验与仿真[M].北京:科学出版社,2005. [5]王海波,孙青竹.提高实验教学质量的探索与实践[J].实验技术与管理,2011,7(28):174-176 一、基于M C1496平衡调幅电路的工作原理 在高频电子线路中,振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程,而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量电压(或电流)相乘的电子器件。基于MC1496平衡调幅实验电路如图1所示: 图1所示基于M C1496平衡调幅实验电路是由芯片MC1496和电阻、电容等元件组成的双边带调幅电路,载波信号通过C2输入,加在芯片引脚的8、10之间;调制信号通过C3和由R4、R p1、R5组成的载波信号调零电路输入,加在芯片引脚的1、4之间;芯片2、3引脚外接R8(1KΩ)电阻,以扩大调制信号动态范围;Rp2用来调节芯片8、10引脚之间的平衡;调制信号通过三极管V输出(V为射极跟随器,用来提高调幅器带负载的能力)。 假设载波信号电压为: 调制信号电压为: 其中,ωc>>Ω。由于实验电路中采用了由Rp1、R4和R5组成的载波信号调零电路,因此加在MC1496芯片引脚1、4之间的调制信号电压为: 即在调制信号上叠加上了一个直流分量VAB。 根据模拟乘法器的原理,调幅波的数学表达式: 式中K为比例常数。当VAB=0时, 为一个抑制载波的双边带调幅波。 当VAB≠0时, 式中,ma称为调制度, 则: 为普通调幅波。本文即讨论普通调幅波。 二、测量调制度ma的实验方法与误差 调制度ma是一个描述普通调幅波特征的重要指标。它反映了载波振幅受调制信号控制的程度。从式(1)可看出,在直流分量VAB不变的条件下,调制信号振幅越大,调制度ma越大,或者说调幅越深,则高频载波振荡所携带的低频功率愈大。普通调幅波的波形如图2所示: 从图2可以看出,普通调幅波的振幅Um(t)反映了调制信号的变化规律,也称为调幅波的包络,其数学表达式为: 调幅波振幅的最大值Um max和最小值Um min分别为: 故可得: 式(2)即为测量调制度的实验方法。 在实验过程中,在载波输入端加上载波信号 调制信号输入端加上调制信号 其中,f=100Hz~4KHz,VAB=100mV。输出端(OUT)用示波器观察到如图2所示的调幅波波形,测量结果以及根据(1)式计算得到ma理论值和根据(2)式计算得到ma实验值见表1。 表1中,U’Ωm为调制信号经过电容C3后的幅值,ma误差=(ma理论值-ma实验值)/ma理论值。 从表1可以看出ma理论值和ma实验值之间有较大的误差,ma误差比较大,并且随着调制信号频率的降低而增大,当调制信号频率为100HZ时,ma误差高达76%。这时,基于M C1496平衡调幅实验电路“振幅调制”实验结果既不能准确地验证其原理的正确性,也不能给学生正确的实验结论,甚至对学生起误导作用。 三、实验电路的改进与调制度ma实验精度的提高 从图1可以看出,调制信号是通过电容C3和由R p1、R4、R5组成的载波信号调零电路输入的。电容C3是耦合电容,对交流信号有衰减作用,并且这种衰减作用与交流信号频率有关系,对于频率高的交流信号衰减作用小,即容抗小,对于频率低的交流信号衰减作用大,即容抗大。从式(1)中可以看出ma与调制信号的交流分量的幅值成正比,因此造成ma理论值和ma实验值之间有较大的误差。 目前,无线电广播通常采用调幅信号,如语音信号,其频率范围大约为300Hz~3.4kHz,为了减小电容C3对调制信号幅值的衰减,通过对实验电路板多次的对比分析和试验调试,并兼顾实验电路的其它特性,将基于MC1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成22uF~33uF之间,测量结果以及ma理论值和ma实验值见表2。 从表2可以看出ma理论值和ma实验值之间的误差大为减小,在300Hz~4kHz频率范围内,ma误差减小到不超过10%。比较表1和表2所给出的相关结果不难发现,将实验电路电容C3的电容从原来的10uF改变成33uF以后,电容C3对调制信号幅值基本上没有影响,衰减作用很小。因此,实验结果调制度ma的实验精度大为提高,调制信号频率为300Hz时,ma误差从原来的41%减小为8%,调制信号频率为4kHZ时,ma误差从原来的11.6%减小为0.3%。 四、结束语 本文讨论了基于M C1496平衡调幅实验电路的工作原理,推导了调制度ma理论值的计算公式,介绍了利用基于M C1496平衡调幅实验电路测量调制度ma的实验方法,针对ma误差较大问题进行了分析,将基于M C1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成22uF~33uF,给出了C3=10uF和C3=33u F时的实验结果。