电路分析与应用

2024-05-20

电路分析与应用（精选十篇）

电路分析与应用篇1

关键词：符号化仿真器,模拟电路,主极点,自动优化

0 引言

在对电路性能进行考察的各项指标中,模拟电路的零极点提取始终是设计者们颇为关注的焦点。然而,由于零极点符号化求解方法呈现计算时间和空间复杂度随电路规模的增大指数增长的特点,使得精确的符号化仿真工具对大规模模拟集成电路的零极点分析能力十分有限[1]。

从本质上讲,零极点提取即求解电路传输函数分子、分母一元高次多项式的根,但至今为止人们只建立起四阶以下多项式的解析解表达式,还没能找到一个系统的高阶方程解析解求解方法[2]。幸运的是,对某些电路性能的评估往往只需要部分零极点信息,如某放大器电路在高频区的电压增益为 $A (s) = \frac{Κ}{(1 + \frac{s}{400}) (1 + \frac{s}{9.6 \times 10^{6}})}$ ,则其幅频特性为 $■ A (j ω) ■ = 20 \lg Κ - 20 \lg \sqrt{1 + (\frac{j ω}{400})^{2}} - 20 \lg \sqrt{1 + (\frac{j ω}{9.6 \times 10^{6}})^{2}}$ ,可以看出,主极点s=-400对系统带宽的影响起主导作用。因此,电路主极点可以很好地刻画出电路的带宽特性,也是模拟电路设计师常用的一个设计参数。

近期开发的模拟电路符号化仿真器GRASS(Graph Reduction Analog Symbolic Simulator)基于全新的拓扑网络分析理论,通过图约化算法构建二分判定图用以存储符号化电路传输函数[3,4]。这种特殊的电路分析方法不仅可以通过对判定图的相关操作得到所需的符号化分析结果,而且能方便地进行电路元件交流敏感度分析,使得对电路性能的符号化分析和自动优化成为可能[5]。

本文首先介绍了GRASS仿真器的相关原理,接着提出了一种基于该仿真器的电路主极点符号化提取、敏感度计算和自动优化算法,最后以对带米勒补偿的三级运算放大器的分析为例说明这个算法的应用。

1 GRASS仿真器原理

GRASS与DDD[6]是迄今为止世界上仅有的几个能成功分析较大规模模拟电路(20～30个晶体管)的符号化模拟电路仿真器。与DDD的矩阵方法不同,GRASS直接利用电路拓扑进行符号化分析,有助于电路设计者根据设计需求直接对电路的关键参数进行调节和优化。

对于工程中常用的模拟电路,GRASS仿真器首先按照特定规则将电路转化为相应的有向图,然后以图约化的方式得到电路传输函数的表达式;它成功地将图约化算法与二分判定图结合,避免了冗余生成项的产生,共享了大量结构相同的子图,大大提高了可处理电路的规模和符号化分析效率[3,4]。

以如图1所示电路为例,GRASS仿真器对此电路执行图约化算法,根据电路拓扑结构构建如图2所示的图约化判定图SDD (Symbol Decision Diagram)。

从图2中可以直接得到嵌套形式的符号化电路传输函数:

$Η (s) = \frac{1}{X} = \frac{C_{1} s R^{- 1}}{C_{1} s (R^{- 1} + C_{2} s) + C_{2} s R^{- 1}} (1)$

通常,为了能够更加便捷地分析电路行为特性,希望传输函数以关于频率变量s的多项式的形式出现。因此,需要对电路的SDD进行图操作,将其展开为一个具有多个根节点的FNE(Flat-Nonhierarchical-Expression)形式[7],每个根节点代表多项式系数的判定图,并共享他们的子图,如图3所示,N[i]、D[i]分别表示符号化传输函数分子、分母多项式中对应第i阶变量si的系数。

GRASS仿真器为电路元件与SDD中的结点建立了一一对应的关系,且所有参数均以导纳形式出现,这种特殊的电路表现形式可以方便地求解出传输函数对某个参数导数的符号化表达式。敏感度信息的提取只需根据待处理元件在电路中的位置对已构建的SDD进行图操作即可,不会因为任何新结点的出现而增加空间复杂度[5]。同样的,敏感度SDD也可以通过s展开来提升符号化计算的效率。对图1所示电路的传输函数求关于R的一阶导数,然后进行s展开可以得到如图4所示的敏感度s展开SDD。符号化敏感度信息的提取可以弥补数值仿真工具不可洞察参数改变对电路性能影响程度的解析表示的缺点,为电路的设计与优化提供可靠的依据。

2 主极点符号化分析算法

假设通过符号化仿真器GRASS得到如下电路传输函数:

$Η (s) = \frac{Ν (s)}{D (s)} = \frac{b_{0} + b_{1} s + \dots + b_{q} s^{q}}{a_{0} + a_{1} s + \dots + a_{p} s^{p}} (2)$

其中,a0～ap、b0～bq分别表示传输函数分母、分子多项式中变量s的系数。当分母多项式存在根pd满足条件pd<<pk时(pk为传输函数其它极点,k≠d),则称pd为电路的主极点。如pd为实数,称pd为实主极点;如pd为虚数,则与其共轭虚数统称为复主极点。由于篇幅所限,本文将以实主极点为分析对象进行算法介绍,文中所有主极点均特指实主极点,复主极点分析方法可以类似地导出。

2.1 主极点的符号化提取

由于电路存在主极点pd,因而传输函数可由一阶表达式近似地描述:

$Η (s) \approx F (s) = \frac{k}{s - p_{d}} (3)$

分别对式(2)和式(3) 进行泰勒展开:

$\begin{array}{l} Η (s) = m_{0} + m_{1} s + m_{2} s^{2} + \dots \\ F (s) = - (\frac{k}{p_{d}} + \frac{k}{p_{d}^{2}} s + \frac{k}{p_{d}^{3}} s^{2} + \dots) (4) \end{array}$

比较上式中的两个泰勒展开表达式,可以得到如下方程组:

${\begin{cases} m_{0} = - \frac{k_{1}}{p_{d}} \\ m_{1} = - \frac{k_{1}}{p_{d}^{2}} \\ \dots \\ m_{r - 1} = - \frac{k_{1}}{p_{d}^{r}} \end{cases} (5)$

其中,mp是电路传输函数p阶矩,由传输函数分子和分母多项式的系数组成[8]。从方程(2)和(5)得到的电路主极点表达式为:

$p_{d} = \frac{m_{0}}{m_{1}} = \frac{a_{0} b_{0}}{a_{0} b_{1} - a_{1} b_{0}} (6)$

当传输函数分子、分母多项式均不包含常数项时,电路必有等于0的零点和极点,不存在主极点。若电路传输函数分子、分母多项式系数使得式(6)的分母为0,则根据方程组(5),主极点与电路任意阶矩的关系表达式为:

$p_{d} = \frac{m_{0}}{m_{1}} = \frac{m_{1}}{m_{2}} = \dots = \frac{m_{r}}{m_{r + 1}} (7)$

因而,存在某个r和n:

$p_{d} = (- 1)^{n + 1} \begin{array}{l} n \end{array} \sqrt{\frac{m_{r + n}}{m_{r}}} (8)$

所以,只要电路主极点存在,就能通过式(8)对主极点进行求解,称这种主极点分析方法为矩匹配法。

对电路主极点进行符号化分析,首先要通过GRASS仿真器对待分析电路构建s展开SDD,从中提取相关的分子、分母多项式系数,然后根据求解表达式(6)进行求解。如果改变某一电路参数,只需遍历该s展开SDD,提取新的与主极点有关的多项式系数,即可得到主极点与该电路参数相关的变化轨迹。这些操作已实现在GRASS仿真器中自动进行。

2.2 主极点的符号化敏感度

敏感度是指电路参数值的微小变化对电路性能的影响程度在数学意义上的描述。模拟电路的敏感度分析对关键设计指标的优化起着至关重要的作用。例如,通过主极点敏感度分析对系统带宽进行优化,可以大大简化分析过程,直接建立设计者直觉与电路参数的联系,提高优化效率和设计者的工作效率。

设pd(x)是主极点关于某个电路参数x的函数,其中x可以为电容、电感、电阻或受控源的控制系数。定义主极点相对于该电路参数的归一化灵敏度为:

$S e n s (p_{d} (x), x) = \frac{x}{p_{d} (x)} \frac{\partial p_{d} (x)}{\partial x} (9)$

因为归一化灵敏度存在如下关系:

$S e n s (\frac{Ν}{D}, x) = \frac{x}{Ν} \frac{\partial Ν}{\partial x} - \frac{x}{D} \frac{\partial D}{\partial x} =$

Sens(N,x)-Sens(D,x) (10)

所以,若a0b1-a1b0≠0,主极点的归一化灵敏度公式可以表示为:

Sens(pd(x),x)=Sens

$\begin{array}{l} (\frac{a_{0} b_{0}}{a_{0} b_{1} - a_{1} b_{0}}, x) = \\ \frac{x}{a_{0} b_{1} - a_{1} b_{0}} {\frac{b_{0}}{a_{0}} (a_{0} \frac{\partial a_{1}}{\partial x} - a_{1} \frac{\partial a_{0}}{\partial x}) - \\ \frac{a_{0}}{b_{0}} (b_{0} \frac{\partial b_{1}}{\partial x} - b_{1} \frac{\partial b_{0}}{\partial x})} (11) \end{array}$

从式(11)中可以看出,求解主极点灵敏度要分别计算分子、分母多项式相关系数的一阶导数,而对多项式系数求导并不改变其在传输函数中的位置,因此不必对与主极点相关的多项式系数分别求导,只需对求导后的传输函数进行s展开并提取相关系数即可。文献[7]中已实现了对传递函数H(s)的求导。

将上述过程归纳为如下的主极点灵敏度求解算法:

步骤一:建立待分析电路的SDD。

步骤二:对待分析电路的SDD相对某个电路元件参数进行求导,得到求导后的SDD。

步骤三:s展开求导前后的SDD,提取与主极点灵敏度表达式相关的变量。

步骤四:利用式(11)计算主极点归一化灵敏度,通过式(9)推导出非归一化灵敏度。

由于除了控制参数外的其他电路元件均以导纳的形式出现在GRASS仿真器中,如G=1/R,因此,

Sens(pd(G),R)=-Sens(pd(G),G) (12)

2.3 主极点自动优化算法

在模拟电路设计中,Spice等数值仿真工具只提供针对某一组电路参数的仿真结果,无法提供电路依赖参数的行为倾向,难以直接对电路性能针对某些参数进行优化。而符号化仿真器GRASS能直接建立某些电路性能与电路参数之间的解析关系,导出敏感度的解析表示及电路性能依赖参数的行为倾向,从而根据性能指标优化电路参数。

假设希望调整电路元件x的参数使得主极点从当前值pd优化至由设计者设定的目标值p0,最简单的思想就是改变x参数,计算pd与p0的差值f(f=pd-p0)和pd的敏感度Sens,以敏感度符号为向导,确定x参数的改变方向,使f趋近于0。

如当f<0,此时pd<p0,若Sens>0,说明pd随x单调递增,则将x的值增加至2x;反之,若Sens<0,则x减小至x/2;将调整后的x值设为有根区间的其中一个端点。如此循环,直到x的某个值使得f>0,将此值设为有根区间的另一个端点。由零点定理可知,上述循环得到的区间[a,b]满足f(a)*f(b)<0,必存在一点使得f=0,即pd=p0。通过二分迭代法在区间[a,b]内进行根搜索,直至找到使得f满足误差限ε的x参数。

主极点自动优化可以归纳为以下算法:

步骤一:提取元件初值,计算此时pd与p0之间的差值f。

步骤二:计算主极点敏感度Sens,通过判断f和Sens的符号改变元件参数,直到找到区间[a,b],使得f(a)*f(b)<0。

步骤三:在有根区间[a,b]内进行迭代法根搜索,使有根区间收敛于满足主极点设计要求的参数。

3 设计案例

以如图5所示的带米勒补偿的三级运算放大器[9]为例,对GRASS提取和优化模拟电路主极点的正确性和可靠性进行测试。

在适当偏置下得到电路小信号模型的元件参数值,通过GRASS仿真器获得电路传递函数的符号化表示。采用矩匹配法对电路进行主极点分析,得到的主极点为-1245.26rad/s;传统的根分离法[1]直接由分母多项式最低两次项系数之比-a0/a1得到近似主极点,其值为-1242.04rad/s;而通过Spice零极点分析得到的主极点为-1245.3rad/s。以Spice结果为参考标准,矩匹配法提取的主极点精度远远高于传统的根分离方法。

从仿真结果可以看出,即使测试电路已经达到一定规模,本文提出的算法仍然能够在一个合理的误差范围内对电路的主极点进行快速符号化分析。此外,若将主极点看成是某个电路元件的函数,可得到主极点随该元件变化的曲线。实验电路的主极点随补偿电容Cc1变化的根轨迹如图6所示。可以看出,主极点仅对于Cc1参数的部分值变化明显,设计者可以根据这些信息适当选取电路的参数值。

使用公式(9)分析主极点对电路元件的敏感度,可以得到已知电路参数时改变某个电路元件对主极点位置的影响程度,如Cc1为5pf时,通过符号化敏感度求解算法得到的主极点非归一化灵敏度为1.94e11。从图6中可以验证,灵敏度为正,说明主极点随元件值的增加而增加;灵敏度为负,则反之。敏感度正负符号表明主极点随电路参数变化的趋势,这些信息将给电路元件参数优化自动化带来方便。

假如希望改变电路元件Cc1的参数,使主极点趋近-1e4rad/s。主极点自动优化算法将通过符号化提取和敏感度计算自动调整该参数,使之从初值5pf调整至0.49pf,从而满足设计要求。将主极点自动优化后的电路参数重新代入Spice中进行零极点分析,得到在新的电路参数条件下的主极点为-10003.4rad/s。经过参数调整的电路带宽将得到优化,调整前后的电路频率响应如图7所示,可以看到明显的带宽增加。

可以看出,通过主极点自动优化算法进行电路参数调整得到的结果不仅与Spice仿真结果十分接近,而且弥补了Spice等数值仿真工具在参数优化自动化方面的不足。同样的符号化分析原理亦可用于其它设计指标关于电路参数的优化,为模拟电路设计师提高工作效率带来更多便利。

4 结束语

本文提出了一种借助符号化电路主极点分析对模拟电路带宽进行优化的方法,说明了基于电路拓扑结构的模拟电路符号化仿真器在模拟电路设计自动化方面的一个新的应用。本文的主要贡献是提出了一个通过对电路符号化传输函数进行一阶矩近似导出电路主极点的方法,并验证了此方法的精度。符号化主极点不但可以用来分析关于电路参数的根轨迹,而且可用于计算主极点关于电路参数敏感度;而敏感度为主极点自动优化提供了依据,从而实现带宽的优化。经验证,这种新的算法大大提高了模拟电路设计中主极点自动优化过程的自动化程度,实验结果正确可靠。通过对电路主极点的精确分析,模拟设计师可以直观地得到电路参数与系统带宽的关系,根据设计要求自动实现带宽调整。未来可以进一步研究多参数对于带宽、相位裕度等设计指标的综合效应,从而实现多参数协同优化的自动化。

参考文献

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电路分析与应用篇2

张帅

1（鲁东大学交通学院烟台 264025）

摘要：本文将逻辑门电路理论应用到了城市交通之中,对城市交通问题进行初步分析。关键词：逻辑门电路城市交通真值表卡诺图

Try using the logic gate circuit theory to synthetically analyze

the urban traffic

Zhang Shuai 1

(College of Transportation, Ludong University,Yantai 264025)

Abstract：This article applies the logic gate circuit theory to analyze the urban traffic at the first step.Key words：Logic gate circuitUrban trafficTruth tableKarnaugh map

0前言

随着社会的进步、经济的腾飞、科技的发展,城市化进程不断加快,而影响城市交通问题的因素也日益增多并且更加多样化、复杂化。中等城市一般拥有几百个十字路口以及数万车辆,且分布广阔,什么时候出现交通问题具有不确定性。

如何对具有不确定性等特点的城市交通系统进行有效控制,是一件不容易的事情。道路扩展了,车辆增多了,而交通控制却往往滞后于城市的发展。如何解决城市交通拥挤、十字路口行走的安全、红绿的指挥等,这些都是影响城市交通的亟待解决的问题,一旦解决好了,对城市交通控制将更加科学化、智能化。交通是城市经济活动的命脉,对城市经济发展生活水平提高起着十分重要的作用[1]。在城市交通控制中,有很多研究得到了广泛的应用,但由于交通问题具有一定的偶然性、随机性,实际控制效果仍需改进。为此,本文引入了逻辑门电路的理论来解决城市交通问题的思路,为城市交通问题的解决及开展预测方法的研究,提出新的方法。

1逻辑代数基本理论

逻辑代数又称布尔代数或开关代数,它是用代

数的形式来研究逻辑问题的一种数学工具,其变量可以用字母A、B、C、D等来表示,并称为逻辑变量,但它所表示的是电路上的开关接通还是断开,逻辑判断的结果是真还是假,某种结论是正确还是错误,某事物存在还是不存在等等两种可能性,因此逻辑变量只有两个取值,一般用1和0来表示。因为逻辑变量的取值只有两个,所以把这种逻辑称为二值逻辑,在二值逻辑中,1和0只是一种符号的代表,没有数量的含义,无大小、正负之分。若干逻辑变量之间的相互联系就反映为数学上的几种运算关系,逻辑代数的基本运算有“与”运算、“或”运算及“非”运算三种,由这三种运算可以组成复杂的逻辑运算,这些运算可以采用逻辑门的形式来表示[2-3]。假设存在A、B、C、D等逻辑变量,进行逻辑运算的结果为F,其逻辑关系及逻辑门形式如表1。

更为复杂的逻辑运算,如“同或”、“异或”等,本文将不再列出。

在数字逻辑门电路理论中,若给定一个逻辑函数表达式,可以通过真值表法、代数法或卡诺图法将其化简为最简逻辑表达式。而实践也证明,运用数字逻辑门电路原理进行交通预测及控制是可行的。

收稿日期：2007-06-29 作者简介：张帅（1986-），男，本科生。研究方向：机械设计制造及其自动化。E-mail:386322305@qq.com

表1 逻辑关系及逻辑门

Table

1The Logical Relation And the Logical Gates

2逻辑代数基本方法

数字逻辑门电路的设计,是将输入组合根据不同要求转换为输出信息,化简逻辑函数最常用的方法是代数化简法、真值表法和卡诺图法。代数化简法就是利用逻辑代数的公理、定理、规则对函数表达式进行逻辑变换,可以化成最小项之和或者最大项之积的形式;真值表是一种由逻辑变量的所有可能取值组合及其对应的逻辑函数值所构成的表格;图形化了的真值表称为卡诺图。卡诺图基本方法为:根据逻辑函数中变量的数目画出卡诺图;在卡诺图对应位置的方框内填1(或0),其余方框内填0(或1);所有填1(或0)的方框所合成区域就是逻辑函数的卡诺图。下面以图1为例进行说明。在卡诺图上合并最小项是通过画圈进行的,即把相邻的“1”小方块圈在—起,写出该圈所对应的乘积项,然后把这些乘积项相“或”即得最简“与或”式。已知 F(A,B,C)=∑m(0,1,3,5)+∑d(2,6)

