電路設計步驟與方法范文

導語：如何才能寫好一篇電路設計步驟與方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】電子電路設計；調試方法；步驟

當前，隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，我國的電子行業已在市場經濟領域中得到了大規模的發展，同時也得到了廣泛的應用。其中，對于電子設備來說，電子電路的設計是其中的一個關鍵性內容，為了有效地滿足社會對電子行業的需求，人們對電子電路的設計質量也提出了更高的要求，而電力的調試工作作為電子電路設計中的一個核心內容，重視和完善電路的調試工作便顯得尤為重要，其對優化電子電路的設計質量具有非常重要的影響。

1電子電路設計常用的調試方法

電子電路設計常用的調試方法主要有兩種，即分別為分塊調試法和整體調試法。下面主要對此兩種方法進行了一定的分析。

1.1分塊調試法

在進行電子電路設計時，分塊調試法的應用主要是將整個電子電路按照一定的規律分成不同類型的模塊，然后再對每個模塊進行調試。通常情況下，其主要是按照電路的不同功能進行劃分的，由此則可以對不同電路部分的性能進行單獨地調試。其中，在實際調試作業過程中，為了保障電子電路分塊的科學合理性以及調試工作的正常開展，相關工作人員應首先對電子電路的工作方式、工作原理進行具體地掌握，然后在實際的調試過程中應嚴格按照電路的信號流通線路進行具體地劃分，從而便可以將電子電路劃分成多個級別。在此前提下，工作人員則可以對電子電路進行一級一級地作業，以更加有效地完成對電子電路的調試。此外，分塊調試法還適用于邊安裝邊調試的情況下，即在整個電子電路中每安裝完一個模塊就可以對其進行相應的調試工作。與在電子電路安裝完畢之后再進行分塊調試的模式相比較的話，雖然該調試方式會在一定程度上增加調試工作的難度，但是該工作的效果卻是比較理想的，其不僅可以在電力電路安裝的過程中立即發現其間可能存在的故障模塊，且當電子電路安裝完畢之后，與之相對應的調試作業也便同時完成了。在實際作業過程中，分塊調試法常被普遍應用于較小的電路中。

1.2整體調試法

與分塊調試法不同，整體調試法主要是在整個電子電路都安裝完畢之后再對其進行一次性地總調試，而并不對每一模塊進行單獨地調試。一般情況下，整體調試法常被應用于結構簡單的電子電路中，但其也可以取得良好的調試效果，尤其是對于一些無法分塊調試的產品來說，整體調試法的應用在其中具有著極其重要的意義。

2電子電路設計常用的調試步驟

在對整個電子電路進行調試的作業時，相關工作人員需掌握具體的調試方法和調試步驟，以保證調試工作的正常開展。其中，在進行電子電路調試工作之前，其需做好相應的準備工作。①工作人員需準備好相關性的技術文件，這是保證調試工作正常運行的首要內容，如準備好電子電路的線路圖、電力系統的設計原理、設計說明書等文件，這些重要的文件都可以為調試工作提供良好的理論依據。②在進行調試工作時，其也需要借助相應的儀器設備，因此工作人員需準備好相應的使用儀器。一般情況下，調試工作的開展需要的儀器工具主要有萬用表、示波器、信號發生器等，因此在進行電路調試的時候，工作人員還需掌握儀器的性能和使用，以更加有效地完成調試工作。除此之外，在準備好相應的儀器設備后，工作人員還需檢查儀器是否完好。③調試場地的準備也是調試工作中的一個重要內容，工作人員需做好調試場地的準備工作，如保證場地的清潔、無漏電風險等。在做好相應的電子電路調試前的準備工作之后，則需開始進行具體的調試步驟。一般情況下，電子電路設計常用的調試步驟主要有四步，則分別為線路檢查、通電檢查、功能檢測以及指標檢測。下面主要對此步驟進行了具體地分析。

2.1線路檢查

在電子電路設計調試作業中，開展線路檢查的內容主要包括兩個方面。①線路檢查即為直觀性的檢查，在該作業過程中，其主要是檢查電子電路的線路連接是否正確，看是否存在錯線、少線、多線的情況。此時，為了保障檢查工作的質量，相關檢查人員可根據電路的設計圖紙進行一定的對比，并可在檢查的過程中在圖紙進行相應的標記，以此不僅可以保障檢查工作的思路清晰性，且還能全面地提升線路檢查的效果，避免出現漏查的現象。②線路檢查還需對元器件的連接方式進行相應的檢查，此時在作業過程中則需要借助一定的儀表檢查元件的連接是否正確、元件的連接是否到位等。例如，在實際檢查作業中，工作人員可以運用數字萬用表進行測試，其主要需觀察連線兩端連接的元件引腳位置是否與設計圖紙的相對應，而通過觀察則可及時發現引腳與連線接觸不良的故障等。

2.2通電檢查

通電檢查主要是對接入電源的電子電路進行通電性的檢查，以保障整個電路的安全性能。其中，在實際檢查作業中，通電檢查是不接入任何信號源的，其主要是在接入電源之后觀察整個電子電路是否存在冒煙、冒火、出現異味等一些異常的情況，且只有首先進行最初的觀察與判斷才利于后續的進一步檢查。對于正常運行的電子電路來說，其在通電之后并不會出現發熱、發燙的情況，因此當觀察到通電檢查中存在任何的異常情況時，相關人員也無需太過緊張，其首先需要做的事便是立即切斷電源，然后根據實際發生故障的位置進行相應的處理，如可將發生故障的元器件拔出，待排除其存在的故障之后再對其進行電源測試。此時，在接入元器件時，其需認真檢查元器件的引腳連接是否正確以及檢查電源電壓是否處于正常狀態下，待確定電子電路所處的狀態為正常狀態時，其可再一次接通電源實行通電檢查。

2.3功能檢測

通常情況下，功能檢測也是不需要接入信號源的。在電子電路設計調試中，功能檢測的主要內容是檢測電路在靜態工作下的參數值，即主要是測試電路靜態的工作狀態，看其所顯示的相關數據是否合理。例如，在實際作業過程中檢測放大功能的元器件的工作狀態是否處于正常的放大區域內；檢測數字電子電路中的各個電路輸入端、輸出端的電瓶電壓值是否合理，以及檢測其內部的邏輯關系是否正常等；對于運算放大器來說，工作人員在檢查電路中的正、負電源之外，還需進一步檢查調零電路是否存在零點漂移的情況，以此保障整個電子電路的正常運行。此外，為了在一定程度上實現全面化的電子電路功能檢測，在進行功能檢測作業時還需在電路輸入端接入一定的幅度、頻率的信號源，與此同時可通過雙蹤示波器的運用來進一步觀察輸入、輸出信號的波形形狀、信號幅值、相位關系、頻率等相應的參數值，而檢測人員即可逐級對此進行全面地檢測。

2.4指標檢測

在經過前面幾個步驟的檢測作業之后，則可以基本上確定電子電路的正常運行狀況。其中，指標檢測是整個調試作業中的最后一個步驟，其主要是在前面三個步驟的基礎上對電子電路的應用效果進行一定的檢測。對于整個電子電路的設計來說，其首先便會具備一定的設計要求，而指標檢測作業的開展則是根據設計的實際需求對其中的相關性技術指標進行測試。在實際作業過程中，其可以通過準確地記錄測試數據來進行全面地分析與研究，以通過確定電子電路中的技術參數是否合格來實現指標檢測的目標。其中，如若相關參數標準存在不合格的現象，則相關人員需對整個電子電路設計圖紙進行再一次地分析與研究，以通過不斷開展調試作業來實現設計圖紙的合理性。

3結束語

綜上所述，在電子電路的設計過程中，人們應對電路的調試工作給予高度的重視，并需在實際作業過程中加強對電路的調試管理，以根據實際情況采取有效的調試方法，從而通過對電子電路進行有效性的調試管理來優化電子電路的設計質量，以在一定程度上實現電子電路的真正實效性設計。

參考文獻

[1]張泓.電子電路設計常用調試方法與步驟[J].電子技術與軟件工程，2016，24：124.