实验结果表明对实验电路的分析是正确的,提出的改进措施是有效的。实验电路改进以后,ma实验值与ma理论值的误差大大降低,实验精度大为提高,因此能准确地验证基于MC1496平衡调幅实验电路的工作原理,给学生正确的实验结论,有助于更好发挥实验教学的作用,加深学生对基本概念的理解,加强学生对基础知识的掌握。 摘要：文章介绍了基于MC1496平衡调幅实验电路的工作原理和实验方法,推导了调制度理论值的计算公式,对实验结果调制度m a实验值与理论值的误差进行了分析,指出了造成误差的原因,提出了减小误差的方法,将基于MC1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成33uF。本文给出了C3=10uF和C3=33uF时的实验结果。实验结果表明,调制度ma实测值与理论值的误差大为减小,调制度ma的实验精度大为提高。 关键词：电子技术,调幅,调制度,电容 参考文献 [1]阳昌汉,谢红,宫芳.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,2006 [2]樊昌信,宫锦文,刘忠成.通信原理及系统实验[M].北京:电子工业出版社,2007 [3]高吉,易凡,丁文霞,等.电子技术基础实验与课程设计[M].北京:电子工业出版社,2005 [4]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,1979 电路分析基础实验是我校面向电类工科专业开设的第一门专业基础实验课。该课程学时短———只有16个学时,要求高———要求学生熟悉多种常用电子测量仪器的使用方法,学会常用元器件的识别测量、掌握电路分析各基本理论的实验验证,在此基础上能够设计简单的实验电路并验证或得到某个结论[1]。更具挑战性的是,课程面向的对象为大一学生,他们普遍课业繁重,实验动手能力弱,如果缺少有针对性的引导和强力的驱动,他们很难在较短的课时内高质高效地完成学习任务。为此,我们针对以往实验教学中遇到的问题,设计了一套基于任务驱动的实验报告。 1传统实验报告应用在实验教学中遇到的问题 我校电路分析基础实验课程性质为独立设课,在教学进度上与理论课程不完全同步,时常会出现理论教学滞后于实验教学进度的问题,这就对学生的预习提出了很高的要求,只有经过认真预习,深度思考,学生才有可能对实验原理及实验过程有一个大致的了解,对可能出现的问题有一定的预判,才有可能跟上实验课程的授课进度。然而,传统的实验报告通常只包括实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤、实验数据处理几部分,其中实验目的、实验仪器和实验原理作为预习内容在课前完成。每一项实验的报告格式完全一样,学生在课前预习时只是将实验课本上的相关内容抄袭一遍,整个预习过程流于形式,教师在课堂上被迫要抽出更多宝贵的时间才能让学生弄明白实验原理和基本操作过程,留给学生独立做实验的时间只有1个小时左右,有时候甚至要降低实验难度,减少实验内容才能勉强完成,更谈不上在实验过程中有思考的时间了。 此外,在实验过程中,我们还发现部分学生由于没有提前在预习时制作好实验数据表格,又要浪费宝贵的课堂时间制作表格;在课后对实验数据的处理不符合规范,对实验中出现的问题没有展开讨论。以上种种情况,既有学生惰性的因素,更主要的是在整个实验教学过程中,缺乏关键性的引导。 2基于任务驱动的实验报告的设计 鉴于以上实验教学过程中存在的种种问题,我们根据不同类型的实验性质(验证性实验和设计综合性实验),针对每一项实验的具体内容设计了一套包含课前预习、实验过程、实验数据处理、课后反思等不同任务的实验报告模板。 2.1课前预习 对于验证性实验,主要包括仪器使用(一)、仪器使用(二)、元器件识别与测量、直流电路测量、动态电路测量、正弦电路测量等六个实验项目[2]。 在头两个实验中,学生对仪器的使用一无所知,因此我们都在课前预习部分都有侧重性的布置了相关任务帮助学生熟悉仪器设备,引导学生自主学习。例如向学生提供示波器、信号源、数字台式万用表、毫伏表、直流电源等仪器的学习视频,并要求学生根据学习视频简单总结各仪器的基本使用步骤,在此基础上,阅读实验指导书里有关实验基本知识的内容,对实验的基本要求,实验电路的连接及故障处理,实验数据的记录、分析与处理有一个大概的了解;进一步的,结合上述的预习内容并通过搜索网络资料回答几个有关仪器使用和实验基本知识的小问题。 在元器件识别与测量实验中,我们在课前预习部分要求学生先认真复习前两次实验学过的仪器,进一步熟悉各种仪器的使用方法,在此基础上,自学实验指导书中元器件一章的内容,查阅相关书籍,并在网络上搜索相关知识,写一份某一种元件识别方法地小论文作为预习报告(包括分类、性能、封装等)。 当实验教学进行到最后三个验证性实验时,往往会出现前文提到的理论教学滞后于实验教学进度的问题,针对此问题,在预习部分我们要求学生必须掌握实验中涉及到的相关理论知识,如果理论课未讲到的,应自学完成,并用自己的语言简练描述相关实验原理,不得抄书。