则其卡诺图如图1所示。

通过卡诺图,得出逻辑函数化简结果为：

F(A,B,C)=非A+非B*C

通过本例可以得出卡诺图化简的指导原则:N变量卡诺图中的每个单元都有N个逻辑相邻的单元;单元可以被合并为大小为2,4,8,„,2K的组;每个被合并组中包含的所有单元都对一些变量有相同的值;合并尽可能多的单元,这将导致组所对应的项内字母的个数最少;尽可能用最少的组覆盖所有的最小项,这将导致结果中包含最少的积项;应该从最“孤立”单元开始;忽略没有被选定的无关项。正是这些不确定的无关项,在实际的交通分析及预测中,要注意灵活取舍[4]。

图1 逻辑函数卡诺图

Fig.1The Logical Function Karnaugh Map

数字逻辑实例应用

→丙→丁。当车辆在规定时间内同时到达出口,只允许优先级高的车辆通过,分析如何输出信号。假设三种车辆分别以变量A、B、C、D表示,相应的输出信号分别为F1、F2、F3、F4,根据数字逻辑相关理论可以划出信号输入输出真值表,如表2所示：

让我们先来看一个简单的实例:假设某车站出口规定,车辆可分为特快车辆型甲、快车辆型乙、普通车辆型丙及慢车辆型丁，车辆优先顺序是甲→乙

表2输入输出真值表

3由真值表可以得出算式:

F1=A F2=非A*B

F3=非A*非B*C F4=非A*非B*非C* D

根据算式可以进行电路设计。

实际上,城市交通中最难控制的就是十字路口车辆及人员问题,例如:交通路口在夜间一般是无民警值班的,可以根据数字逻辑门电路理论设计一个电路控制红绿黄灯按一定时序自动切换(如:红灯50s→黄灯5s→绿灯60s→黄灯5→红灯50s→„„,或者按其它时序变化),我们可以根据具体条件和要求来选择不同的控制门、译码器、触发器、二极管、电阻等来设计控制电路。

现给出具体条件如下:要求设计十字路口红绿灯控制电路,使两条交叉道路上的车辆交替运行,通行时间为60s,红绿灯变换之间要用黄灯缓冲5s。

下面给出分析内容。

设交叉道路为A和B,有四种状态:A通B禁、A通B缓、A禁B通、A禁B缓,状态转换是由控制器来进行的,用变量S表示控制器的四种状态:S0(00)、S1(01)、S2(10)、S3(11)。增加三个变量TL、TY、ST,含义为:TL示车道绿灯亮的时间间隔为60S,定时到,TL=1,否则,TL=0;TY表示黄灯亮的时间间隔为5秒,定时到,TY=1,否则,TY=0;ST表示定时到,控制器发出状态转换信号,开始下个工作状态

[5]的定时。控制器的状态转换如表3所示。

表3 控制器状态转换表

Table 3Controller State Truth Conversion Table

4结语

本文阐述了利用数字逻辑门电路理论及函数化简、真值表、卡诺图等方法来分析城市交通问题的思路。

这个学年就要结束了。在这个学年里，老师为我们的学习付出了许多心血，我们也为自己的学习洒下了许多辛勤的汗水。回顾一下过去，刚来到鲁东大学报到的那一天还历历在目，怪不得人们常说日月如梭，光阴荏苒呀！总结一下这个学年的各方面情况，大概可以归纳以下几个要点。

一、在学习上，比起中学有了很大的进步，学习刻苦，态度端正，能够适当的阅读一些课外书；但是在学习方法和能力上有些欠缺，在今后的学习中需要改进。

二、在生活上，我基本上可以和同学们友好相处，和睦共处，互帮互爱，自己的事情自己做，形成独立自理自立的良好品德。

三、在娱乐上，我觉得我收获最大就是学会了滑旱冰，在娱乐的基础上还可以锻炼身体。

四、在活动上，我表现的比较积极。我加入众多社团，丰富了我的社会经验和与人际交往的能力。

五、在工作上，我同时在院团委领导下的学生会、启探文学社任职，并且在班里任学习委员，锻炼自己的组织交际能力,还深刻地感受到团队合作的精神及凝聚力。更加认真负责对待团队的任务。以便使自己成为一个全面发展的高素质大学生，从各个方面锻炼和提高自己，使自己在将来激烈的社会竞争中立于不败之地。

六、在思想上，认真学习马列主义毛泽东思想，学习邓小平建设有中国特色的社会主义理论，学习

江泽民“三个代表”重要讲话，学习“两会”精神，积极改造自己的世界观、人生观、价值观。我在本学年取得了到鲁东大学党校学习的资格，并顺利毕业。

总之，过去的一年，是不断学习、不断充实的一年，是积极探索、逐步成熟的一年。我要发扬优点，改正缺点，不能再浪费一分一秒，特别是在星期天的时间里，要及时总结归纳一周里学的东西，作好笔记。针对自己的专业，多到图书馆看专业书和案例，拓宽自己的知识面和增加看问题的深度，同时还要多跟任课老师沟通，不懂就问，戒除害羞的习惯。大学生活是很宝贵的，我不愿意平平淡淡地过这几年，我要好好珍惜这难得的读书机会，努力读书，为自己的大学生活增添丰富美丽的色彩。参考文献

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压电加速传感器应用电路分析篇3

【关键词】压电加速传感器；测量电路；应用电路

0.引言

在现代工业和自动化生产中，需要大量非电物理量的测量以及过程控制，其中涉及到大量动态测量问题，压电加速传感器利用压电效应，可以有效的测量加速度、压力、力等参数，被广泛应用于现代工业和自动化生产中，但压电加速传感器所产生的电荷量很小，如果采用一般测量电路工作，输入阻抗过小会造成电阻迅速泄漏产生测量误差，因此必须有与之配套的测量电路，才能保证压电加速传感器的工作可靠性。目前一般采用电荷放大器作为压电加速传感器的测量电路，但这种电荷放大器电路较为复杂，性价比不高且稳定性不强。下面，本文拟采用TL081运放芯片优化压电加速传感器的测量电路，以简化电路降低功耗，降低压电加速传感器测量电路的制作与调试成本，促进压电加速传感器的推广运用。

1.压电加速传感器的电输出特性

1.1晶体压电效应

某些晶体在受到外力作用时，其内部产生极化现象并在表面产生相反的电荷，当外力消失后又会回复至不带电状态，外力作用方向发生变化时，所产生电荷极性会随之改变，同时所产生的电荷与外力大小成正比关系，这种现象称为压电效应，压电加速传感器正是利用晶体的这种压电效应作为转换原理进行工作的自发式传感器。

1.2压电加速传感器的工作原理

压电加速传感器的结构可以简化为质量块、压电元件、支座三个部分，支座直接与待测物刚性固定，待测物运动时支座会与待测物一起运动，处于中间的压电元件因质量块和支座的原因，受到惯性力的作用而在晶体表面产生交变电荷。在振动频率处于一定范围时，该电荷的大小与作用力成正比。电信号经放大器放大后，即可利用一般的测量仪器来测量电荷的大小，再对比转化为物体加速度。

1.3压电加速传感器的测量电路

由于压电加速传感器内阻很高，所产生的电信号十分微弱，很难直接对该电信号进行显示和记录，必须进行阻抗变换和信号放大处理。目前，一般采用增加前置放大电路的方法，一方面将微弱的电信号方大，另一方面将高阻抗变为低阻抗。由于压电传感器的等效电路有电压输出和电荷输出两种，因此前置放大电路也有电压放大和电荷放大两种。电压放大器将高阻抗变为低阻抗，同时将电压信号放大；电荷放大器则是将输出电压正比于输入电荷。

2.电荷放大器电路分析

2.1电荷放大器基本原理分析

压电加速传感器测量电路中所使用的电荷放大器，实际上是一种负反馈放大电路，通过电荷放大器，能获得同输入电荷成比例的输出电压，将高内阻电荷源转化为低内阻电压源。电路输入电缆长度和运算放大器频响都会对电荷放大器的频率上限产生影响，如果输入电缆过长，将会增加杂散电容和导线自身电阻，从而对放大器的高频特性产生不良影响。

2.2电荷放大器电路分析

电荷放大器一般包括电荷转换元件、适调放大器元件、滤波器、过载指示器、稳压电源等几个部分。电荷转换元件是电荷放大器的核心元件，将压电传感器的电荷信号转化为电压信号，在理想情况下电荷转换元件部分电路的输入电阻应当达到无穷大。目前所采用的集成高阻输入级运放，其输入阻抗已经可达1012Ω，有效降低了场效应管的需要，极大的简化了电荷转化元件。T1081芯片输入阻抗为1012Ω，同时还集成了内部调零电路，能有效的满足电荷转换元件输入电阻的需要，可以有效的提高电荷转换电路集成度，并降低系统成本。不过，为了保证测量精度，其反馈电容的精度必须保证在0.5%以下，一般采用精密聚苯乙烯电容。

2.3电荷放大器噪音干扰和漂移分析

电荷放大器对噪音干扰极为敏感，其主要干扰源主要存在于分布电容耦合至输入端，以及电缆引入线。当50赫兹市电通过分布电容耦合至输入端以及电缆引起入线时，会产生极大的干扰信号，因此必须在电荷放大器输入端做好屏蔽以等效交流干扰源。此外，电荷放大器对漂移也极为敏感，电荷放大器的漂移主要来源于输入电路存在的失调电压和失调电流，在构建电路时，一般在放大器级间增加隔真电容，以减少直流漂移，最终实现电荷放大器的零漂移。