[2]王向東.淺談常用電子電路的設計和調試方法[J].科技與企業，2012，22：304.

[3]電子電路設計、安裝與調試完全指導[J].現代電子技術，2013，22：34.

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關鍵詞：可靠性仿真技術；課改要求；任務驅動；電路設計

1基于可靠性仿真技術的電路設計需求分析

基于可靠性仿真技術的電路設計主要是以虛擬儀器設備替代現實電子元器件，從而為電子電路的實踐教學提供有效支撐，從而更好了踐行“理實一體化”的教學理念，促進學生實踐技能的提升，促使課程回歸教學的本質。1.1實踐性教學開展的內在需求。基于可靠性仿真技術的電路設計，學生可以參與擬訂設計方案、仿真模擬等環節，從電路的設計方案、仿真模擬等環節，能夠將晦澀難懂的理論知識與實踐知識相結合，幫助學生提升實踐技能。1.2實現層次化和差異化教學的必然選擇。關涉電路設計的技術型教學內容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數、封裝形式、價格、功耗等存在較大區別，在教學過程中需要反復的實驗、測試，這增加了設備投資成本，而且因為學生個性化差異，學習、接受能力各不相同，加之電子元器件復雜程度的不同，應該據此分層次設定目標，以貼近生活、學生所喜愛的教學內容，以“任務驅動”的形式引導學生進入知識和技能的學習，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設計可以利用仿真軟件呈現電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應測試任務，不僅滿足了教學需求，而且控制了教學成本。

2基于可靠性仿真技術的電路設計方案

2.1電路設計的整體流程?？煽啃苑抡婕夹g可以檢驗電路存在的故障并發現設計的薄弱環節，從而有針對性的進行改進，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調動學生學習熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設計為例，設計過程中首先應該進行可靠性仿真實驗，其具體的流程如圖1所示。2.2電路設計的具體步驟。2.2.1設計信息采集。為了實現電源電路的優化設計，應詳細搜集其應用環境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2數字樣機建模。電路設計中數字樣機建模須采用專業軟件實現，但因為學生學習、接受能力存在差異，應該目標層次，將設計過程進行分解，并以“任務驅動”的形式，將不同設計知識分配到各個任務之中，讓學生通過分步設計完成理論知識的實踐應用，由此才能確保電路設計學習的效果，通常存在熱設計信息和振動設計信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：首先根據將所獲取的電路信息進行簡化，完成CAD數字樣機模型的構建，并依據熱設計信息建立CFD數字樣機模型，而后依據振動設計信息建立FEA數字樣機模型。其次，為確保CFD數字樣機與物理樣機的一致性，須對其進行修正與驗證，利用對電源模塊工作狀態熱測量的方式，獲取其關鍵元器件點溫度測試數據，并根據所得結果修正電源模塊CFD數字樣機的邊界條件、期間參數，由此實現對CFD數字樣機的修正。再次，同理，也須采用相同的方法對FED數字樣機進行修正，且測試過程中，應該在約束條件下對電源模塊重點部位，關鍵元器件進行模態分析，并依據結果完成修正。2.2.3應力分析。溫度應力分析選用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析計算電源模塊CFD數字樣機模型，經過分析可知，電源模塊設計中如元器件排布不合理，則會導致電路設計存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺環境溫度70℃設定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設為第二參考溫度條件，經過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設計方案。而對于振動應力分析，則選用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析計算電源模塊FEA數字樣機模型，分析結果顯示，電源模塊中元器件數量和重量排布、安裝方式設計不合理，使得電源模塊產生局部共振的設計問題，應該據此進行及時修正，以優化電路設計。

3結束語

本文將可靠性仿真技術引入電路設計之中，將電路細化分類，并根據學生個體差異由簡入繁、逐步引導，實現了教學目標的分層實現，也將培養學生的實踐技能真正落實到實處。

作者:宋月麗 劉立軍 單位:遼寧機電職業技術學院

參考文獻

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒.基于虛擬實驗平臺的模擬電子技術課程設計開發與仿真[J].電子設計工程,2012,14:44-47.

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關鍵詞：繪制原理圖；PCB設計；方法

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0251-02

一、導言

隨著電子產業的不斷發展，用Protel軟件設計電路和PCB成為電子專業學生必備的技能之一。Protel99SE功能強大，能進行原理圖繪制、電路仿真、PCB設計、PLD設計、各類報表等工作。本文將以FM收音機電路設計為例，講述Protel 99SE在PCB設計中的應用。

1.電路原理圖設計的一般步驟[1]。電路原理圖設計通常有以下六個步驟，即啟動Protel99SE原理圖編輯器、設置圖紙大小和版面、放置元器件、對放置的元器件布局布線、對布局布線進行調整、保存文檔并打印輸出。

2.PCB的設計步驟。印制電路板圖（PCB）的設計由七個步驟構成，即繪制電路原理圖、創建PCB文檔、規劃電路板、裝元器件封裝庫及網絡表、元器件的布局、布線、文檔保存與輸出。

二、印制電路板設計實例――FM收音機電路設計

1.FM收音機原理圖設計。原理圖設計是PCB設計的基礎，原理圖的正確是電路板布局布線的前提。①創建原理圖設計文件，在Protel 99SE主菜單欄File菜單中選擇子菜單New，在“New Design Database”對話框中設置數據庫的名稱“FM收音機電路設計.ddb”和保存路徑，完成創建。在新建數據庫中單擊主菜欄File中的New…，選擇“Schematic Document”圖標，生成一個原理圖設計文件，命名為“FM收音機.Sch”。②設置圖樣參數，FM收音機電路圖采用A4號圖紙。單擊主菜單欄的Design菜單，在彈出下拉菜單中選擇Option…選項，將默認的圖樣幅面“B”改為“A4”。③放置元器件，在Libraries選項中選擇所需的元器件庫，并選定元器件，雙擊元器件名，然后單擊鼠標左鍵放置元器件，可以多次放置。值得注意的是，在FM收音機電路設計中，現有的庫中不提供SC1088，需要自己制作該元器件。④放置連線和節點，然后在連線工具欄中單擊按鈕，在連線的起點處單擊鼠標左鍵，拖動鼠標至另一元器件的引腳，再次單擊鼠標左鍵，完成此連線的繪制。如果連線相交，則需要添加節點，單擊連線工具欄中的按鈕，在需要添加節點的位置單擊鼠標左鍵，完成節點的設置[2]。⑤放置電源和接地符號，放置電源和接地符號有兩種方式，即通過菜單Place＼＼Power Port，或者使用連線工具欄（Wiring Tools）中的按鈕。⑥編輯元器件屬性，根據電路原理圖的需要，設置元器件名稱、封裝和參數等相關屬性。完成以上步驟，原理圖繪制完畢，如圖1所示。⑦保存文件，繪制完畢后，執行菜單命令File＼＼Save，保存文件。