例如在直流电路测量预习部分,学生必须画出实验用到的具体电路图,并针对这一电路用一两句话及数学公式描述基尔霍夫定理、叠加定理等理论知识,随后根据理论知识计算出实验数据的理论值以方便在实验中立即进行比对。为了考察学生对实验原理的预习程度,我们还设计了一些预习思考题让学生回答,例如在动态电路测量实验中,共地的接线方法是实验的重点也是难点,为此,我们在预习部分要求学生自学实验指导书中共地的原理后,画出实验中实际使用电路及其共地接线图。 对于设计性实验,需要学生自主确定电路参数、连接电路并完成测量,为此我们在预习部分提供了电路的设计指标,要求学生在预习时根据指标计算出电路参数,写出具体的计算过程,画出电路图,利用Multisim软件仿真电路并打印仿真电路图和波形图,同时设计出实验数据表格。 2.2实验过程 对于验证性实验,在该部分中,我们除简明地介绍实验操作过程外,还提供了实验数据表格,节省了在课堂上制作表格的时间。同时我们还要求学生将实验讲解过程中提到的注意事项记录在该部分中。例如在正弦电路测量实验中,我们以问答题的形式将相关注意事项呈现给学生:(1)连接电路前是否应该测量导线和探头好坏?如何测量?(2)双踪法测量相位差时示波器设置应该注意什么问题?(3)双踪法测量相位差时如何判断示波器上两个波形哪个是U总哪个是UR?(4)向量法测量相位差时UC和UR能否同时测量?为什么?这些问题要求当堂回答在实验过程中并由教师随机抽查。学生带着这些任务听课,明显有了紧迫感,实验效率得到大幅度提升。 对于设计性实验,我们不再提供具体操作过程和实验数据表格,这些内容都要求学生在预习时完成。相关问题和注意事项同样是以提问的形式留给学生在实验测量过程中自己思考。例如在RLC并联谐振电路的设计与测量实验中,有如下问题:(1)RLC并联谐振电路的阻抗与输入信号的频率有什么关系?(2)电路发生谐振时,电路中的总电流和总电压相位关系如何?(3)如何改变电路的品质因数?(4)电路中的电流如何转化为电压用示波器测量? 2.3实验数据处理 对于验证性实验,我们要求学生分析整理实验中测量的数据,在坐标纸上做出相关曲线图,同时计算误差,分析误差原因,判断实验结果的准确性,提出减小误差的方法。 对于设计性实验,我们在验证性实验数据处理要求的基础上,还要求学生根据测量数据判断设计的电路是否满足指标要求,若不满足需要分析原因,若满足则鼓励学生思考设计出实现更高指标要求的电路。 2.4课后反思 对于验证性实验,我们要求学生在课后完成与实验内容有关的思考题,若实验中对同一参数有多种测量方法的必须比较分析其优缺点。例如在直流电路测量实验中“戴维南定理”部分,分别利用了网络的外特性测量法和直接测量法两种方法得到一个有源二端网络的等效电阻和电压源,这两种方法我们要求学生从难易度、误差率、所需条件等各方面进行对比,得出相关结论。 对于设计性实验,我们要求学生在课后查找资料,写出实验电路在工程上的应用实例,让学生了解自己学到的知识有什么用处,对“学以致用”有更深的体会[3]。 3试用效果 我们将设计的实验报告在我校通信、电子等少数几个专业的学生中进行了小范围的试用,教学效果良好。学生普遍反映在整个实验学习过程中,不再像以前那样茫然,不论是预习、听课、做实验还是课后总结都有了清晰明确的目标,知道该做什么,怎么做;他们发现新的实验报告很多任务或问题在课本上无法找到现成的答案,需要通过查找资料,深度思考,反复操作练习才有可能完成,在一系列任务的压力驱动下,带着问题听课,带着问题做实验,效率提高了,对所学知识的理解更加透彻,激发了学生对电路分析基础课程的学习兴趣。同时授课教师也反映,学生的预习质量有了明显提高,授课时能更好地跟上教学进程,因而,教师可以根据学生在预习部分反映出的问题有针对性的讲解关键性内容,其余内容只需点到为止,节省了宝贵的实验时间;学生对实验数据的处理更加规范;不论课前预习还是课后反思都能有效地将实验教学延伸到课外,大大拓展了课程学习时间,实验课时短的问题得以有效解决。 4结语 基于任务驱动的实验报告的使用,改善了电路分析基础实验教学过程中长期存在的种种问题,降低了学生对教师的依赖性,有利于培养学生主动学习、实验、思考,提高了教学效果。 参考文献 [1]李晓冬,李淑明.电路分析基础实验教材中引入工程应用的探索[J].大众科技,2015(9):193-194. [2]黄品高,李晓冬,陈震华.电路分析基础实验·设计·仿真[M].成都:电子科技大学出版社,2008,9. 高等职业教育是国民教育体系中高等教育的一种类型和层次, 是以培养适应生产、建设、管理、服务一线的高等技术应用性专门人才为目标, 基础理论教学以“必须”“够用”为度, 提高实践能力是高职教育的首要目标。 