2.4电荷放大器低通滤波元件分析

压电加速传感器实际上是一个阻尼振动系统，其高频段存在一个极高的共振峰，会造成高频噪声，使输入信号失真并形成干扰。为了避免高频噪声所造成的信号失真和干扰效应，需要在电荷放大器中增加低通滤波器，从而补偿高频幅频。此外，不少系统的电荷放大器设计通频带一般都高于实际需要，无用的高频频带也会对低频测量带来负面影响，利用低通滤波器可以使无用高频分量衰减，而让低频交流分量顺利通过。目前所使用的滤波器有LC和RC两类，无源RC线路简单，具有较好的抗干扰性，低频范围工作性能较好，但其阻抗频率的谐振性能较差，在使用中需要增加运算放大器等有源元件构成有源RC低通滤波系统。

2.5输出放大电路分析

输出放大电路包括高通滤波和同相电压放大两部分，在电荷转换时电路直流放大倍数极大，使得输出零点跳动增加，同时还存在直流漂移的影响，因此必须在低通滤波系统后面增加一个高通滤波系统，以减去直流漂移的影响。但增加了高通滤波系统后信号会产生衰减，同时整机的增益还需改变，因此还需要在高通滤波系统后面增加同相电压放大器，以保证输出信号与压电加速传感器输出信号同相位。

2.6稳压电源和过载指示电路分析

在压电加速传感系统中，需要先将军220V市电转化为了20V交流，再将20V交流进行整流，最终再将整流的电压接入作为供电电源。为了避免整流后的直流电压纹波电压的影响，需要在电源端接入滤波电容，以避免纹波电压的干扰。过载指示电路则是为了监视电荷放大器的工作状态，当电压过载时发出指示信号。

【参考文献】

[1]陶玉贵.压电加速度传感器测量电路研究[J].科技视界，2011（02）.

[2]王兴举，李进盟.压电式传感器测量电路的性能分析[J].传感器世界，2007（05）.

电路分析与应用篇4

《电路分析与应用》课程是电类专业的入门课程, 其物理量多, 专业名词解释抽象, 计算多而且复杂。在现有的、已经成型学科体系的教学模式下, 职业院校的学生往往会因为难学而不能掌握《电路分析与应用》相应知识, 从而对专业失去兴趣, 产生厌学心理, 对后续开设的专业基础课和专业课也会失去学习信心。对于职业教育来说, 学生需要掌握的是技能。因此, 对于传统的教学模式就应重新思考。教学模式的转变需要有相应课程模式作为依托, 如何对已有课程重新开发, 把系统的知识学习转变为以技能培养为主线的技能学习过程。本文以《电路分析与应用》为例, 介绍如何利用原有教材开发设计新的教学模式。

2基于工作过程的课程开发方法

基于工作过程的课程开发方法 (源自德国基于工作过程课程设计) 是以企业的工作过程及工作过程中的任务、环境为基础, 设计学习性工作过程及工作任务和学习性工作环境。

基于工作过程的情境教学模式使技能学习成为一条主线, 依据这一主线, 结合教材讲授相关知识, 不但可以提高学生的学习效率, 而且学习效果显著。工作过程导向教学的特点一是结构完整, 包括咨询、计划、决策、实施、检查和评价六部分;二是要素的全面, 直接面向工作任务、工作对象、工具工作方法、劳动组织、工作人员、工作成果。此种模式教学不但有利于培养学生的核心能力即专业能力, 而且还注重包括社会能力、方法能力等通用能力的培养。

3《电路分析与应用》课程教学情境设计

本人结合多年的《电路分析与应用》教学经验和精品课程的建设, 在教学过程中大胆改革, 利用工作过程导向的教学模式开发《电路分析与应用》课程, 在教学应用中收到了非常好的效果, 现对基于工作过程导向的《电路分析与应用》课程情境教学设计的思想和过程以及教学实施和教学效果总结如下:

课程开发程序的步骤是先进行工作岗位分析, 确定典型工作任务, 把工作任务转变为行动领域, 之后是实现两个转换, 一是按照教学论和教学组织原则, 将行动领域转换成学习领域;二是将与行动领域相关联的工作情境转换成与学习领域相关联的学习情境。在学习领域中根据工作任务确定学习情境, 从而完成了课程设计。

(1) 确定《电路分析与应用》课程的职业岗位。

《电路分析与应用》课程对应的职业岗位是维修电工, 为此以初级电工工作任务和劳动部门对维修电工的初级考核标准所要求掌握的技能为典型的工作任务, 因维修电工涉及部分电机、电气控制等专业课程, 因此针对《电路分析与应用》教材, 选取了以下典型的工作任务:万用表的使用、室内布线、工业企业线路安装和检修三个工作任务。

根据工作任务, 确定行动领域。万用表使用的行动领域是:测量电阻、测量电压、测量电流;室内布线的行动领域是:安装单相电能表、安装日光灯、安装带漏电保护器的空开;工业企业线路安装和检修的行动领域是安装三相交流电配电箱, 测量使用单相变压器、测量使用三相变压器、设备的接地和接零保护。

依据学习性工作过程是以现实工作过程为基础, 构建简单到复杂、由单一到综合的学习性工作任务的课程体系将学习领域转变为学习领域要求, 转变后万用表使用的学习领域是:电阻及其测量、电压及其测量、电流及其测量;室内布线的学习领域是:单相电能表的原理及安装、日光灯原理及安装、带漏电保护器的空开原理及安装;工业企业线路安装和检修的学习领域是:三相交流电原理及配电箱的安装, 单相变压器的原理及测量、三相变压器的原理及测量、设备的接地和接零保护原理及安装。

根据学习领域要求设计教学情境, 此环节要注意教学情境设计不是让学生学的少了, 做的多了, 而是知识总量没变, 教学模式和教学的方法变了, 体现为在做中学, 或是为了做有目的地学, 这是工作过程的基本思想, 通俗地说是给你要讲的知识找到要学的依据。

按上述情境设计分析, 设计了《电路分析与应用》的教学情境, 若一个教学情境中的任务需要几个分步才能完成, 可以在该情境中设置若干子情境, 情境设计要体现出的是工作过程是为完成一个完整的工作任务, 并获得结果, 故每一个情境或子情境要完成任务, 有结果, 有收获。

(2) 《电路分析与应用》课程情境设计及教学要求如下:

情境一:电阻设备检测。

隐含在情境中的教学内容有电阻的定义, 导体电阻知识, 万用表电阻档的使用和导线通断测量和电阻设备检测等内容。

情境二:电源电压监测。

隐含在情境中的教学内容有用电压定义和电压大小的意义 (用一个负载白炽灯在不同电压下亮度不同的现象说明电压的意义) , 万用表测量交直流电压, 在该情境教学过程中, 交流电用有效值表示, 因此交直流电统一用大写字母U表示, 性质上不加区分。

情境三:线路电流监测。

隐含在情境中的教学内容有电流相关知识, 用万用表电流测量方法 (钳表法测量交流电电流将在日光灯安装情境中介绍) 。

情境四:电阻元件检测, 包含两个子情境:分别是电阻元件识别和电阻的串并联电路连接。

隐含在情境中的教学内容有电阻器的色环识别, 电阻的串并联知识和欧姆定律的内容。

情境五:单相交流电波形观测。

隐含在情境中的教学内容有单相交流电的参数, 相量知识和示波器的使用。

情境六:安装日光灯

隐含在情境中的教学内容有电感器、磁场, 日光灯原理、功率因数提高、电容器知识。

情境七:单相变压器测量

隐含在情境中的教学内容有磁路和互感知识, 变压器工作原理, 变压器接线和测量。

情境八:三相交流电测量

隐含在情境中的教学内容有三相交流电的产生、三相交流电参数, 三相电功率。

以上八个情境以技能学习为主线, 理论知识含盖了《电路分析与应用课程》相关内容。对于情境中任务较多的, 可以分成若干个子情境, 只要每个情境对应一个具体的任务即可。这也充分体现了职业教育课程改革强调能力本位, 淡化学科体系的职业教育培养目标。

摘要：根据电子信息工程技术专业人才培养目标, 结合其职业岗位能力要求, 本文对“电路分析与应用”课程的教学内容、教学方法与手段的改革进行了探讨, 为我校电子信息工程技术重点专业的改革和建设提供了支撑。

关键词：工作过程,教学情境,电路分析与应用

参考文献

[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社, 2007

[2]刘彩琴“工作过程导向课程”建设的探索[J].中国职业技术教育, 2007 (25)

[3]吴舒萍电路基础哈尔滨工业大学出版社2012.7

电路分析与应用篇5

摘要：采用无线发射芯片TRF4900组成的无线数字发射电路，工作在欧洲868 MHz频带和北美915 MHzISM频带，FSK调制，发射功率7 dBm，电源电压2.2～3.6 V，通过串行接口连接到微控制器实现参数设置和发射控制。文中介绍应用电路、与微控制器连接的电路以及特性参数的设置。

关键词：无线数字发射器 FSK

1 无线数字发射电路

无线数字发射电路采用无线发射芯片TRF4900。TRF4900是TI公司生产的、单片集成的、低价格的、能提供完全功能的多通道FSK发射器。芯片能满足在欧洲868 MHz频带和北美915 MHz ISM频带的线性(FM)或者数字（FSK）发射应用。单片发射器芯片工作电压2.2～3.6 V，典型发射功率为7 dBm，并具有低的功率消耗。24位直接数字合成器有11位DAC，合成器有大约230 Hz的通道空间，允许窄带和宽带应用。两个完全可编程工作模式--模式0和模式1，允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换（例如发射频率0或者发射频率1）。芯片内集成压控振荡器（VCO）、锁相环（PLL）和基准振荡器，仅需要极少的外部元件即可构成一个完整的发射电路。TRF4900通过串行接口连接到TI MSP430微控制器。发射器的每一个功能块能够通过串行接口编程设置其功能。TRF4900应用电路如图1所示。