2.檢查原理圖電氣規則。使用Protel 99 SE的電氣規則，即執行菜單命令Tool/ ERC，進行電氣規則檢查。發現錯誤，根據錯誤信息改正。

3.創建網絡表。網絡表是電路原理圖和PCB之間的橋梁。執行菜單命令Design/ Create Netlist，生成與原理圖同名的文件，其擴展名為“.NET”。

4.印刷電路板的設計。①進入印刷電路板設計界面，執行菜單File/New命令，選擇PCB Document圖標，新建PCB設計文檔，命名為“FM收音機.PCB”。②規劃電路板，在“FM收音機.PCB”工作界面中選取KeepOut Layer，執行Track命令，繪制FM收音機電路的邊框，其形狀為矩形，大小為80mmΧ60mm。③設置設計規則的相關參數，執行菜單命令Design/Rules，選擇Routing按鈕。在Rules Classes中根據電路板設計要求設置參數[3]?！癋M收音機電路”PCB板的設計要求如下：信號層為Top Layer和Bottom Layer，無電源層。頂層布線形態為“Horizontal”，底層布線形態為“Vertical”；過孔（Via）設置為穿透式過孔；元件安裝方式為貼片式（SMT），可以雙面布局；布線寬度（Width）設置為8～12mil，推薦寬度為10mil；過孔、布線安全間距（Clearance）采用默認設置；增加+3V、GND網絡設置，將布線寬度設置為20～100mil；推薦寬度為40mil。④加載元件封裝庫，執行菜單命令Design/Add/Remove Library，在彈出的對話框中選取對應的元件封裝庫。如果有自制的封裝，也要將封裝所在的庫添加到庫中。⑤裝載網絡表，執行菜單Design/Load Nets…命令，選擇“FM收音機.Net”文件。如果顯示無錯誤，單擊Execute按鈕完成網絡表的裝載。⑥元器件布局，Protel 99SE支持自動布局和手動布局。執行菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer 可以自動布局。FM收音機布局如圖2所示。⑦自動布線，執行菜單命令Auto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route all 按鈕，開如對PCB進行自動布線。FM收音機電路板布線圖如圖3所示。⑧手工調整，自動布線結束后，可能存在一些令人不滿意的地方。運用手工調整，將PCB設計得更完美。⑨打印輸出PCB，執行菜單命令File/Print/Preview，生成“FM收音機.PPC”。然后執行菜單命令File/print，打印出PCB圖。

三、結語

隨著電子產品的新發展，印制電路板的設計會日趨復雜。運用Protel設計電路在提高原理圖和PCB設計效率的同時，其強大的規則設置也保證了電子產品的可靠性。

參考文獻：

[1]張輝.Protel 99SE項目式教程[M].成都：西南交通大學出版社，2014.

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【關鍵詞】EDA技術;QuartusⅡ;電子設計;VHDL

1.引言

集成電路設計不斷向超大規模、低功率、超高速方向發展，其核心技術是基于EDA技術的現代電子設計技術。EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術，以集成電路設計為目標，以可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）為載體，以硬件描述語言（VHDL、VerilogHDL）為設計語言，以EDA軟件工具為開發環境，利用強大計算機技術來輔助人們自動完成邏輯化和仿真測試，直到既定的電子產品的設計完成。其融合了，大規模集成電路制造技術、計算機技術、智能化技術，可以進行電子電路設計、仿真，PCB設計，CPLD/FPGA設計等。簡言之，EDA技術可概括為在開發軟件（本文用QuartusⅡ）環境里，用硬件描述語言對電路進行描述，然后經過編譯、仿真、修改環節后，最終下載到設計載體（CPLD、FPGA）中，從而完成電路設計的新技術。

以EDA技術為核心的現代電子設計方法和傳統的電子設計方法相比有很大的優點，兩種設計方法的流程如下圖：

圖1 傳統電子設計流程圖

圖2 基于EDA的現代電子設計流程圖

比較兩種設計方法，基于EDA技術的現在電子設計方法采用自上而下的設計方法，系統設計的早期便可進行逐層仿真和修改，借助計算機平臺，降低了電路設計和測試的難度，極大程度地縮短了電子產品的設計周期、節約了電子產品的設計成本。DEA技術極大的促進了現代電子技術的發展，已成為現代電子技術的核心。

2.QuartusⅡ軟件開發環境介紹

QuartusⅡ軟件是Alter公司開發的綜合性EDA工具軟件，提供了強大的電子設計功能，充分發揮了FPGA、CPLD和結構化ASIC的效率和性能，包含自有的綜合器及仿真器，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL等多種設計輸入，把設計、布局布線和驗證功能以及第三方EDA工具無縫的集成在一起。QuartusⅡ與Alter公司的上一代設計工具MAX+plusⅡ具有一定的相似性，和繼承性。使熟悉MAX+plusⅡ開發環境的設計人員可以快速熟練應用。相比之下，QuartusⅡ軟件功能更為強大、設計電路更為便捷，支持的器件更多。增強了自動化程度，縮短了編譯時間，提升了調試效率。從而縮短了電子產品的設計周期。利用QuartusⅡ軟件進行電子電路設計流程如圖3所示。

圖3 QuartusⅡ設計流程圖

3.在QuartusⅡ環境下的EDA方法設計實例

下面本文在QuartusⅡ環境下，以下降沿D觸發器的設計為例來說明基于EDA技術的現代電子設計方法（本文以QuartusⅡ9.0為例）。

3.1 在計算機上安裝QuartusⅡ9.0版本軟件

QuartusⅡ9.0對計算機硬件配置要求不高，現階段的主流配置完全可以滿足其要求。QuartusⅡ9.0安裝過程很簡單，按照提示操作即可。

3.2 D觸發器功能分析

從D觸發器真值表可以看出，當時鐘信號clk不論是高電平還是低電平，其輸出q的狀態都保持不變，當時鐘信號clk由高電平變為低電平時，輸出信號q和輸入信號d的狀態相同。

表1 D觸發器真值表

輸入d 時鐘clk 輸出q

× 0 不變

× 1 不變

0 下降沿 0

1 下降沿 1

3.3 D觸發器的VHDL描述設計

下面給出D觸發器的VHDL描述：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity dff1 is

port（d，clk：in std_logic;

q：out std_logic）;

end dff1;

architecture bhv of dff1 is

begin

process（clk）

begin

if clk='1' then

q<=d;

end if;

end process;

end bhv;

上面程序在QuartusⅡ9.0環境下，經保存后進行編譯，然后可進行波形仿真。

3.4 設計仿真

VHDL描述程序編譯后，建立矢量波形文件，之后可以進行波形仿真，得到如下波形仿真圖（如圖4所示）：

圖4 D觸發器仿真波形圖

此仿真波形符合D觸發器真值表，說明電路設計正確。如果波形仿真不符合真值表，說明電路設計有問題，此時可以回到3.3步驟修改VHDL描述程序，直至仿真結果正確為止。

波形仿真正確后，可得出相應的邏輯電路圖，D觸發器電路圖（如圖5所示）如下：

圖5 D觸發器邏輯電路圖

3.5 配置下載測試

整個電路設計、編譯仿真無誤后，按照FPGA開發板說明書進行引腳鎖定，重新進行編譯后，然后通過下載電纜線，將產生的sof文件下載至FPGA中，對電路進行測試、驗證，完成電路的最終設計。

4.結束語

本文以QuartusⅡ開發環境下的實際電路設計為例，介紹了基于EDA技術的現代電子設計方法。通過設計過程可知，DEA技術在現代電子電路設計中的重要性。在電子技術飛速發展的信息時代，EDA技術也在不斷發展。電子產品設計者有必要熟練掌握硬件描述語言、可編程邏輯器件以及各種主流軟件開發環境，這樣才可以在最短的時間內完成高質量的電子產品設計任務。

參考文獻

[1]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社（第五版），2006.

[2]劉江海.EDA技術[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.

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因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目（Project）和一個新的設計（Design），然后選擇晶體管直流工作點掃描模板（ADS中常用的功能都做成了模板，可以直接調用），并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中，如圖1所示。其次，需要設定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數設置得到，如圖2所示。

本例中，IBB的掃描范圍是從20uA到100uA，掃描步長為10uA。VCE的掃描范圍從0V到5V，掃描步長為0.1V。當掃描參數確定后，點擊仿真按鈕，就會產生圖3的輸入輸出曲線。圖3所示的輸入輸出關系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態工作點，以實現電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應于圖3中光標m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數，即IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA。當靜態工作點確定后，可以據此設計直流偏置電路。由于本例是設計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。根據共射極放大電路的基本計算結果，可以設計出圖6所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結果直接顯示在電路圖中對應的元件和支路上。

從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態工作點參數（IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA），可以發現它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設計中，無論是在靜態工作點還是元件參數的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設計，都是一個近似的設計，由此得到的實際電路都需要經過調試合格后才能夠實際使用。以上的例子為學生展示了一個電路設計的基本過程以及設計方法。當課程進一步深入后，可以對本例進行擴展，例如在分析放大電路動態特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學生理解設計靜態工作點的意義。

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關鍵詞:數字電子鐘; 層次電路; Multisim 9; 集成電路

中圖分類號:TP319;TN79+1 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)09-0184-03

Design and Simulation of the Digital Electronic Clock Based on Multisim 9

LUO Ying-xiang

(School of Physics and Electronic Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404000, China)

Abstract:Digital electronic clock is widely used in various public places, the general methods of circuit design make the connection complex, and are difficult to understand construction of the circuit. The digital electronic clock is designed by medium-scale integrated circuits, the hierarchical circuit design method is used to divid various cell-level circuit design into blocks, connect blocks of all levels into the machine circuit. It has artistic connection, and is easy to understand each unit circuit functions.