电路分析基础课程作为高等职业院校工科专业的专业基础课, 需要学生掌握电类技术人员必须具备的电路基础理论、基本分析方法, 并掌握各种常用电工仪器、仪表的使用及其简单的电工测量方法, 初步学习一些电工常用工具的使用及布线工艺, 为后续专业课的学习和今后踏入社会后的工程实际应用打下一定的基础, 同时, 通过本课程的学习, 学生能够提高自身的思维能力、逻辑推理能力、理论联系实际的能力。 二、现状分析 目前, 电路分析基础课程的授课方式采用“理论+实践”的教学模式较多, 理论课时比重较大, 实践课以验证性实验为主。实验室中配备的实验箱多由集成度较高的模块构成, 实验所用的元件均集成在实验箱的内部, 学生无法观察到实际元件, 实验箱中各模块的电路也大多在实验箱内部连接好, 学生需要自己动手连接的线路越来越少, 甚至连一些仪表也集成在实验箱中所示, 操作十分简单。在这种情况下, 学生对电路的认知能力越来越差, 仪器仪表的基本使用也不尽如人意, 甚至有些学生学完电路分析基础课程之后, 连万用表的档位调节都不太清楚, 读数时间久、读数错误的现象也多有发生, 完全未能达到预期的实验效果。 在高职院校, 实践能力的培养就意味着职业能力的培养, 学生在上完实践课程后, 连起码的技能都未能掌握, 因此, 设计出能够让学生从根本上提高实践能力的硬件设施, 在实践教学环节中是举足轻重的。 三、解决方案 实践能力的提高无外乎就是多点机会给学生操作, 想方设法为学生设置简单的障碍, 让学生从解决实际问题中钻研、探索。 (一) 实验箱简化。过于“高级”的实验箱往往减少学生的操作机会, 想要让学生从“看”走向“做”, 则必须先从“高级”走向“低级”, 简化实验箱设计, 将动手的机会还给学生, 放弃集成度高的实验箱, 采用较为简单的元件库, 将实验中所需元件直接放在实验箱的操作台上, 可采用网孔板焊接固定, 并预留接线口, 即将元件固定于实验箱操作台上, 不在内部构制电路, 学生能够真切的认识、观察和使用元件, 由于简化过的实验箱中仅有独立元件且位置固定, 因此需要学生主动思考如何按照实验要求选择元件并连接线路, 也可以在实验过程中掌握测量数据的仪表、测试方法及数据的记录。 (二) 鼓励学生自制电子线路板。将理论内容紧密的融合到实物中, 设计趣味小制作, 鼓励学生购买或者由学校提供元器件, 自己制作电子线路板, 培养学生的布线、焊接能力, 通过学生焊接的电路故障, 或者故意设置一些小故障, 训练学生使用万用表进行故障排查的能力, 通过数据测量, 使学生能够在实际电路中培养仪表的使用能力。 (三) 案例。以电路分析基础中日光灯的安装与功率因素提高的实验为例说明改革前后的变化。 实验电路如图1所示: 旧教学方法:采用集成度高的实验箱, 日光灯模块和电路图相差不大, 学生只能看到启辉器和日光灯, 连接线路不多且模块已经将电路图标注清楚, 基本不用学生思考即可接好线。 新教学方法:采用独立的电气设备及导线进行教学, 学生连接图如图2所示, 学生能很直观的观察到每个电气设备, 且自己动手连接导线, 可以使学生对电路原理图印象更加深刻, 若出现故障, 学生也可以自己排除。 将学生从高级的实验箱中解放出来, 在看似浪费了时间在低级的焊接、接线等操作上, 实际是增加了学生的思考空间, 能够使学生知其然又能知其所以然, 达到实践的目的。 总结 通过在我院电路分析基础的部分实验授课过程中进行简化实验箱授课的实践, 发现学生动手能力都得到了不同程度的提高, 学习积极性也有所提高, 尤其是让学生自己完成小制作, 学生不仅对自己的劳动成果感到非常兴奋, 而且部分同学能够通过实验达到巩固理论教学的目的, 更有同学表示越来越对电路课程感兴趣, 俗语说兴趣是最好的老师, 只有学习兴趣有了提高, 学生才能越学越好, 越走越远。 摘要：高职教育更加侧重对学生实践能力的培养, 实验设备是实践课程中必要的硬件设施, 越来越多的实验设备趋向集成化, 学生对实物的认知能力下降的趋势愈演愈烈, 测量仪表操作水平低, 为改变此种现象, 笔者在我院电路分析基础课程的授课过程中提出简化实验设备的思考并进行实践。 关键词：高职教育,实验箱,简化设计 参考文献 [1]唐志珍.张永格.电路分析基础.电子工业出版社, 2013.7. [2]彭继跃.改革创新实验实训教学促进就业创业能力提高[J].科技创新导报, 2011.16:161-162. 随着低频谐波抑制的电磁兼容规范标准在国内外的强制实施, 有源功率因数校正技术 (APFC) [1,2,3]已广泛应用于各类电力电子装置中, 成为电力电子技术领域的研究热点。 传统带整流桥的升压型APFC电路, 无论在开关导通还是关断状态, 电流总是流经至少三个半导体功率器件, 在低压输入和较大功率场合, 具有较大导通损耗。为了进一步提高变换器系统转换效率, 近年来提出了无整流桥升压型PFC电路[3,4,5]。其中典型无整流桥电路如图1所示, 电路没有二极管整流桥, 同时电感位于电路的交流侧。电路在交流正负半周的工作过程, 是一个双升压型变换器。