图1 TRF4900应用电路

2 与微控制器连接电路

TRF4900通过串行接口连接到TI的MSP430微控制器，如图2所示。

TRF4900的引脚23（LOCKDET）， PLL锁相检测输出，有效为高电平。当LOCKDET = 1时，PLL锁定。引脚11（MODE），模式选择输入，器件在模式0和模式1的`功能能够通过串行控制接口的A、B、C、D字编程。引脚12（），睡眠控制，低电平有效。当= 0时，控制寄存器的内容仍然有效，能够通过串行控制接口编程。引脚14 （TX-DATA），数字调制输入，为载波的FSK/FM调制，高电平有效。

串行控制接口是一个3线单向串行总线（CLOCK 串行接口时钟信号，DATA 串行接口数据信号，STROBE 串行接口选通信号），用来编程TRF4900。接口内部的寄存器包含所有用户可编程变量，包括DDS频率设置，也包括所有的控制寄存器。串行接口的时序如图3所示。

在CLOCK信号的每一个上升沿，DATA引脚端上的逻辑值被写入24位的移位寄存器。设置STROBE端为高电平，编程的信息被装入选择的锁存器。当STROBE信号为高时，DATA和CLOCK线必须为低。因此，STROBE与CLOCK的信号是不同步的。串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态（待机模式）。

图3 串行接口时序图

3 TRF4900的设置

TRF4900的直接数字合成器DDS是基于用数字办法产生正弦波信号的。DDS由累加器、正弦波查找表、数/模转换器、低通滤波器组成。所有数字功能块的时钟由基准振荡器提供。DDS利用一个N位加法器从0到2N计数，根据在频率寄存器中的数据转换规范产生数字阶梯波，来构造一个模拟正弦波。N位计数器的输出寄存器的每一个数字，用来选择正弦波查找表中相应的正弦波数值输出。在数/模转换后，低通滤波器用来抑制不需要的寄生响应。模拟输出信号能用来作为PLL的参考输入信号。PLL电路根据预先确定的系数倍乘基准频率。

基准振荡器的频率fref是DDS的采样频率，同时也确定最高的DDS输出频率，与累加器的位数一起，可以计算DDS的频率分辨率。TRF4900的最小频率步长可由下式计算：

3V化轨道电路的施工与应用篇6

关键词：铁路信号轨道电路应用

中图分类号：U239 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0045-01

1 现有轨道电路的现状调查

通过对既有线的轨道电路现状调查发现：对于正线区段及车辆走行频率较高的线路轨面平滑无锈蚀，97型25周相敏轨道电路可靠工作；对于线路污染严重、车辆很少走行的区段、钢轨生锈表面氧化严重，轨道电路工艺质量差，电气特性不达标。经过调查的车站中，仅有两个区段合格，合格率仅有22.2%。

3 V化轨道电路通过提高轨间电压可以减少部分分路不良现象，使不良率测算值理论上降低60%，但因站场情况各异，因此我们将轨道电路分路不良率由原来的78%控制在40%以内是可行的。

2 如何提高3 V化轨道电路施工质量

2.1 原因分析

针对以上现场施工调试出现的问题，小组召开了专题分析会，就如何控制轨道电路施工质量、提高轨道电路分路灵敏度，从人、机、料、法、环五个方面进行全面分析。

2.2 确定要因

具体分析见表2

2.3 对策实施

针对首次施工没有经验的问题，要对沿线管段所有轨道电路进行详细的施工调查，对每个3 V化轨道电路区段制定了调整表，了解每个3 V化区段的长度情况。经过技术人员的多次试验，确定3 V化轨道电路提高轨面电压到3 V以上能够正常工作。针对调试方法不合理，对3 V化轨道电路的细致研究及反复测试，最终确定调试方法：采用先从轨道电路的相位角调起，即先保证相位正确，再进行轨道电压调整，并对分路残压进行测试，保证轨道电路可靠工作。一般受端电抗变压器变比的选用根据轨面生锈情况确定，使用1：2.2（即I1、I3）；送端轨道变压器根据调整表可先调到15 V左右，轨面电压调整到3～6 V，二元二位继电器端电压调整值维持标准即可。通过改变调试方法后，提高了试验效率，使3 V化轨道电路安装、调试一次成功。

3 效果检查

通过开展3 V化轨道电路整治活动，虽然在静态分路的情况下仍有可能表现为分路不良（静态分路指人工分路，如用0.06 Ω标准定压测试仪进行的分路测试），但是经压道机车压道后，分路效果明显转好。经过对管内使用3 V化轨道电路进行了效果检查，总计117个区段，通过查阅车站微机监测记录数据发现分路不良区段仅有35个区段，分路不良率降低为30%，达到预期目标。

参看文献

[1]王艳艳.提高轨道电路分路灵敏度的研究[J].西鐵科技，2008（1）：9-11.

[2]郭文强，郭平.轨道电路分路不良的原因及对策[J].铁道运输与经济，2005（5）.

电路分析与应用篇7

多媒体技术是通过计算机技术把文字、图形、图像、活动影像和声音等多种媒介信息集成在一起,并进行综合处理和控制,使计算机成为能以人类习惯的方式提供信息服务的一种新技术。目前,多媒体技术已逐渐走进各院校,取代传统的教学方式。采用多媒体技术进行教学,可使学生手、眼、脑、耳并用,使学生学习起来有新颖感、直观感,在唤起学生的学习情绪的同时也提高了学生的学习兴趣,从而提高学习效率。多媒体技术有着传统教学方式所无法取代的优点,同时它也有一些缺点。

一、多媒体技术在电路分析基础课程教学中的优势

1. 运用多媒体技术教学,激发了学生的积极性

电路分析基础课程知识面宽,各章节相互联系又相互独立,并且概念、公式和定理比较多。在传统的教学模式下,学生学起来感到非常枯燥,兴趣较低,课堂效率也比较低。多媒体技术通过新颖的、直观的、生动有趣的画面、图像等向学生展现教学内容,可增强课堂教学的形象性、生动性和趣味性,与此同时利用问题来诱导学生,激发学生的学习兴趣和积极性,使学生对电路分析基础产生强烈的求知欲望。例如,在讲解理想电压源不能短路和理想电流源不能开路时,应用多媒体技术,制作一小电压源短路和电流源开路的情景演示电路,并配上声音,这样图、声、光并用,一下子吸引了学生的注意力,使学生面对知识犹如身临其境,产生强烈的求学欲望,很快进入学习状态,同时学生会积极思考理想电压源不能短路和理想电流源不能开路的原因和危害。这样就让学生彻底从“要我学习”的状态转变为“我要学习”的状态。

2. 运用多媒体技术教学,变抽象为具体,突破了教学难点

电路分析基础课程的概念多、定理多。学生只有掌握教学重点、突破教学难点,才能学好这门课程。电路分析基础中许多概念和定理是比较抽象的,所以学生对这门课程仅靠形象、表象和想象是不容易理解和掌握的。但是,利用多媒体技术可以较好地解决这一难点。例如:叠加定理、替代定理、戴维南定理等,它们都是学生应重点掌握的内容,同时又是知识的难点。由于实验课程的不同步,学生对定理缺乏感性认识,因此理解并消化定理的应用非常费劲。为此在定理理论内容和应用方法讲授完成之后,通过多媒体技术演示这些定理的测试过程和实验数据,使学生对它们很快有了感性认识。这样如此下去,理论和感性认识的结合使学生运用这些定理分析电路的能力大大增强。

3. 运用多媒体技术教学,实现了资源共享

多媒体技术教学可与电脑网络相结合,在课堂上教师可在互联网上使用搜索工具寻找与所授知识相关的理论、电路图、小实验演示,使学生能更直观地理解和吸收所学知识,及时了解世界范围内同行业的发展状况和研究成果。

4. 运用多媒体技术教学,弥补了演示实验的不足

(1)在学习电路分析基础这门课程时,不仅要求学生掌握线性元件电阻的伏安特性,而且要理解非线性元件电感、电容的伏安特性。电感和电容是储能元件,在不同的条件下,有充电和放电的过程,在实验过程中,它们的充放电时间非常短暂,只有几个毫秒不容易看出来。这样学生理解该知识点时比较费解。通过多媒体技术教学,将过程拉长,用灯的亮和暗分别描述,使学生在脑海中形成了充放电的印象,理解并掌握储能元件的充放电原理及其规律。

(2)在讲授电路分析基础实验课程时,可引入多媒体技术,制作一演示实验小软件。这样就避免了在学生实验前,要反复讲解、强调实验时的操作规程、注意事项等。

5. 运用多媒体技术教学,实现了教育的现代化

教育是人类自身再生产、再创造的复杂系统工程,显然这个工程的效益和现代化程度就会倍受关注。就目前,大多数教师,仍然是一支粉笔、一本书、一张嘴来工作,每天都在从事繁重的重复劳动,学生更是如此。要想从根本上改变这种状况,必须突破传统的教育方式。多媒体技术使人类阅读转向超文本阅读、从手写转向键盘、鼠标、从单纯文字的文本转向图、文、声、形并茂的文本、使人类进入虚拟的计算机世界。多媒体技术改变了人类教育形式和教育手段,使传统的教育模式发生了变革,同时它也促使了教育从传统的劳动密集型向现代的资本和技术密集型转变。

二、多媒体技术在电路分析基础课程教学中应注意的问题

1. 运用多媒体技术教学,应完美结合传统教学与多媒体教学

电路分析基础的内容多,信息量大。如果一味地通过多媒体教学,这样就会出现一些弊端。首先,忽略系统性的板书,不利于学生对知识体系的构建。系统性的板书是学生在教师讲解引导下形成概念、掌握规律时头脑中进行认识活动的外部支撑点,是学生把感性知识上升为理性知识的桥梁。如果一味地通过多媒体教学,在单位时间内讲授的内容比传统的教学模式讲授的内容肯定多,对于大多数学生来说,常常是讲了后面的忘记了前面的。这样就很容易出现以机器代替教师对学生“满堂灌”的现象,危害很大。其次,教师教学方法上过度依靠多媒体,忽视启发式、讨论式等教学方法的应用。很多教师认为只要采用多媒体技术教学,课前无须认真备课,上课时只要点点鼠标读读就可以了。这样的上课方式和手段不仅缺乏师生之间的情感交流,而且忽略了教师的主导地位,更忽略了教师对学生启发、诱导的积极作用,不利于培养学生的创造性思维。实际上绝大多数的基础理论知识,还是要通过传统的教学方法和手段来进行教学。因此,在运用多媒体技术教学时,教师一定要明确自己的地位,应完美结合传统教学与多媒体教学。