Keywords: digital electronic clock; hierarchical circuit; Multisim 9; integrated circuit

數字電子鐘是用數字集成電路構成并有數字顯示特點的一種現代計數器,與傳統的機械計時器相比,它具有走時準、顯示直觀、無機械磨損等,因而廣泛應用于車站、碼頭、商店等公共場所。目前,數字電子鐘的設計,主要是采用計數器等集成電路構成,由于所用集成電路多,連線雜亂,不便閱讀。本文采用層次電路設計,將各單元電路設計成層次電路,這樣每個單元電路和整體電路連線一目了然,既美觀也便于閱讀,還有利于團隊設計,因每一層次電路為一獨立電路,便于獨立設計和修改。

1 設計任務

(1) 電子鐘能顯示“時”、“分”、“秒”;

(2) 能夠實現對“時”、“分”、“秒”的校時。

2 整機框圖

數字電子鐘主要由秒信號發生器、“時、分、秒”計數器、譯碼顯示器、校時電路等組成。秒信號發生器主要由石英晶體振蕩器或555振蕩器分頻后得到;秒、分都是60進制,故由60進制計數器構成;時為24進制,即由24進制計數器構成;顯示部分由譯碼和數碼顯示構成;校時電路由門電路和開關等構成。整機框圖如圖1所示。

圖1 數字電子鐘整機框圖

3 各部分電路設計

3.1 秒、分、時計數器

秒、分計數采用60進制計數器,時采用24進制計數器。它們都是8個BCD碼輸出,1個進位輸出,1個時鐘脈沖輸入。在設計層次電路時,皆可設計為1個輸入端,9個輸出端。在Multisim仿真軟件中,執行Place/New Hierachical Block命令,在file name of Hierachical Block中填入你要設計的電路名稱,如“60進制計數器”等,再根據需要在輸入、輸出端口數中填寫所需數字,點“OK”后,即得如圖2所示電路層次模塊。雙擊它,得到圖3所示窗口,點Edit HB/SC對其內電路進行設計。若要進行修改,同樣采用以上步驟。

圖2 60進制計數器層次模塊

圖3 層次塊電路設置

由此,采用4518十進制計數器,設計了60進制和24進制的計數器,計數器的內部電路分別如圖4、圖5所示。

圖4 60進制計數器連線圖

3.2 校準電路

同樣的方法,設計校準電路的層次電路時,設計為6個輸入口、3個輸出口,其內部電路如圖6所示。為便于使用,將校準開關外接。

校時電路工作過程如圖7所示,正常工作情況下,J3斷開,J1,J2閉合,秒脈沖進入計數器。當需要對秒進行校正時,閉合和斷開J3,直到需要的數字為止;需要對分校正時,J3處于閉合的情況下,斷開J2,秒脈沖進入到分計時,則分計數器快速計數,直到顯示的時間為需要的數字為止,再閉合J2;同理,可以對時進行校正。

圖5 24進制計數器連線圖

圖6 核準電路連線圖

圖7 數字電子鐘連線圖

4 整機電路安裝調試

在Multisim中,執行Place/Hierachical Block命令,找到已存儲的層次塊,點打開即可出現在電路模板中,再在元件庫中找出信號發生器和數碼顯示器。本例中采用現成的信號發生器,可以將信號頻率設置為較高頻率,以便快速調節。數碼顯示器直接采用16位數碼顯示管,因本例中不會出現大于9的數碼,即使初始可能出現,可以通過校時電路快速調節為所需數字。

為使各電路接線后能順利工作,對各層次塊可以先分別測試其功能。將信號發生器分別接入60進制和24進制計數器層次塊,其輸出接數碼管或示波器看其是否能完成其功能。對其校準電路,只有當整機電路接好后,按校準電路所說工作方式,看是否能起到時、分、秒的校準。本例中各模塊皆能完成其功能,接好整機電路后,能完成所需功能,故本例數字電子鐘滿足設計任務。

5 結 語

采用層次電路設計方法,對數字電子鐘進行了設計,較好地完成了該電路的設計任務。整機電路連線美觀,各部分電路功能明確,便于理解整體電路的構成、工作原理等。在數字電路及其他更多的課程中都涉及到較復雜的電路設計,若是采用層次電路設計方法,既便于對電路的理解,也便于團隊協作,共同完成設計任務,故而層次電路設計方法將會廣泛地應用在大型復雜電路系統的設計中。

參考文獻

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【關鍵詞】電工技術教學 EDA技術 電路

一、EDA技術在模擬電路教學中的應用舉例

模擬電路通常是電工技術教學中的難點，一是電路結構復雜，學生難以理解；其次，學生不了解該部分內容在實際工作中的應用，導致學習興趣不高。為此，可以適當將EDA技術穿插在這部分的教學中，從實際電路設計的過程中引出與課程關鍵知識點相關的內容，以達到提高學生學習興趣的目的。

以下用一個實際的例子來表明如何將EDA設計過程與電工課程中相關知識點進行結合。例：使用ADS（Advanced design system）軟件實現共射極放大電路的靜態分析與直流偏置設計。共射極基本放大電路是電工技術中模擬電路部分接觸的第一個重要的知識點，課程要求學生熟練使用計算法與圖解法來確定放大電路的靜態工作點。學生對這一部分的掌握情況直接影響到其對后續知識點的掌握，因此，本例從電路設計的實際過程出發，引出相應的知識點。

在講解例子之前，需要給學生明確的是在實際的有源電路設計中，通常情況下，晶體管靜態工作點的選擇與設計是第一步，也是至關重要的一步。實現不同功能的電路，可能在電路圖上區別不大，重要的是其靜態工作點的選擇。例如，低噪聲功率放大器需要無失真地放大微弱信號，因此它的靜態工作點需要選擇在輸出曲線的中點，而高功率放大電路為了盡可能提高輸出效率，通常靜態工作點選擇到靠近截止區，而混頻器、倍頻器等電路，主要為了使用其非線性性能，因此，它們的靜態工作點通常要靠近飽和區。其次，需要強調的是電路設計是電路分析的逆過程，遵循的步驟是根據輸入輸出關系，確定靜態工作點，再得到直流偏置電路，與課程中計算直流工作點的順序正好相反，但是，它們所反映出的基本原理都是相同的。

確定靜態工作點，就是根據電路所要實現的功能，確定基極電流IBB和集電極電流IC，集射電壓UCE。因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目和一個新的設計，然后選擇晶體管直流工作點掃描模板，并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中。

其次，需要設定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數設置得到。

圖1所示的輸入輸出關系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態工作點，以實現電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應于圖3中光標m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。當靜態工作點確定后，可以據此設計直流偏置電路。由于本例是設計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。在ADS中，偏置電阻的大小可以自動計算，但是需要手動輸入相關的公式。

圖1晶體管輸入輸出關系

EqnRb=（5-VBE）/IBB[5]

EqnRc=（5-VCE）/IC.i

根據計算公式，可以得到計算結果。當選擇Ibb=60uA時，對應的基射電壓和基極電阻在一個范圍內變動，因此只能選擇一個近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同樣的方法，可以得到的集電極電阻Rc=340。當所有的參數都計算得到后，需要對該電路進行驗證，并根據驗證結果進行調整。驗證電路及其參數如圖2所示。