而任何工作阶段, 电流总是仅流经两个半导体功率器件, 从而有效减少导通损耗。 从图1可知, 由于无桥电路的输入与输出没有直接连接, 传统APFC电路控制方法中, 电压信号的检测和电流信号的检测方法不能直接采用, 使得无整流桥PFC电路控制方法的实现比传统PFC电路控制实现更具有挑战性[5]。 由于图1所提电路没有整流桥, 无法采用整流桥后电阻分压采样的方法。采取工频变压器、光耦和等效电阻分压, 由于存在体积、复杂性和畸变等问题, 如何解决输入电压采样方法, 是无桥APFC电路实现有效控制重要的问题。 传统的平均电流控制PFC电路的电感电流的检测可以方便实现:通过在主电路串接一个小电阻实现电感电流的检测, 这种方法不需要隔离, 简单方便。对于无桥PFC电路, 电感电流的回路与输出不共地, 必须采取隔离检测的办法。同时电感电流是双向的, 不同于传统的PFC电路的电感电流单方向性。因此, 针对无整流桥PFC电路的特点, 采取合理的控制策略, 实现方便可靠的控制, 是实现无桥PFC电路有效控制又一需要解决的问题。 2 改进单周期 (OCC) 控制策略 2.1 典型OCC工作原理 20世纪90年代由美国学者Keyue M Smedley提出的单周期控制技术 (One Cycle Control, OCC) , 因其优良的控制性能而在PFC电路中得到广泛应用[6,7,8]。 基于单周期控制的Boost型PFC电路的工作原理可以分析如下:假定uin为整流后的输入电压;uo为输出电压;Ts为开关周期;DTs为开关导通时间。 根据APFC的控制目标, 要实现功率因数校正须满足: 式中, Re为变换器输入的等效阻抗。 在电感电流连续导通模式CCM下, 变换器输入和输出的电压变比可表示为: 假定RS为电流检测电阻, 设定: 合并式 (1) 、式 (3) 得: 其控制目标模型如下, 其中电流是输入平均电流值: 式 (5) 实现的OCC控制, 在一个开关周期内有效地抑制输入电源侧的扰动;既没有静态误差, 也没有动态误差, 动态响应速度快;同时控制电路无需复杂的乘法器、无需检测输入电压, 非常适合无整流桥的PFC电路控制。 2.2 改进单周期控制策略 世界著名的功率半导体器件公司-国际整流公司 (IR) 2005年研发推出的AC/DC PFC电路控制芯片-IR1150系列产品[9,10,11], 就是基于单周期控制策略应用的商用芯片。但是IR1150电流采样是峰值电流, 当电路电感较小或电路工作于临界或断续模式时, 这种控制将带来较大的谐波失真。为了减少峰值电流采样引起的谐波失真, 本文在IR1150芯片的基础上, 设计了一种改进型单周期控制方法。 首先将式 (5) 改写为: 其中, k是输出电压分压电阻比例系数。 分析平均电流与峰值电流的关系如下: 取k=2RSLTs则输入电流平均值为: 即采取谐波补偿措施后, 采用IR1150峰值电流采样的单周期控制可以取得高PF和低THD。为了减少共模噪声影响, 本文选用两个独立升压型无桥PFC电路, 采用小电阻电流采样, 根据上述峰值电流控制的分析, 针对无整流桥PFC电路拓扑的特点, 结合峰值电流控制改进单周期控制芯片IR1150, 对新型PFC系统控制电路的设计如图2所示。 3 仿真建模与分析 由于PFC电路的控制目标是电源周期的输入电流跟踪输入电压得到正弦电流, 而IR1150开关频率在50~200k Hz, 是一个大跨度时标系统, 因此采用实际器件电路仿真, 将是一个病态仿真模型, 影响收敛和仿真速度。同时PSPICE仿真软件没有IR1150芯片模型。因此本文采用开关周期平均模型进行PFC电路仿真建模。图3是典型升压型电路开关网络和线性化后的等效双端口网络。 图4是采用平均开关周期模型 (CCA) 的仿真波形。 4 实验结果 为了验证本文理论分析, 本文基于IR1150控制芯片, 设计两种不同控制策略的无桥功率因数校正开关变换器实验样机, 该PFC电路的主要参数为: (1) 采用控制芯片IR1150; (2) 开关电源输出功率150 W; (3) 输入单相交流额定电压85~265 V; (4) 输入功率因数0.99; (5) 效率95%; (6) 输出电压400 V; (7) 开关频率50 k Hz。 图5为样机在输入电压为220V时, 改进单周期控制下无桥PFC电路输入电压和输入电流实验波形。PF为0.99, THD为5.6%。 图6为样机在输入电压为220V时, 典型单周期控制下无桥PFC电路输入电压和输入电流实验波形。PF为0.96, THD为10.9%。 5 结论 本文分析了传统功率因数校正电路工作原理与控制策略。为了进一步减少导通损耗提高变换器转换效率, 近年来提出了无整流桥新型PFC电路。对于无桥PFC电路, 存在输入电压检测、电流检测和共模噪声等一系列问题。本文分析无整流桥控制的特点, 提出了基于峰值电流改进单周期控制无桥PFC控制方法。论文进行了计算机仿真建模与仿真分析。