2. 多媒体课件制作要合理、适宜

目前,教师在制作多媒体课件时仍存在着一些误区。多媒体课件的制作不是一味地将教案和教材文本移植到电脑上。教师在制作多媒体课件时,首先要明确教学目标,然后围绕目标去选择恰当的、针对性强的、能够解决教学中重点和难点的课件素材。同时,应注意教学课件内容的多少与编排是否合理、文字的颜色与背景的颜色是否协调,动画是否准确、科学地模拟客观事实,声音和音响的运用是否得当,活动图像的运用是否真实地表达教学内容。另外,多媒体课件的制作不能脱离学科课堂教学的特点。课件不仅要展示现象和教学内容,而且要揭示知识形成和发展以及分析问题、解决问题的过程。只有这样才会制作出既符合教学原则又便于学生理解和掌握的多媒体课件。

本人从现代教学思想的理念出发,通过电路分析基础课程的教学,对多媒体技术在其中的应用进行了探索,总结了一些经验,也取得了一定成绩。多媒体技术作为现代教育技术辅助教学的一种,它在教学中的作用如何,是起到积极作用还是消极作用,关键在于教师的设计以及决策,所以教师要不断提高对多媒体技术的认识及其应用能力,以便让自己和多媒体技术更好地结合在一起为教学服务。

摘要：电路分析基础是一门以理论教学为主、实验教学为辅的专业基础课程。利用多媒体技术教学不仅激发了学生的学习兴趣、提高了理论教学的效果和效率,而且突破了传统的教育模式,实现了教育的现代化。但是利用多媒体技术时应完美结合传统教学与多媒体教学,恰当发挥教师的主导地位。

关键词：多媒体,电路分析基础,教学

参考文献

[1]魏悦琴.多媒体技术在电工基础教学中的应用与思考[J].新疆职业技术教育,2006,1:15～16

电路分析与应用篇8

课程始终处于人才培养的核心地位。课程开发与设计是一种综合教学各个要素的综合设计,强调系统计划和整套操作,这就要求课程设计必须关注三个基本问题,即课程要素始终处于运动之中; 课程结构要素之间存在联系; 课程功能要素和作用大于要素自身。

高职学校培养的是高端技能型人才,传统的“理论+实践”的授课方式已难以调动学生的积极性,难以提高学生分析问题、解决问题及可持续发展的能力。“基于工作过程系统化”的课程构建与设计,通过对知识的“解构”与“重构”有效地解决了上述问题, 真正地实现了教、学、做一体化。

一、“基于工作过程系统化”课程开发基本流程

工作任务分析—典型工作任务确定—行动领域归纳—学习领域转换— 学习情境设计。这个过程是一个科学系统的过程,它的起点是市场调研,要通过校企双方参加的论证会,对原来的学科课程体系进行“解构”与“重构”, 重新确定一个动态的、系统化的、能力递进的学习领域课程体系。

学习领域的课程要通过多个学习情境来实现。所谓学习情境,是在工作任务及其工作过程的背景下,将学习领域中的能力目标及其学习内容进行基于教学论和方法论的转换,在学习领域框架内构成多个“小型”的主题学习单元。设计的过程是一个演绎的过程。许多教师为如何设计情境而绞尽脑汁,课程改革遇到的最大困难也归至于此。归结为如何选择载体、确定几个单元、完成哪些内容。对于载体的问题对专业课程一般可选择项目、案例、模块、任务等, 而对于基础课程可以是活动、问题等。但无论是什么课程都应该把握这样一个检验标准,就是完成了一个学习情境的学习就完成了本学习领域的课程,通俗一点讲就是学习了一个情境就学习了一遍本门课程。而多个情境的设计绝对不是简单的重复和叠加,而是为了类比、演绎、归纳其中的规律和要点,从而提高学生分析问题、解决问题、可持续发展的能力。对于情境的数量应该是大于等于三的,原因在于: 一个不具有对比性,两个具有偶然性,三个或三个以上的情境才能完成“信息隐喻、情境类比、意义建构”的进步,就是所谓的“三生万物”。完成的内容要把握三个原则: 可迁移性、可替代性、可操作性。可迁移性强调载体内容应具有范例的特征使学生可以举一反三。可替代性强调要有规律性、普适性。可操作性指的是情境内容设计在教学上要因地制宜,在经济上要开源节流。

同一门课程的载体可能有十几种, 这样情境设计就有十几种可能,因此, 在情境设计上要考虑到教学实施的现实性与经济性,要结合学校实际的软硬件进行设计,不能太高也不能太低。

二、“电子电路分析与应用”课程开发

“电子电路分析与应用”课程是武威职业学院能源工程系光伏发电技术及应用专业的一门岗位基本领域课程。

1. 开发思路

以“一条主线 ( 培养学生可持续发展能力为主线) 、双科结合 ( 模拟电子技术与数字电子技术) 、课证融通 ( 电子产品装接工中级职业资格证书) ”为思路,以作品为载体,按照“基于工作过程系统化”课程开发思路,进行开发。

2. 行动领域分析

从业人员通过识读电路图,根据电子产品设计要求采购电子元件,判断元件质量,根据装配图正确安装元件、焊接、调试及维修,自觉遵守安全和各种技术规范,对完成的工作进行必要的记录与存档,自觉遵守安全生产规定和企业6S管理制度。

3. 学习目标

本课程将行业标准与专业教学目标相结合,通过完成完整作品逐渐培养学生电子技术方面的技能,初步形成解决生产现场实际问题的应用能力; 培养学生的思维能力和科学精神,培养学生学习新技术的能力; 提高学生的综合素质,培养创新意识,达到电子装接工 ( 中级) 水平,为今后取得高级资质打下良好基础。

4. 情境设计

本学习领域课程由六个学习情境组成,以产品作为载体,各学习情境之间呈现递进的关系,符合认知规律即由浅入深、由简到繁、循序渐进的原则。总体设计见下表:

5. 教学方法与手段

在教学中主要运用项目教学法、引导文教学法、头脑风暴法、讨论法、小组汇报演示法等教学方法,学生在教师的引导下在“做中学、学中做”实现教、学、做合一。学习的过程不仅培养了学生的专业能力,更重要的是培养了学生的社会能力和方法能力。

6. 考核

考核采取过程考核、三级抽考 ( 学院、系部、专业) 和结果考核 ( 期末考核) 相结合的考核方法,期中过程考核又分为学生自评、学生互评和教师评价相结合。主要考核学生的通用技能和专业技能; 期末考核主要检查学生对基本理论、基本概念的掌握情况以及对知识的综合应用能力。

在课程开发的过程中,始终贯彻“基于工作过程系统化”的理念,认真贯彻“一条主线、三级抽考、实践第一”的教育教学思想。下一步完成教学资源库的建设,最终可以将课程开发为一门精品课程。

摘要：课程是高职学校的产品,也是高职学校的灵魂。课程建设与改革是提高教育教学质量的重中之重,其难度自然不言而喻。本文以“电子电路分析与应用”学习领域课程开发为背景,介绍了开发的思路与方法,希望能够给读者以借鉴。

电路分析与应用篇9

一、学习目标

本学习领域的总体设计思路是打破传统学科课程, 由以知识为主线的传统学科课程模式, 转变为以能力为主线的学习领域模式。其路径是以就业为导向→确定人才培养目标→确定典型工作任务→确定学习领域→确定学习领域学习目标→确定学习领域学习与工作内容→确定学习领域教学课时→按照行动导向原则组织教学→选择学生成绩评价方式。 (2)

本学习领域立足于学生整体素质和关键能力的培养, 实现受教育者的全面发展。按照情境学习理论的观点, 只有在实际情境下学生才可能获得真正的职业能力, 并获得理论认知水平的发展。因此, 本学习领域教学模式也应发生根本性的转变:采用引导文教学法、项目教学法、任务教学法等工作过程导向的教学方法, 针对与专业紧密相关的职业“行动领域”的工作过程, 按照“资讯—计划—决策—实施—检查—评估”这套完整的“行动”方式来组织教学;并以真实工作任务及其工作过程为依据, 按从简单到复杂、从单一到综合的排列方式创设学习情境, 开发主题学习单元。在教学活动中, 学生是行动的主体, 独立自主地参与从计划到评价的学习活动过程, 培养自己全面分析和系统化解决问题的能力。教学组织采用小组学习的形式, 培养和提高学生的交往互动能力以及协作学习能力。教学效果评价采取过程评价与结果评价相结合的方式, 采用理论、实践、素质教育三位一体, 重点评价学生的职业能力。 (3)

本学习领域立足于电工电路的分析与应用的基本概念和基础理论知识, 突出实用方法;以提高教学质量和教学效果为核心, 培养学生的职业行动能力和整体素质。通过本学习领域的学习, 帮学生达到以下能力目标、知识目标和素质目标。