根據共射極放大電路的基本計算結果，可以設計出圖4所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結果直接顯示在電路圖中對應的元件和支路上。從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態工作點參數（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以發現它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設計中，無論是在靜態工作點還是元件參數的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設計，都是一個近似的設計，由此得到的實際電路都需要經過調試合格后才能夠實際使用。

圖2共射極基本放大電路

以上的例子為學生展示了一個電路設計的基本過程以及設計方法。當課程進一步深入后，可以對本例進行擴展，例如在分析放大電路動態特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學生理解設計靜態工作點的意義。

三、結語

通過在電工技術課堂上增加EDA設計的過程，可以使課程從純理論教學轉向理論與實際設計相結合的教學方式，不僅能夠提高學生的學習興趣，還能夠培養他們的實際動手能力，并極大增加了教師和學生間的互動。同時，課本上的理論與公式不再需要死記硬背，它們已經融合到設計過程中，學生通過一兩個簡單的設計就可以熟練掌握，使學生能夠輕松完成課程的學習和考試。

參考文獻

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關鍵詞：數字邏輯；Multisim12.0軟件；仿真

中圖分類號：642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0233-02

“數字邏輯”是計算機及電子類專業的一門重要的專業基礎課程，其具有很強的理論性和實踐性，要求學生通過學習既掌握數字電路分析與設計的理論知識，也能夠自己動手設計調試實用的數字電路。在理論教學過程中，教師借助Multisim12.0仿真軟件進行數字電路的模擬和演示，對電路的工作過程進行透徹的分析講解，可以幫助學生深刻理解和掌握理論知識。采用Multisim12.0軟件進行仿真實驗，為學生提供更加靈活方便的實驗環境，使學生能充分發揮想象力，按照自己的想法創建各種電路，擺脫實驗箱的束縛。Multisim12.0軟件的使用使得數字邏輯理論課的教學更加生動活潑，實驗操作更加靈活方便，提高學生的學習興趣和學習效率，同時也能夠培養學生的自學能力和創新能力的[1]。

一、Multisim 12.0軟件的特點

Multisim12.0是一個集電路原理圖設計和電路功能測試為一體的虛擬仿真軟件，它為數字電路仿真提供了豐富的元器件模型，如時鐘信號、各類門電路、各種集成組合邏輯器件、時序邏輯器件等，同時提供了種類齊全的虛擬儀器，如函數信號發生器、示波器、數字萬用表、邏輯分析儀、邏輯轉換儀和直流電源等。Multisim12.0仿真軟件具有詳細的電路分析功能，可以設計、測試和演示各種電子電路，它將原理圖的創建、電路的測試分析、結果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中，具有和真實環境一致的可視化界面，整個操作界面就像一個實驗工作臺，與實物操作幾乎相同[2]。

二、Multisim12.0應用于“數字邏輯”課堂教學

在“數字邏輯”課程的課堂教學中，對于數字電路分析與設計的理論知識很多學生會覺得枯燥且難以理解，借助Multisim12.0仿真軟件進行數字電路的模擬和演示，可以直觀地顯示電路的功能和波形，把理論知識和電路運行結果加以對照、分析，可以提高課堂教學效率。同時還可以提出問題進行課堂討論，活躍氣氛，激發學生學習興趣。

在講解用邏輯門設計小規模組合電路時，一般是按照邏輯功能分析、真值表、表達式和邏輯圖的順序設計電路，然后舉例講解。以一個三人表決電路設計為例，假設用A，B，C分別表示三個輸入變量，同意用1表示，不同意用0表示，F表示結果，通過用1表示，不通過用0表示。通過列真值表、表達式和化簡等步驟得到輸出表達式F（A，B，C）=AB+BC+AC，若用與非門實現，則F（A，B，C）=，可以畫出相應的邏輯圖。如果教師僅僅在黑板上或者多媒體課件中畫出邏輯圖，相當于紙上談兵，學生可能只能被動地接受這種解題方法，甚至是死記硬背設計步驟，很難留下深刻的印象。可以在multisim12.0仿真軟件中繪制出電路原理圖，將輸入端分別連接3個開關用于輸入高低電平信號，輸出端連接一個發光二極管用于顯示結果。通過切換開關狀態，按照真值表的順序改變輸入高低電平信號，觀察發光二極管亮、熄的規律，直觀形象地演示電路工作結果，之前講解的設計方法便很容易得到學生的認可。同時還可以利用仿真軟件中的邏輯轉換儀得到組合邏輯電路的真值表，快速判斷電路的正確性。

此外，還可以討論一下如果用其他類型的邏輯門實現該邏輯功能電路，比如與門和或門或者或非門，又該如何將表達式變形？如何繪制電路原理圖？能不能達到同樣的效果？學生在課堂上都會積極參與討論，課后也會迫不及待地去利用Multisim12.0軟件進行驗證。同時，鼓勵同學們聯系生活實際用數字電路制作一些小發明，充分發揮自己的想象力，大膽創新，并利用Multisim12.0軟件實現和驗證自己的一些想法。

三、Multisim12.0應用于“數字邏輯”實驗教學

“數字邏輯”課程實驗中傳統實驗項目一般利用面包板及用中小規模芯片完成電路設計，適于以驗證性實驗為主的一些中小規模電路的構建與測試，對于一些比較復雜的設計性和綜合性實驗則比較費時，如數字鐘、搶答器、交通燈控制器、密碼鎖等。而且在實驗過程中常常因一根導線連接錯誤、一個連接點接觸不良，致使實驗受阻，甚至無法完成，影響學生的實驗興趣。利用Multisim12.O可以實現數字電路設計虛擬仿真實驗，修改調試方便。學生可以隨時在任意裝有該軟件的計算機上進行實驗設計和測試，充分調動了學生的學習積極性和主動性，取得較好的實驗效果[3]。

在時序電路設計中有一個實驗項目是數字秒表電路設計，這是一個綜合性的實驗，理論分析可知，整個電路由秒脈沖產生電路，計數電路和譯碼顯示電路三部分組成。第一步用555定時器和電阻電容構成多諧振蕩器，由公式T=0.7（R1+2R2）計算求得適當的電阻值，使得輸出波形頻率為1kHz，利用3片74LS90芯片級聯構成1000倍分頻器將多諧振蕩器輸出信號進行分頻，從而得到秒脈沖信號。雖然可以通過理論計算得到電阻值，但是要想調試出精確的秒脈沖信號，需要在電路搭建好之后利用示波器或邏輯分析儀等儀器觀察輸出波形，測量輸出頻率或周期，根據實際情況調整電阻值。第二步選擇兩片74LS161芯片實現60進制計數電路。74LS161芯片為16進制計數器，利用清零法分別實現6進制和10進制計數器，然后用乘數法實現610進制計數器。將第一步調試好的秒脈沖信號作為輸入計數脈沖，計數器的輸出可以連接8個發光二極管，運行過程中通過觀察發光二極管的亮熄規律判斷電路輸出是否滿足要求，也可以通過邏輯分析儀觀察計數器輸出的8路波形判斷結果的正確性。第三步采用兩個共陰極七段數碼管進行秒表顯示，由兩片74LS48芯片作為七段字型譯碼器，將第二步中兩個計數器的輸出信號分別送譯碼器，兩個譯碼器的輸出分別連接兩個七段數碼管，通過譯碼器譯碼和驅動七段數碼管顯示相應的數字。