基于一种低共模噪声的无整流桥PFC电路, 应用控制芯片IR1150实现样机, 实验验证理论分析。 摘要：为了进一步减少导通损耗和提高变换器转换效率, 近年来提出了无整流桥新型功率因数校正 (PFC) 电路。对于无桥PFC电路, 存在输入电压检测、电流检测和共模噪声等一系列问题。本文深入分析了无桥PFC电路控制的特点, 提出了采用峰值电流采样的改进单周期控制无桥PFC控制方法, 建立了PSPICE仿真模型并进行仿真分析。基于一种低共模噪声的无桥PFC电路, 应用模拟控制芯片IR1150实现样机, 验证了理论分析。 关键词：效率,THD,峰值电流采样,改进单周期控制,无桥功率因数校正 参考文献 [1]Electromagnetic compatibility (EMC) -part 3:Limits-sec-tion 2:limits for harmonic current emissions (equipmentinput current<16A per phase) , IEC1000-3-2 Document[Z].1995. 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[11]International Rectifier Corp.IR1150S Data sheet[OL].2005.http://www.irf.com. 一、电路设计 1. 电路设计要遵循的原则：安全性、准确性、节能性和方便性. 所谓安全性，就是不能伤害实验者，不能损坏电学器材，这是能否完成实验的前提；准确性，即实验数据要尽可能准确，它是实验成功与否的关键；节能性，是要求整个实验能耗低，成本低；方便性，是说电路设计要尽可能简单，便于操作. 2. 电路设计中常见的几种电学元件接法的选取：电流表的内接和外接、滑动变阻器的分压式和限流式接法. 电流表内外接的选取原则是：当待测电阻或电学元件的电阻[Rx]与电流表内阻[RA]比较接近时，即[RxRA 滑动变阻器的接法的选取，要具体分析，下列情况就可以选用限流式接法： ①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且待测电阻或电学元件[Rx]与滑动变阻器电阻[R0]接近或[Rx]略小于[R0]，采用限流式接法. ②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法. ③没有特别的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，考虑安装简便和节能因素，可采用限流式接法. 由于限流式接法比较方便，并且限流电路耗能小，一般先考虑滑动变阻器的限流式接法. 而下列三种情况必须选用分压式接法： ①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法. ②当用电器的电阻[Rx]远大于滑动变阻器的最大值[R0]，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法. ③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过用电器电阻[Rx]的额定值时，只能采用分压接法. 例1 用伏安法较准确地测量一个约为100Ω的定值电阻的阻值，器材规格如下： A. 直流电源，输出电压6V、内阻不计； B. 直流电流表，量程0~20mA、内阻约50Ω； C. 直流电压表，量程0~3V、内阻约5kΩ； D. 滑动变阻器[R]，0~15Ω、允许通过的最大电流为1A； E. 开关1个，导线若干. 根据实验要求画出实验电路图. 解析 由于待测电阻阻值约为电流表内阻的2倍，而电压表内阻约为待测电阻阻值的50倍，即[RxRA [图1] 二、电学元件的选择 对于电学实验的电路，一般采用的是伏安法，但是具体到题目，往往器材中并不一定是只提供一个电流表和一个电压表供选择，而要求在多个电流表和电压表中选择，就不能说必须是电流表和电压表各选一个了，很可能需要用电流表来代替电压表或用电压表来代替电流表. 也就是说，也许会选择2个电流表或2个电压表来进行试验.除了电表的选择之外，还有滑动变阻器的选择和定值电阻（或电阻箱）的选择等问题. 1．电表的选取 当已知电流表的内阻时，可以将它当作电压表来使用. 同样，当已知电压表的内阻时，也可以把这个电压表当作电流表来使用.在使用时要注意它们的量程，然后再确定哪个作电流表，哪个作电压表，并且保证所有电表在使用时指针都能有较大角度的偏转，最好是能达到满偏的[23]左右. 