(一) 能力目标

1. 专业能力

(1) 能判定电位高低和计算电器功率; (2) 能够正确熟练进行电路的串并联联结; (3) 能够根据应用条件正确联结三相负载; (4) 能够熟练分析三相对称、不对称电路, 并能简单处理常见电路问题; (5) 能安装与调试万用表; (6) 能够简单选择和使用各类用途的变压器; (7) 能熟练利用常用电工仪表测量电阻、电压、电流及功率参数, 分析电路故障; (8) 能熟悉常用电机的特性并能简单选择、使用和维护; (9) 能识别和选择使用常用的各种低压电器; (10) 会用继电—接触器控制电机的运行; (11) 具有安全意识, 能进行用电安全防护和急救。

2. 社会能力

(1) 具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力; (2) 具有团队精神、协作精神及集体意识; (4) (3) 具有良好的职业道德; (4) 具有良好的心理素质和克服困难的能力。

3. 方法能力

(1) 能自主学习新知识、新技术; (2) 能通过各种媒体资源查找所需信息; (3) 能独立制定工作计划并进行实施; (5) (4) 具有独立解决实际问题的思路; (5) 具有决策、规划能力; (6) 具备整体与创新思维能力; (7) 能够不断积累维修经验, 从个案中寻找共性。

(二) 知识目标

(1) 能熟练应用电路变量的参考方向求功率和判定电位高低; (2) 能利用电流源、电压源的特性和电路的定理、方法熟练分析基本直流电路; (3) 会用正弦交流电的三要素正确描述和区分交流电的特性; (4) 能够简单分析并解决电路功率因数的提高问题; (5) 能够熟练分析三相对称电路的联结形式并简单计算对称负载及其它物理量; (6) 能够用磁路的基本定律分析各类变压器的用途和运行情况; (7) 能简单进行三相变压器的联结和维护; (8) 能正确区分常见三相异步电动机的类型和用途; (9) 能识别和选择使用常用的各种低压电器; (10) 能熟悉常用三相异步电动机、低压电器的特点及有关运行性能, 并能简单选择并使用; (11) 懂得继电—接触器控制电路的原理并用于实践。

(三) 素质目标

(1) 具有辩证思维和逻辑分析的意识、能力和科学务实的工作作风, 能够理论联系实际; (2) 具有工程质量意识和工作规范意识以及严谨、认真的工作态度; (3) 具备吃苦耐劳、团结协作、勇于创新的精神。

二、教学组织模式与教学方法

(一) 教学组织模式

本学习领域在教学内容的组织与安排上, 遵循学生职业理论培养的基本规律, 淡化学科中相互独立的理论教学和实践教学的界限, 重新整合学习领域, 突出职业定向性。在教学模式上采取有利于所有学生全面发展与个性发展的结构形式, 实行项目导向、任务教学、案例分析等教学方法。在教学上将知识和技能隐含在工作任务中, 将课堂教学活动的逻辑主线定位在实践活动上, 理论知识的组合按照实践训练工作任务的相关性进行。根据不同任务的特点, 组合对应的技能训练和理论学习, 实施情境式教学, 提高学生分析问题与解决问题的能力。

提高教学质量与改革教学方法, 必须建立以学生为中心的教学模式, 突出学生在教学活动中的中心地位。学生在整个教学活动中应处于积极参与的状态, 知识应在学生亲自动手和行动的过程中获得。教师的作用是指挥、引导、协调。在教师指导下, 学生进行自由分组与合作, 共同实施某个项目。在教学过程中, 由教师提出要求或示范, 鼓励学生积极参与课堂教学, 培养学生自主学习的能力。学生遇到超出自己能力范围的学习任务时, 要发挥教师的主导作用——组织、指导、帮助和促进学生的学习, 充分发挥学生的主动性、积极性和创造性, 激发学生的成就动机, 从而使学生最有效地进行学习, 达到最优的教学效果。还要让学生在活动中增强重合同、守信用的意识, 掌握本学习领域的职业能力。

在教学组织及设计中, 教师针对学习领域的教育目标, 有目的、系统化地组织学生在专业性情境中, 参与设计、实施、检查和评价的职业活动, 发现、探讨和解决职业活动中出现的问题, 体验并反思学习行动的过程, 获得完成相关职业活动所需的知识和能力。在教学过程中采用工作过程导向的教学方法, 将学习领域教学内容划分为多个项目, 根据不同学生的特点将学生每3个人分成一个小组, 完成从项目方案的制定、仪器设备的选择、操作步骤与安全措施的实施、总结经验等全过程。项目实训教学采取项目课题任务→学习该项目涉及的理论知识→完成该项目实施方案的设计→进行项目的实施操作及测试 (解决实际问题) →总结项目实施过程的经验, 达到使学生牢固掌握所学知识的目的, 实现从理论到实际应用能力的飞跃性提高。

教师应提前准备好各种媒体学习资料、任务单、工作页、评价表、教学课件等, 并准备好教学场地和设备。小组每个成员扮演不同的角色, 自己分析设计具体的项目实施方案, 并共同完成项目的实践操作。教师对学生完成项目情况进行分析评价, 并发动学生互评, 达到使学生牢固掌握所学知识和全面培养学生综合素质及团队精神的目的。

教师承担着如下的角色职能:创设工作情景和提供学习信息;激发学习动机;帮助学生制订学习计划 (技术准备计划) ;开发学习资源和安排学习活动;记录管理学生学习进度情况;引导学生提升职业素养, 提高职业道德。

(二) 采用多种教学方法

针对学习要点, 在具体的教学方法上, 将学习领域内容结合学生的学习特点, 从注重启发学生的学习兴趣, 提高学生思维和分析工程问题、解决实际问题的能力入手, 通过项目教学法、任务驱动法 (含工作任务分析) 、引导文法、汇报演示法、讨论法 (交叉式启发、专题讨论) 、案例教学法、协作教学法、现场教学法、能力分组制法、开放教学法等多种教学方法, 真正做到任务驱动、学做合一、课堂与实习地点一体化等行动导向的教学模式。

(三) 应用现代教学技术

《电工电路的分析与应用》是一门理论性、抽象性和实践性较强的学习领域, 因此, 在教学过程中, 应积极采用现代化的教学技术和多媒体教学手段、教学录象、校内外教学基地进行教学。其中最主要的是要加强网络教学资源和硬件环境的建设。

(1) 积极利用网络学习领域资源, 充分利用诸如电子期刊、电子书籍、数字图书馆、数据库、电子论坛和教育网站等网上信息资源, 使教学从单一媒体向多种媒体转变;教学活动从信息的单向传递向双向交流转变;学生由单独学习向合作学习转变。同时应积极创造条件搭建远程教学平台, 扩大学习领域资源的交互空间。 (2) 产学合作开发实训实习资源, 充分利用本行业典型生产企业的资源, 进行产学合作, 建立稳固的实训实习基地, 实践“做中学、学中做、边做边学”的育人理念, 满足学生的实训实习, 为学生的就业创造机会。 (3) 建立本专业的开放实验室及实训基地, 使之具备实验实训、职业技能证书考证、现场教学的多重功能, 实现教学与实训一体、教学与培训一体、教学与考证一体, 满足学生综合职业能力培养的要求。 (4) 加强开发学习领域资源, 建立多媒体学习领域资源的数据库, 努力实现跨学科多媒体资源的共享, 以提高学习领域资源利用效率。 (6)

三、学习内容与成绩考核

(一) 学习内容

为便于组织教学, 在学习情境下可以设置若干任务单元, 每个单元是一个完整的工作任务。

学习情境的描述包括:学习情境的名称、参考学时、学习任务载体、教学方法和建议。

情境1手电筒电路的制作与测试

任务1:单组直流照明电路的制作与测试;任务2:多组直流照明电路的制作与测试。

情境2电桥电路的制作与测试

任务1:不平衡电桥电路的制作与测试;任务2:平衡电桥电路的制作与测试。

情境3万用表电路的制作与测试

任务1:直流电压表、电流表的制作与测试;任务2:交流电压表的制作与测试;任务3:多倍率欧姆表的制作与测试;任务4:万用表的制作与测试。

情境4延时开关电路的制作与测试

任务1:检测电容器、电感器;任务2:延时开关电路的制作与测试。

情境5家用照明电路的制作与测试

任务1:白炽灯照明电路的制作与测试;任务2:日光灯电路的制作与测试;任务3:低压配电板的制作 (含漏电保护器的安装) 与测试;任务4:谐振电路的制作与测试。

情境6电动机控制电路的制作与测试

任务1:三相交流电路的功能分析及测试;任务2:变压器的测试;任务3:三相异步电动机起动电路的制作与测试;任务4:三相异步电动机正反转控制电路的制作与测试。

在上述6个学习情境前, 还可增加一个学习情境——“电路仿真软件的使用”, 并在个学习情境中都尽量安排一个实验仿真的任务。

(二) 成绩考核

成功的考核可以引导学生在学习过程中注重技术和应用能力的学习和自我培养。高职教育应重视学生实践能力、解决实际问题能力和创新能力的培养, 这就要求我们应注重学生这些能力的考核。要特别鼓励学习和应用上有创新的学生, 全面综合评价学生能力。要采用阶段评价、目标评价、过程评价, 理论与实践一体化评价模式;并采用校内教师评价与企业、社会评价相结合、学生自评与互评相结合的评价方式。各种评价应有明确的比例分配。

1. 考核形式、内容、标准

本学习领域考核内容包括过程性和终结性考核, 其中过程性考核占50%, 终结性考核 (期末考试成绩) 占50%。过程性考核主要包括:

(1) 学习情况 (包括出勤情况、课堂纪律、学习态度、课堂讨论发言情况、吸收新信息的能力) 占15%:学习内容全面、正确, 条理清晰, 详略得当, 重点突出;语言组织能力比较强, 回答提问准确、熟练;吸收新信息的能力比较强 (从收集信息的数量和质量的角度考核) ;采取灵活考勤方式, 并以教师教学日志作依据。