由設計步驟可知，整個數字秒表電路的設計制作需要用到10個以上的集成芯片，電路連線多且復雜，調試過程需要調整電阻值，需要用到電源、示波器和邏輯分析儀等設備。如果采用傳統的硬件實驗方法，學生需要事先查找大量資料，畫出粗略的硬件電路圖，準備所需芯片和足夠的導線，然后在面包板或者實驗箱上直接搭建硬件實物電路，借助實驗儀器觀察結果。由于實驗室只能提供有限的元器件和示波器、萬用表等儀器，若所選用芯片不合適，或者電路設計本身就存在問題，或者哪個芯片有問題，又或者哪一根線不通，有時候很難檢查出具體問題，即便檢查出來又可能要重新設計電路，在四個學時內實驗很難完成。不少學生往往會為了完成任務直接照搬其他同學的電路或者要求老師直接給出可行的電路圖，然后只是機械按照硬件電路圖連線。連線完成后如果發現電路不能正常工作，也只是簡單地直接拆除和重新連線，因為不理解電路工作原理，根本就不會分析問題解決問題，整個實驗過程就變成了重復地拆線和連線的簡單勞動。大多這樣的學生即便實驗做完了，可電路工作原理卻完全不懂，根本達不到通過設計性實驗鍛煉學生實際動手能力、培養分析問題和解決問題能力的目的[4]。

相反，如果使用仿真軟件，學生在了解基本原理后就可以在仿真軟件平臺上選擇元器件直接搭建電路，可以任意選擇芯片而不必理會材料消耗、可以放心大膽地連接電路而不用擔心電路連接錯誤而造成器件損壞的問題。仿真軟件中提供的電源、函數發生器、示波器和邏輯分析儀等可以任意選取使用，這樣就可以留出更多的時間去理解電路工作原理，分析問題和調試電路。比如在秒表電路設計制作過程中，可以任意調整電阻值，借助仿真軟件提供的示波器調試出精確的秒脈沖信號；可根據個人喜好選擇各種型號的計數器芯片設計分頻器和60進制計數器；也可以采用共陽極數碼管和相應的譯碼器設計顯示電路。

通過軟件仿真實驗，選擇符合要求的元器件，設計出滿意的電路，然后在實驗箱或面包板上搭建硬件實物電路，通過實物電路驗證實驗結果，可以保證實驗結果的正確性，大大提高實驗教學的效率。利用仿真軟件的另一個好處是學生可以大膽地發揮自己的想象，嘗試各種設計方案，有效激發學生的實驗熱情和培養創新能力。

四、結論

在課堂教學中借助Multisim12.0仿真軟件進行電路演示，驗證理論的正確性和可行性，使得數字邏輯理論課的教學更加生動活潑。在實驗教學中利用Multisim12.0仿真軟件進行仿真實驗，使得實驗操作更加靈活方便，激發了學生的學習興趣，培養了學生的自學能力和創新能力[5]。因此，有效利用Multisim12.0仿真軟件能夠對數字邏輯課程教學起到積極作用。

參考文獻：

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關鍵詞：電氣控制；電路設計；電氣安全問題

Abstract: In this paper, the author introduces the electrical control circuit design general design rules, the basic step as well as the electrical equipment explosion-proof type and measures.

Key words: electric control; circuit design; electrical safety issues

中圖分類號：TM73文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

電氣控制電路中,控制信號種類復雜,在設計過程中要嚴格按照國標GB 4728—1985等要求來合理的布局電路圖,使設計最優化。同時,工礦企業的安全已經受到社會的廣泛關注,針對不同行業的不同需求,目前已經研制出大量的不同防爆型式的電氣設備,防爆電氣設備和電氣防爆措施的廣泛應用,不僅有效的保證了人民的生命安全,也給工礦企業帶來良好的經濟和社會效益。

1 電氣原理圖設計的基本步驟

1.1 擬定技術參數

根據選定的拖動方案及控制方式設計系統的原理框圖,擬訂出各部分的主要技術要求和主要技術參數。

1.2 繪制具體電路

根據各部分的要求,設計出原理框圖中各個部分的具體電路。對于每一部分的設計總是按主電路、控制電路、輔助電路、聯鎖與保護、總體檢查,反復修改與完善的步驟進行。

1.3 繪制總原理圖

按系統框圖結構將各部分聯成一個整體。

1.4 正確選用原理線路中每一個電器元件,并制訂元器件目錄清單對于比較簡單的控制線路,可以省略前兩步,直接進行原理圖設計和電器元件選用。但對于比較復雜的自動控制線路,就必須按上述過程一步一步進行設計。只有各個獨立部分都達到技術要求,才能保證總體技術要求的實現,保證總裝調試的順利進行。

2 電氣控制電路設計的一般原則

電氣控制電路的設計應在充分滿足生產工藝電氣控制要求的前提下進行,并且力求工作可靠、動作準確、結構簡單、操作安裝檢修方便。一般應做到:

2.1 保證控制電路工作的可靠性

諸如:電器元件要正確連接、盡量減少觸頭數,縮短連接導線、防止寄生電路、在設計控制電路時應盡量避免許多電器依次動作才能接通一個電器的現象,設計的電路應該能夠適應所在電網的情況等。

2.2 保證電氣控制電路的安全性

電氣控制電路在事故的情況下,亦應能保證操作人員、電氣設備、生產機械的安全,并能有效制止事故的擴大,即使出現誤操作也不致造成事故。常用的保護措施有:采用漏電保護開關的自動切斷電源保護、短路保護、過載保護、失壓保護、聯鎖保護、行程保護、過容保護及極限位置保護等。

2.3 正確使用防爆電氣設備

防爆電氣設備接線腔的進線口,必須用標準規定的形式密封,如用彈性密封圈密封或用電纜密封夾緊接頭等。禁止采用填充密封膠泥、石棉繩等其他方法代替。在現場檢修時,當防爆電氣設備的旋轉部分未完全停止之前不得開蓋。

3 電氣控制原理電路設計的方法

電氣控制原理電路設計的方法主要有分析設計法和邏輯設計法兩種,分別介紹如下。

3.1 分析設計法

這種設計方法又稱為經驗設計法。所謂分析設計法是根據生產工藝的要求去選擇適當的基本控制環節(單元電路)或經過考驗的成熟電路,按各部分的聯鎖條件組合起來并加以補充和修改,綜合成滿足控制要求的完整線路。設計過程中,要隨時增減元器件和改變觸點的組合方式,以滿足拖動系統的工作條件和控制要求,經過反復修改得到理想的控制線路。它的優點是設計方法簡單,無固定的設計程序,容易為初學者所掌握,在電氣設計中被普遍采用；其缺點是設計出的方案不一定是最佳方案,當經驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。為此,應反復審核電路工作情況,有條件時還應進行模擬試驗,發現問題及時修改,直到電路動作準確無誤,滿足生產工藝要求為止。

3.2 邏輯設計法

邏輯設計法是利用邏輯代數這一數學工具來進行電路設計。采用邏輯設計法能獲得理想、經濟的方案,所用元件數量少,各元件能充分發揮作用,當給定條件變化時,能指出電路相應變化的內在規律,在設計復雜控制線路時,更能顯示出它的優點。任何控制線路、控制對象與控制條件之間都可以用邏輯函數式來表示,所以邏輯法不僅能用于線路設計,也可以用于線路簡化和讀圖分析。邏輯代數讀圖法的優點是各控制元件的關系能一目了然,不會讀錯和遺漏。此外,組合邏輯電路、時序邏輯電路是邏輯電路的兩種基本類型,對應的設計方法也各有不同。

4 防爆類型與防爆措施

4.1 電氣設備防爆的類型和等級

4.1.1 電氣設備的防爆類型

根據防爆的原理,針對不同的用途,電氣設備的防爆類型有以下幾種:

4.1.1.1 防止點火源的產生。代表有增安型電器設備。主要是對于一些正常工作時不產生火花和危險高溫表面的電器設備,在結構上再采取一些附加的保護措施,提高設備的安全性和可靠性。

4.1.1.2 用介質隔離點火源。這是隔離點火源的最常用的方法,此方法采用安全介質包圍電氣設備的導電部件,導電部件產生的火花無法接觸爆炸性混合物。利用此種方法的代表有正壓型電氣設備、充油型電氣設備、澆封型電氣設備等。