例2 用以下器材测量一待测电阻[Rx]的阻值（900～1000Ω）： 电源[E]，具有一定内阻，电动势约为9.0V； 电压表[V1]，量程为1.5V，内阻[r1]＝750Ω； 电压表[V2]，量程为5V，内阻[r2]＝2500Ω； 滑动变阻器[R]，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关[K]，导线若干. （1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的[13]，试画出测量电阻[Rx]的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注）. （2）若电压表[V1]的读数用[U1]表示，电压表[V2]的读数用[U2]表示，则由已知量和测得量表示待测电阻的公式为[Rx]＝ . 解析 （1）由于没有电流表，所以两电压表中，一个与待测电路串联，用于测量流过[Rx]的电流；另一个与被测电阻并联，用于测量[Rx]两端的电压.又由于[Rx]的值比滑线变阻器[R]的值大很多，测量电路中应串联一电压表. 而电压表内阻也比滑动变阻器[R]大得多，所以若采用限流式接法，则电压调节范围小，计算表明电压表都易超过量程，因此滑动变阻器应采用分压式接法.电路原理图如图2所示. 图2 （2）根据伏安法测电阻的原理，计算可得 [Rx=U1r1r2U2r1-U1r2]或[(U2-U1)U1r1.] 2. 滑动变阻器的选取 选取滑动变阻器时既要注意其最大阻值，还要注意它允许通过的最大电流. 一般来说，当确定采用限流式接法时，要选用阻值较大的滑动变阻器；若采用分压式接法时，则选取阻值较小的滑动变阻器，以方便调节. 例3 有一小灯泡上标有“6V，0.1A”字样，现要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用： A. 电压表[V1]，0~5V，内阻2.0kΩ； B. 电压表[V2]，0~10V，内阻3.0kΩ； C. 电流表[A1]，0~0.3A，内阻2.0Ω； D. 电流表[A2]，0~6A，内阻1.5Ω； E. 滑动变阻器[R1]，30Ω，2A； F. 滑动变阻器[R2]，100Ω，0.5A； G. 学生电源[E]，直流9V及开关、导线. 请根据题中数据正确选择电表和滑动变阻器，并画出实验电路图，要求电压从0开始测量. 关键词：整流桥,仿真,实验电路,故障诊断 1 引言 电力电子装置已经和当今工业生产及日常生活密不可分, 电力电子整流、逆变、变频调速的质量直接关系着电力和电器产品的质量。因此, 对电力电子的电路拓扑、性能及故障状态进行研究, 具有重要的实际意义。 本文以电力电子中的大功率整流电路为研究背景, 选取相控整流中应用较广泛、结构较为复杂、性能良好的双桥串联12脉波电路为研究对象。通过对其进行理论分析、仿真分析来掌握电路的结构, 通过在DJDK-1型实验平台上的创新型设计来完成电路的实验, 并提取到相关的实验波形和数据。最后通过仿真和实验对其故障模式进行了概要分析, 提出了避免故障和诊断故障的方法。 2 电路分析 图1所为双桥串联12脉波电路图。该电路主要包括三相交流电源、整流变压器、两组串联的全控晶闸管整流桥及其脉冲触发装置、负载等。变压器一次侧接Y形绕组, 二次侧绕组a1、b1、c1和a2、b2、c2分别采用Y形和△形联结, 构成相位差30°的两组电压。整流电路负载两端输出的直流电压ud, 晶闸管在图1中按各自导通的顺序进行排列。在每个交流电源周期时间内脉动12次, 形成12脉波的整流电路。而变压器二次绕组△联结的绕组匝数为Y联结绕组绕组匝数的倍, 这就使得两组整流桥的输入端线电压相等[1]。 根据电路结构, 直流输出电压平均值为 其中α为控制晶闸管导通的触发脉冲移向角。输入电流谐波次数为12k±1, 其幅值与次数成反比降低[2]。输出电压谐波次数为12k, (k=0, 1, 2…) 。 3 电路仿真 在Matlab软件的Simulink仿真平台中对电路进行仿真, 仿真电路图如图2所示。 根据实验需要设置三相交流电压源参数:三相交流电压源的相电压幅值设为220V, 经过整流变压器降压之后供给整流桥58V的三相线电压。频率50Hz, 相位分别为0°、120°、240°;晶闸管参数使用默认值;RLC负载参数设置:R取200Ω, L取0H, C取inf;触发脉冲频率为50Hz, 脉冲的宽度取25 degrees, 本设计采用宽触发脉冲[3]。模型中Scope1、Scope2分别用于测量ud、id波形;Scope3、Scope4用于测量并比较晶闸管的波形。图3所示为当移向角分别取0°和30°时电路仿真的输出电压波形。 4 实验方案设计 DJDK-1实验平台是用于电力电子技术及电机控制方面的基础电路实验装置, 但它不具备专门用于双桥12脉波的电力电子设计挂件, 尤其是没有专用的整流变压器挂件, 因此需要利用实验平台具有的挂件进行电路的设计。具体思路是由两组不同变比的变压器分别结成Y形和△形的连接方式, 通过调整原边三相电源电压幅值来使两组变压器副边输出相近的电压值, 从而模拟整流变的输出。 