故障仿真在《電子工藝實(shí)訓(xùn)》課中的探索與實(shí)踐

徐秀美，王立新，伊學(xué)軍，曹立軍

（山東理工大學(xué)，山東淄博，255000）

0 緒論

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是用來衡量高校所培養(yǎng)的畢業(yè)生是否達(dá)到該專業(yè)所制訂的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的一種合格性評(píng)價(jià)體系，是工科畢業(yè)生達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)要求的制度保障[1]。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了國際實(shí)質(zhì)等效，對(duì)于我國工程技術(shù)領(lǐng)域走向世界、應(yīng)對(duì)國際競(jìng)爭(zhēng)有著重要意義[2]。我校的多個(gè)專業(yè)已經(jīng)進(jìn)入工程教育專業(yè)認(rèn)證過程中，為適應(yīng)工程認(rèn)證對(duì)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)的要求，提出了故障仿真在《電子工藝實(shí)訓(xùn)》課中的應(yīng)用。

1 課程內(nèi)容介紹

《電子工藝實(shí)訓(xùn)》課是一門以實(shí)踐為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生原有的理論知識(shí)，通過分析原理、實(shí)際制作電路、分析測(cè)試結(jié)果、解決實(shí)際問題，從而鍛煉學(xué)生綜合能力的課程。

我校開設(shè)的《電子工藝實(shí)訓(xùn)》課內(nèi)容有：電子元器件識(shí)別測(cè)試、電路焊接調(diào)試、電路故障分析與排除等，根據(jù)學(xué)生專業(yè)與時(shí)間情況增減電路設(shè)計(jì)、PCB制作等?？紤]工程教育認(rèn)證對(duì)“培養(yǎng)目標(biāo)”、“畢業(yè)要求”、“持續(xù)改進(jìn)”、“課程體系”等方面的要求，內(nèi)容做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。增加電路仿真測(cè)試、仿真故障設(shè)置測(cè)試、對(duì)比分析電路故障，達(dá)到縮減排故時(shí)間、減少盲目性、提高學(xué)習(xí)效率的目的。

2 故障仿真實(shí)例分析

以電源電路為例，介紹實(shí)驗(yàn)室制作電源的步驟及仿真測(cè)試等情況。

■2.1 電源電路基本組成

直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路4部分組成，其原理框圖及各個(gè)階段波形情況如圖1所示。

圖1 直流穩(wěn)壓電源原理框圖

圖2是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路原理圖。整流電路為單相橋式整流，濾波電路為電容濾波。穩(wěn)壓部分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，由調(diào)整管，比較放大器VT3，取樣電路R4、R5、R6、RP，基準(zhǔn)電壓電路LED-P、R3等組成[3]。

圖2 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路原理圖

■2.2 電源電路制作與仿真

（1）仿真電路測(cè)試分析

根據(jù)電路原理圖2，學(xué)生利用常用的仿真軟件繪制正確的原理圖，設(shè)置（1-5）5個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別測(cè)試1點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)、2-5點(diǎn)對(duì)0點(diǎn)的電壓和波形，正確電路的波形和參數(shù)如圖3所示。

圖3 1點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)、2-5點(diǎn)對(duì)0點(diǎn)的電壓和波形

由于實(shí)際制作電路時(shí)，電路極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以在仿真時(shí)建議學(xué)生在電路上人為設(shè)置故障點(diǎn)，以短路或斷路故障為主，分別設(shè)置3-5處，測(cè)試5個(gè)點(diǎn)對(duì)0點(diǎn)故障時(shí)的電壓與波形。圖4所示是1點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)、2-3點(diǎn)對(duì)0點(diǎn)故障時(shí)的電壓和波形圖。

圖4 1-A、2-0、3-0間故障電壓和波形

（2）電路制作步驟

根據(jù)電路原理圖2，在電路板上焊接安裝電源電路。為保證焊接質(zhì)量，一是檢查電路板上的銅箔線條是否完好，有無斷線、短路；二是檢查測(cè)試元器件質(zhì)量；三要認(rèn)真細(xì)心地安裝、焊接，并保證焊接質(zhì)量；四是在焊接完成后，認(rèn)真檢查元器件位置與連接導(dǎo)線間是否符合原理圖要求，焊接質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)等外觀檢查；五是在外觀檢查無誤后，用萬用表直流電壓量程測(cè)量S1、S2、S3分別閉合后的輸出電壓UO，并用示波器觀察測(cè)試1-5點(diǎn)的波形。

■2.3 對(duì)比仿真和實(shí)際測(cè)試結(jié)果

（1）1-A點(diǎn)之間：反映的是變壓器降壓后的情況，波形是正弦波，電壓值符合變壓器副邊電壓值u2。若1-A點(diǎn)之間輸出電壓為0，實(shí)際故障情況可能原因：一是變壓器損壞或變壓器原邊沒接好電源，需要檢查變壓器質(zhì)量和變壓器與電源的接線；二是變壓器副邊短路，需要檢查變壓器質(zhì)量、4只整流二極管質(zhì)量及極性。

（2）2-0點(diǎn)之間：是橋式整流和濾波后的結(jié)果，U3≈1.2u2。實(shí)際電路測(cè)試時(shí)，若U3值較低，原因可能是二極管損壞，沒有構(gòu)成橋式整流電路；或?yàn)V波電路沒起作用；或輸出端短路。

（4）4-0點(diǎn)之間：4-0點(diǎn)之間電壓為復(fù)合管的Ube1+Ube2、R2的壓降UR2及UO之和。影響4-0之間電壓的器件，可能是VT1、VT2、R2，R1也有可能。

（5）5-0點(diǎn)之間：反映的是ULEDP。5-0點(diǎn)之間電壓的異常只能是LED-P。

對(duì)比仿真和實(shí)際測(cè)試結(jié)果，判斷電路是否存在問題。結(jié)果變化明顯的那一部分，即是故障電路。進(jìn)一步對(duì)比自己設(shè)計(jì)的故障點(diǎn)仿真或同學(xué)設(shè)置的故障點(diǎn)仿真，再配合原理分析，極易查找電路具體故障點(diǎn)。

3 總結(jié)

通過實(shí)踐，上述方法在其他電路同樣適用。在《電子工藝實(shí)訓(xùn)》課中加入仿真，符合工程認(rèn)證基本理念，完善工程認(rèn)證“畢業(yè)要求”設(shè)計(jì)開發(fā)解決方案之提供合理優(yōu)化解決方案。仿真故障學(xué)習(xí)需要學(xué)生熟悉仿真軟件，查找元件并繪制電路，測(cè)試仿真正確電路和故障電路，雖然占用學(xué)生課外時(shí)間，但是彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少的缺陷，能夠減少學(xué)生查找電路故障的盲目性，減少對(duì)元器件的損耗，節(jié)省查找故障時(shí)間，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。通過比較得知，經(jīng)過對(duì)正確電路及故障電路仿真，對(duì)實(shí)際電路的故障排除有一定的實(shí)際意義。