4.1.1.3 用外殼限制爆炸和隔離點火源。代表有隔爆型電氣設備。它利用外殼罩住導電部分,阻止爆炸向外部傳播,是一種傳統的隔離防爆。

4.1.1.4 限制點火源的能量。典型的代表有本質安全型電路和電氣設備,主要是通過限制電路在危險場合產生的能量,達到防爆的目的。

4.1.2 防爆電氣設備的防爆等級

防爆電氣設備防爆等級的劃分是根據設備使用的類別、爆炸性氣體混合物的溫度組別、防爆電氣設備的防爆型式來劃分的。我國和世界上大部分國家和地區將爆炸性氣體分為四個危險等級,根據爆炸性氣體混合物引燃溫度的差異,組別又分為T1、T2、T3、T4、T5、T6六組,引燃溫度用t(℃)表示,各組別的引燃溫度為:

T1為:450℃

T2為:300℃

T3為:200℃

T4為:135℃

T5為:100℃

T6為:85℃

4.2 電氣防爆的技術與措施

4.2.1 危險環境的劃分與注意事項

危險環境不同,選用防爆電氣設備的類型就不同,采取的防爆措施也就不一樣。根據環境危險區域的大小和級別,可以劃分為氣體、蒸氣爆炸危險環境,粉塵、纖維爆炸危險環境。電氣設備的爆炸與火災密切相關,火災容易并發爆炸。因此,防爆安全除按防火安全要求外,也需要格外注意防爆電氣設備的選擇、線路的安裝。在防爆電氣設備的選用上,電氣設備的選用要與當地危險環境相適應;在防爆電氣線路的安裝上,電氣線路的安裝位置、敷設方式、導線材質、連接方法等均要與區域危險等級相一致,確保防爆的安全。

4.2.2 電氣防爆安全技術與措施

電氣防爆安全技術與措施主要有以下幾點:

4.2.2.1 要盡量消除或減少爆炸性混合物

主要包括五個方面:采取封閉措施,防止爆炸性混合物泄漏；清理現場積塵、防止爆炸性混合物積累；設計正壓室,防止爆炸性混合物擴散到有引燃源的區域；采取開放式作業或通風措施,稀釋爆炸性混合物；在危險空間充填惰性氣體或不活潑氣體,防止形成爆炸性混合物。

4.2.2.2 采取隔離措施

對于危險性較大的設備,一般應該分室安裝,并在隔墻上采取封堵措施。常見的隔離措施有電動機隔墻傳動、照明燈隔玻璃窗照明等,通過隔離進一步達到防爆的效果。

4.2.2.3 切斷引起爆炸的源頭

在電氣設備和電氣線路設計的選用上,要與爆炸危險環境的特征和危險物的級別、組別相一致,這樣才能保持電氣設備和電氣線路安全運行。安全運行包括電流、電壓、溫升和溫度不超過允許范圍,包括絕緣良好、連接和接觸良好、整體完好無損、清潔、標志清晰等方面。

4.2.2.4 接地措施的采用

主要包括以下幾種情況:應將所有不帶電金屬物體做等電位聯結,如低壓由接地系統配電,應采用TN—S系統,不得采用TN—C系統；低壓由不接地系統配電,應采用IT系統,并應該安裝必須的保護和報警裝置。

5 結束語

電力作為一種能源,具有很多的優點,已經深入到了人們日常生活中的各個部分。但是電路設計任何的缺陷都將是嚴重的安全隱患,都會帶來巨大的財產損失和人員傷亡。同時,在企業生產過程中,電氣防爆也是備受人們關注的問題。

參考文獻：

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本文對目前在電子電氣通信專業的課程高頻電子線路實驗提出了改進思路，針對目前在實驗中采用軟件仿真代替搭建實驗電路的流行做法，提出了商榷。本文建議在低年級短學期階段讓學生接觸電路板制作、高頻防電磁干擾設計準則，通過制作通用高頻電路板并調試高頻電路，接觸高頻電路設計，激發學生今后學習電路的興趣，培養電路調試能力，縮短未來高頻電路實驗需要的時間，在高頻實驗中將軟件仿真和電路搭建調試結合，用軟件仿真驗證理論知識，用搭建電路實現功能。

關鍵詞

電子線路；實驗；仿真；電路搭建

1前言

高頻電子線路課程，又稱通信電子線路，是高校電子、電氣、通信專業的必修課程，由于該課程工程實踐性較強，通常必須配有相應的實驗課程。通過調查目前國內高校針對該課程相應的實驗課程設計，我們發現目前該課程理論階段一般設置課時為36-64學時，而相應的實驗通常有10-24課時。高頻電路類似于樂高積木，即其每個部分基本功能實現都具有固定的經典電路，整體電路設計需要根據電路參數計算，在每個功能部分從幾個經典電路中選擇合適的一個即可，這樣多個基本功能電路采用樂高積木般組合搭建而成最終電路，這點與低頻電路不同，低頻電路很多時候需要自己設計，而高頻主要還是“搭積木”。這樣看似乎該課程實驗很簡單，其實不然，在很多側重理工的大學（通常這類大學對該課程要求更高、賦予更多課時），該課程和對應的實驗課均被稱為“殺手課程”，很多學生提起來都頭疼。高頻電路實驗主要是對教授的經典電路進行驗證，因此設計部分不是難點，實驗的難點在于如何成功調試電路。在實際實驗中常常會出現設計驗證成功，但電路不成功的情況，比如高頻振蕩電路無論如何都無法起振、功率放大電路輸出信號嚴重失真等現象，這源于高頻電路中電磁干擾很嚴重，為消除電磁干擾對走線的粗細、走線的拐角、電源線的布設位置、接地處理、哪里需要添加去耦合電容、去耦合電容的容值選取多大等等均需要經驗，因此有種說法：“能設計開發模擬高頻電路的工程師如同老中醫，越老越珍貴。”而這些知識理論上很容易，遠比高頻電路設計計算容易理解，但實際應用時頗有“大音希聲，大象無形”的感慨———飄渺難以把握的感覺，調試相同的2個PCB版，一個很容易就調通了，另一個無論如何效果不好。

2當前實驗課程設計現狀及問題

正是為了避免高頻電路設計容易、調試難的這個特點，當前很多學校在高頻電路實驗中普遍采用兩種方式：（1）軟件仿真，目前常用的實驗仿真軟件有Candence中的pSpice，NI公司的multisim，其中multisim在目前高校應用是最廣泛的；（2）使用現成的調試好的實驗板/箱，同學只需要改變電路中某個器件的參數，然后通過使用濾波器測試輸出變化即可。在我們調研中發現以上兩種方式目前前者約占60%出頭，并且近幾年來有越來越受歡迎的趨勢，后者約占40%。無論采用以上哪種方式進行實驗，均避開了電路調試這個環節，的確電路調試時間遠大于設計所花費時間，并且可能最終電路還調試不好，而以上兩種方式只有做實驗快慢的問題，絕不會出現實驗做不出的問題，老師減少了工作強度，學生能完成實驗，大家皆大歡喜。我校高頻電子線路實驗以上兩種方式都采用，我們對以上兩種實驗方式的反思來自于本校近幾年畢業生的反饋，很多在學校動手能力較強、成績比較好的學生反映，在實際工作中進行電路設計和調試，設計還比較簡單，如何選擇器件參數也會計算，但當PCB板做好需要調試時若電路出現問題，根本就不知所措，沒有任何頭緒，不知道從哪里開始排查，單位里老工程師問是否大學里做過實驗？答曰做過，軟件仿真直接在實驗板上測試的。他們反饋希望在大學學習階段盡早接觸實際電路設計調試。我們認為仿真軟件代替實驗，固然可以使得實驗變得簡單，學生能夠用鼠標鍵盤改變電路中某個元件的參數，輕而易舉地測得某個位置參數變化對輸出的影響，對所學理論有直觀感性的認識，但親手搭建實驗電路也是必不可少的。因此目前對高頻電路的設計實驗，還是應該以軟件仿真、實驗板測試和實際電路設計調試相結合，不可簡單用一個代替另一個。但做高頻實際電路，需要的時間很長，不可控因素較多，而大學高頻電路實驗課程一般有10-24學時，有的學校甚至少至只有6學時，在如此少的時間內面對復雜電磁干擾下的電路，能調試成功電路的難度還是相當大，如果學生經過很長時間不能完成電路，他們就會感到沮喪，徹底喪失了學習的興趣。