本文拟采用两组用于三相全控桥的电路挂件进行串联12脉波整流桥的设计。挂件选择为:DJK01 (电源控制屏) 、DJK02 (晶闸管主电路) 、DJK02-1 (三相晶闸管触发电路) 、DJK04 (控制信号屏) 、DJK10 (变压器) 、D42 (电阻负载) 等。 具体的实验方法为: (1) 两台实验装置的DJK01挂件分别接到各自对应的芯式变压器挂件DJK10上。DJK01的电源电压幅值有200V和240V两档。DJK10绕组原始匝数比 (芯式变压器变比) 为:4∶2∶1。 第一组DJK01取电源电压200V, 接4:2的变压器绕组, 即原边线电压为200V, 相电压为115.5V;副边线电压为100V, 相电压为57.7V。 第二组DJK01取电源电压240V, 接4:1的变压器绕组, 即原边线电压为240V, 相电压为138.6V;副边线电压为103.9V, 相电压为59.9V。 由以上关系可以确定:无论对于线电压还是相电压, 在变压器二次侧均有U1≈U2, 满足整流条件。 (2) 分别将两组实验装置的DJK02晶闸管主电路挂件用导线连接成连接为三相全控桥整流电路。 将DJK02-1“三相同步信号输入”端接入DJK02的“三相同步信号输出”端;将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”端接入“触发脉冲输入”端, 使触发脉冲加到正反桥功放的输入端。打开DJK02-1电源开关, 拨动“触发脉冲指示”开关调为“宽”脉冲。 (3) 两组整流桥的DJK02-1挂件分别接DJK04挂件进行触发脉冲的给定和调节。 当整个电路工作在移相角为0°时, 第一组副边绕组Y联结的整流桥给0°的触发脉冲;第二组副边绕组△联结的整流桥给30°的触发脉冲。如果增大电路移相角, 则在以上两组整流桥的脉冲给定基础上各增加相应的度数。 (4) 将两组整流桥串联连接, 第一组桥的共阴极端接电阻负载的一极, 第二组桥的共阳极端接电阻负载的另一极。 连接好的部分实验电路如图4所示。由于需要两台实验装置同时参与工作, 因此图4所示仅为其中一组整流桥挂件的连接情况。图中实验台顶端的两根导线所连接的即为对应的另一组整流桥电路。 打开电源和相应的开关按钮, 使实验电路处于工作状态, 用示波器记录输出电压波形。图5所示为移向角分别取0°和30°时实验电路的输出电压波形。 由图5可以看出, 电路在一个周期20ms产生12个脉动的波峰, 与理论分析及仿真的结果基本一致。从以上波形可以看出串联12脉波整流电路的整流效果良好, 输出直流电压纹波较小。由于两组变压器副边线电压不能做到完全相等, 因此实验波形含有微量的误差, 但并不影响实验波形的脉动规律及进一步的分析结果。 5 电路故障分析 电力电子电路的主要故障为电路的晶闸管的通断故障, 尤其是断路故障[4]。本文主要讨论串联12脉波电路的晶闸管的异常断路故障。如移向角取α=0°时12只晶闸管中的一只晶闸管断路时, 负载端输出电压波形就会发生相应的畸变[5]。图6所示为电路在晶闸管V1发生断路故障时输出直流脉动电压的仿真和实验波形。 由图6可知, 电路虽然处于故障模式, 但是仍然有输出, 只是输入波形发生畸变, 而且经过仿真和实验发现, 12只晶闸管中每只单独故障的情况下输出电压波形的形状规律都一样, 只是一些方面的波形参数不一样, 可以根据这些参数进行波形分析, 来判别故障模式, 从而达到故障诊断的目的。在此仅以电路正常、V1断路、V2断路三种情况为例进行故障诊断分析。根据仿真和实验的波形及其相关数据, 可以捕捉到关于电路输出波形的以下故障信息。 (1) 电压畸变:0是, 1否, 1否; (2) 波峰数目:12, 8, 8; (3) 波谷电压:0, 1/2Ud, 1/2Ud; (4) 畸变时刻:0/T, 1/12T, 2/12T; (5) 波谷时刻:0/T, 3/12T, 4/12T; 以上采集到的数据即可作为电路的故障样本数据。将每一种故障的波形特征规律按照以上方式采集出故障数据, 并以此作为标准样本, 便可在电路发生故障的时候能够对其进行实时全面的元件故障诊断。 6 总结 本文以比较复杂的双桥串联12脉波整流电路为研究对象, 利用Matlab仿真平台和DJDK-1实验平台进行了该电力电子复杂电路的仿真和实验分析。并针对电路最容易出现的故障问题进行了详细探讨, 提出了基于波形分析的方法来解决电路的元件故障问题。对于实际的生产和教学实验具有一定的实用价值。 参考文献 [1]王兆安, 刘进军.电力电子变流技术:第5版[M].北京, 机械工业出版社, 2009:79-89. 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高频电路实验教学改革与创新 篇5
电路分析实验 篇6
电路分析实验 篇7
电路分析实验 篇8
电路分析实验 篇9
电路设计及实验器材的先取 篇10
电路分析实验 篇11