3實驗改革思路

為了保證實驗能達到驗證電路設計理論、調試電路的目的，同時在此前提下將任務簡單化，筆者提出了高頻電路系列實驗的改革方案，即“從娃娃抓起”，將該實驗分兩個分階段完成，從大學一年級就逐步開始實施。改革的基本思路是將該實驗進行分解，其中某些分解的部分與其他課程實驗、實習、短學期相結合，并將這些結合后的實驗結果用于后續的高頻電路實驗中，相當于拉長了該課程的實際實驗學時，具體思路為將整個高頻電路實驗分為兩個階段：第一階段為第二學期的短學期電子線路實習階段，在此階段完成部分高頻電路實驗內容；第二階段為第六學期的高頻電路實驗階段，在此階段完成高頻電路具體功能實現的調試和學習。

3.1第一階段改革方案

首先由高頻電路實驗教師設計一個通用的高頻電路實驗版，在這個實驗版上可以完成目前高頻電路實驗課程需要的所有實驗。這步由高頻電子線路實驗課老師和理論課教師合作商討完成，無需學生參與。教師將該通用板的原理圖和PCB圖交給負責一年級暑假電子線路實習的老師，通常電子、通信、電氣專業在一年級暑假會有電子線路短學期實習，這時候學生們實際上還沒有接觸電路設計的任何理論知識，以往短學期實習是讓他們學習使用制電路圖軟件，并最終做出實際電路，而電路多來自于在這之后的二年級低頻電子線路課程，改革后將短學期實習內容略做修改：學習使用制版圖的軟件，學習高頻防電磁干擾的基本設計理念，根據老師給出的原理圖畫出PCB圖。由于此時的學生既沒有電路基本知識也無調試電路板的經驗，僅有在步驟（2）中學習到的一些理論，在此情況下他們畫出的PCB圖必然和能實際應用的PCB圖有很大差異，因此需要短學期指導教師的糾錯：在同學上交自己的PCB圖后，短學期指導老師將高頻電路實驗老師設計的PCB圖發給每個同學，同學自己比較兩個PCB設計的差異，對照在步驟（2）中高頻設計基本理念，分析自己的設計與老師給出的設計中有哪些不同？這些差異中哪些是無關緊要的？哪些部分是違背了高頻設計基本理念的？寫出總結報告，并根據參考圖修改自己的通用電路板的PCB圖，在此過程中有任何疑問可以與短學期指導老師和高頻電子線路實驗老師商榷，最終完成制版。電路焊接練習：當通用PCB版制成后，由高頻電路實驗老師給出高頻電路中的幾個常用電路（每個電路是PCB的一部分），由學生自行選擇哪個電路（或者說PCB板哪個部分）進行焊接練習?？紤]到此時的同學們沒有電路分析知識，這里我們推薦選擇高頻振蕩電路或者高頻小信號放大電路，因為這兩個電路調試相對簡單，每個同學任選一個作為焊接電路，將分體元件焊接在PCB板上，分體元件由短學期指導老師統一采購分發給同學們。此過程沒有改變電路實習短學期的教學目的———訓練學生焊接電路，電路所使用的器件、各個器件參數均由高頻電路實驗老師指定，學生僅在此過程中練習焊接技術。短學期實習階段的電路調試，此電路調試不同于高頻電路實驗課的調試，在此階段同學們主要檢查電路是否虛焊，有無短路等問題（這些問題必須在短學期解決），學會使用各種測量儀器，具體電路效果的調試需要應用電路理論知識解決問題，此階段同學們還不具備條件，如果前面的調試都順利完成，則老師可以指導學生完成進一步的簡單效果測試。電路調試過程中，不僅負責電路實習的老師在場，高頻電子線路實驗老師也要在場，幫助帶領同學們解決遇到的問題。由于短學期實習時間較長，并且時間集中，相比于高年級的實驗課時時間上充裕了很多，通過電路調試中解決問題的過程，同學們學會了示波器等測試儀器的使用方法，由于電路原理對于一年級的同學還是沒有概念的，因此每一步驟的調試都要在老師指導下進行，比如測量輸入信號后測試三極管輸出，三極管的輸出放大信號應該是輸入信號的多少倍，老師必須告訴同學倍數的范圍在多少以內是合理的，諸如此類。對應高頻電磁干擾的問題，老師不能直接告訴學生如何處理，而要求學生自己通過上網查資料的方式找答案，這部分知識對理論要求不高，所以學生即使沒有學過電路知識也可以理解，再經過一段學生自己找資料解決問題的階段后，高頻電路實驗老師幫助學生一起解決電磁干擾的問題。通過一年級的短學期經歷，激發同學們對電路設計的興趣，而興趣往往是最好的老師，引導他們在二年級時學習低頻電路有好奇心，學習的主觀能動性更強，學習效果更好。低頻電路是高頻電路的基礎課程，只有低頻電路學好了，高頻電路才有可能學好，所以適當調整一年級短學期實習內容，可以為后續課程打下良好的基礎。另外，通過短學期的學習，學生有充裕的時間調試電路板，學習高頻防止電磁干擾的方法等，這樣可以提高在高頻電路實驗中的效率，減少調試電路所花費的時間。

3.2第二階段改革方案

我們建議在高頻電路實驗中將軟件仿真與硬件電路調試結合，進行實驗設計，比如在經典高頻功率放大器電路實驗中，先用軟件仿真電路，通過更改負載值、基極電壓，調整分壓值，更改輸入電源電壓等，在軟件中觀察輸出電壓、電流的變化，并畫出對應曲線，將該曲線與理論曲線相比較，驗證理論，正如前面所述，這樣實驗花費時間較少，難度低，學生都能做出來，不會有挫敗感進而喪失學習的興趣。然后固定各部分參數值，讓學生使用他們自己一年級短學期制作的分離元件搭建高頻功率放大電路，進行功能調試，即用焊接好的電路板達到設計功能要求，由于已經在一年級處理過電磁干擾的問題了，此時工作量大為減少，他們面對新的高頻電路無法工作時，惶恐感沒那么強烈，多少還是有些經驗的，加上實驗老師的輔導協同幫助，絕大部分同學有能力在規定時間內解決問題。然后我們采用反向設計法進行實驗：在現成的實驗箱中任選一功能模塊，這些模塊都是二層電路板設計，對這個功能首先學生進行電路設計，為加快時間只需完成原理圖設計即可，然后學生被要求畫出試驗箱中該模塊的電路，比較自己設計的電路與實際電路之間的異同，分析為什么會出現這些差異？這些差異哪些是允許的、無關緊要的，哪些是由于設計不當引發而必須改正的，寫出分析報告。通過反向設計，同學們能體會到理論和實踐的差異，在今后的工作中不可掉以輕心，多思考，積累經驗。

4總結

我們三年前進行高頻電子線路課程改革，在改革的第一年在一年級同學短學期期間也要求二年級同學一道參與制作PCB板、焊接元器件，到了三年級下學期這些同學學習高頻電路時，他們已經迫不及待要驗證自己以往的勞動成果了，調試電路時主動性大大增強，幾乎沒有人像以往那樣什么問題都等老師來解決，很多同學自發組成討論組，自己上網查資料，基本能做到獨立調試好電路，相比用軟件仿真和用實驗板，教師在該課程實驗階段的工作量會有些增加，同學們在規定學時內完成實驗電路調試也是可行的，教師和學生的壓力均在可承受范圍內，但實際能力得到了更多的鍛煉。

作者：侯俊 陳文 單位：上海理工大學光電信息與計算機工程學院 上海應用技術學院

參考文獻

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