(2) 个人书面作业占15%:平时布置作业能否按时、独立、高质量完成。

(3) 实验实训成绩占20%:熟知并能正确运用相关电工仪表进行操作;操作规范, 步骤正确、完整;合作创新意识强等。

实际考核过程中, 任课教师可结合学生实际情况和教学过程, 进行分值和内容的适当调整。

2. 考核程序

(1) 将全班学生进行分组, 3人为一组, 实行组长负责制。

(2) 教师提供学习情况、作业、实验 (含仿真实验) 实训的评分标准;每个学习情境写一份引导文, 发给学生;每个学生发一份评价表和相关学习资料的目录。

(3) 在学习任务前提出要求, 学生按要求自学。上第一节课时任意抽一组学生上来汇报。因为学生不知会抽到哪一组, 大家都有荣誉感, 都想汇报成功, 这样就保证每组都能做好准备。汇报时一人主讲, 另两人板书或补充内容, 讲完后学生指定某个组员回答, 按照组员、组长、台下学生、教师这一顺序回答问题。教师根据学生提问、回答问题的数量和质量给分。到第二节课再由教师查漏补缺讲重难点, 并出题目给学生做, 做出来的宣布名字并加分。

(4) 下课后, 汇报组自评 (占10%) 、其他组的组长互评 (平均分占40%) 、教师评价 (占50%) , 教师算出总分后作为小组成绩。

期末时每个组的组员根据评价标准和一个学期的表现, 进行自评 (占10%) 、互评 (占40%) , 还有组长对组员、科代表对组长、教师对科代表进行评价 (占50%) , 组长算出组员分数, 科代表算出组长分数, 教师算出科代表分数。每个组员学习情况的基本分是小组成绩×组员分数。

教师根据学生上课情况在基本成绩上进行加分和扣分。这样算出的最终成绩就是学习情况的评分 (占过程性考核的30%) 。应注意的是, 最终成绩要考虑到学生在各个阶段的表现, 而不仅由最后的成绩决定;在评估时, 可以分组对不同部分进行演示, 以节约时间;可通过询问学生在出现问题时是如何解决的, 来评价学生;在实施过程中, 教师给予帮助越多的小组, 得分越少。

初步实践表明, 本设计能极大提高高职高专学生的学习兴趣, 更好地培养他们的综合素质及电工电路的应用技能与相关职业岗位能力。

参考文献

[1]陈斗:《基于工作过程导向的“电工电路的分析与应用”学习领域改革》, 载于《中国电力教育》, 2010年第25期, 第103-105页。

[2][3]吴涛:《〈电工技术〉课程改革的实践》, 载于《科技资讯》, 2010年第3期, 第187页。

[4][5]胡相斌:《岗位任务驱动的数控加工技术人才培养模式实践》, 载于《兰州石化职业技术学院学报》, 2009年第3期, 第63-66页。

[6]方东傅:《高职共享型专业教学资源库建设策略的研究》, 载于《实验室研究与探索》, 2007年第6期, 第157-159页。

[1]刘江波.《轮机测试》课程标准研究[J].武汉船舶职业技术学院学报, 2010 (1) .

应用电路定理分析模拟电路篇10

关键词：电路定理,模拟电子电路,基尔霍夫定理,叠加原理,戴维宁定理

对于基本线形电路的原理和分析方法,大多数人都很熟悉,而对于在模拟电子电路中涉及的非线性元件以及由这些元件组成的非线性电路,很多人就感觉到比较抽象难以理解,而实际上非线形电路分析的基本思路就是非线性电路的线性化,所以我们线性化后可以利用线性电路的分析方法和基本定理来分析非线性电路。

1基尔霍夫定律的应用

1.1基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是电路的一个最基本的定律,它贯穿了电路分析的整个过程,应用十分广泛。其基本内容是:在任一瞬时,流入某一结点的电流与流出该节点的电流之代数和为零;在任一瞬时,沿任一回路循环一周,在循环方向上电压降的代数和为零。

1.2基尔霍夫定律在放大电路分析中的应用

在对基本放大电路的静态分析中,我们可以应用基尔霍夫电压定律在它的直流通路中分析相应的变量。

如图1所示电路为一共射极放大电路,基本放大电路静态分析的方法是画出电路的直流通路,然后在直流通路中求出相应的变量。我们可以先画出其电路的直流通路,如图2所示为其直流通路,在此电路中,根据基尔霍夫电压定律可以列出以下几个KVL方程:

UCC=IB*RB+UBE,所以IB=(UCC-UBE)/RB

UCC=IC*RC+UCE,所以UCE=UCC-IC*RC

这样就可以在直流通路中求出放大电路的静态值IB,IC,UCE,找出相应的静态工作点。

基尔霍夫定律不但可以应用在直流电路的分析中,还可以将其推广到交流电路的分析中去。例如,在运算放大电路的分析中,我们可以应用基尔霍夫定律列出相应的变量方程求解。

如图3所示的运算放大电路中,分析输入与输出之间的关系,根据基尔霍夫电流定律,其中变量之间有如下的关系:i1=if+in,又根据理想状态的运算放大电路的分析依据in=ip=0,所以有:i1=if。i1=(ui-un)/R1,又因为理想状态的运算放大电路中un=up,up=0,所以un=0。所以i1=ui/R1。而if=(un-uo)/Rf所以if=-uo/Rf。所以i1=ui/R1=if=-uo/Rf,所以有:uo=-Rf*ui/R1。

这样就分析出了输入与输出之间为比例关系。这是一个基本比例关系得运算电路,那么在以后更复杂的运算放大电路中也可以利用基尔霍夫定律来确定电流之间的关系。

2叠加原理的应用

2.1叠加原理

叠加原理的基本内容是:对于线性电路,多个电源共同作用在一条支路上产生的响应(电压或电流),可以看作是各个电源分别作用在该支路上产生的响应之和。

2.2叠加原理在基本运算电路分析中的应用

我们知道,叠加原理应用的前提是线性电路,对线性电路的分析是非常简单的,而运算放大器是非线性电路,怎么能应用叠加原理呢?其实,理想状态下,运算放大电路输入和输出之间的运算关系实际上和运算放大器本身无关,它的运算关系只与输入和反馈电路有关,而输入和输出电路一般由线性电阻元件构成,这样,我们就可以利用叠加原理来分析其输入与输出之间的运算关系了。

例如图4所示的电路,电路为差分输入,即其输入分别加在同相端与反相端。

当ui1作用时,ui2=0,构成反比运算,uo1=-Rf/R1*ui1

当ui2作用时,ui1=0,构成同比运算,uo2=(1+Rf/R1)ui2

所以,uo=uo1+uo2=(1+Rf/R1)ui2-Rf/R1*ui1

对如图5所示加法运算,也可以利用叠加原理分析。

当ui1作用时,ui2=0,构成反比运算,uo1=-Rf/R11ui1

当ui2作用时,ui1=0,构成反比运算,uo2=-Rf/R12ui2

所以,uo=uo1+uo2=-Rf/R11ui1-Rf/R12ui2

如图6所示的电路,利用叠加原理分析:

当ui1,ui2作用,ui3=ui4=0,构成反相加法运算:Uo1=-(Rf/R1ui1+Rf/R2ui2)

当ui3,ui4作用,ui1=ui2=0,构成同相加法运算:Uo2=(1+Rf/R1)[R3/(R3+R4)ui4+R4/(R3+R4)ui3]

所以,uo=uo1+uo2=-(Rf/R1ui1+Rf/R2ui2)+(1+Rf/R1)[R3/(R3+R4)ui4+R4/(R3+R4)ui3]

所以,当运算放大电路微多路输入时,采用叠加原理进行分析会很方便。

3代维南定理的应用

3.1戴维南定理

任何一个有源二端线性网络(这里强调有源指交流信号源、必须是二端线性网络),都可以用一个理想电压源和内阻串联来等效代替,理想电压源的电动势就是有源二端网络的开路电压,等效电源的内阻等于有源二端网络中所有理想电源均除去后所得到的无源网络两端之间的等效电阻。

3.2戴维南定理求解输出电阻的应用

我们知道,对放大电路输出电阻的计算方法是:将信号源短路(Us=0,但要保留信号源内阻),将RL断开,在输出端加一交流电压Uo,必然产生电流Io,则放大电路的输出电阻为:Ro=Uo/Io。这个方法很难理解,但如果发现这是代维南定理在放大电路中的应用,就很容易理解了。基本放大电路经微变等效后已线性化,可以看作有源(交流信号源)二端(输出端)线性网络。代维南定理指出:任何一个有源二端网络,对外电路来说,都可等效成一个电压源。而实际放大电路的输出端对负载而言,可用代维南定理等效,前级放大电路可等效为一个电压源.电源的内阻就是放大电路的输出电阻Ro。所以输出电阻的计算就可转换为电源内阻的计算,因此放大电路输出电阻的计算就可采用下面的方法计算,如图7所示:

开路电压:Uo=IcRc

短路电流:Is=βIb

所以,Ro=Uo/Is=IcRc/βIb=Rc

对于输出电阻的求解,共集电极电路最难理解。共集电极放大电路经微变等效后已线性化,可以看作有源(交流信号源)二端(输出端)线性网络。利用戴维宁定理求解输出电阻时,可将理想电压源短路(保留受控电流源),如图8所示,此时为无源二端线性网络,可以通过外加激励方法求解其集电路的输出电阻。

Io=Ib+βIb+Ie=(1+β)Ib+Ie=(1+β)Uo/(rbe+Rs//Rb)+Uo/Re

Ro=Uo/Io=Uo/[(1+β)Ib+Ie=(1+β)Uo/(Rbe+Rs//Rb)+Uo/Re]

Ro=Re//(Rb+rbe)/(1+β)

4结束语

模拟电子电路经微变等效线性化后,可以结合电路的基本定理和线性电路的方法分析,这样,分析模拟电路就很容易了。

参考文献

[1]秦曾煌.电工学(上、下册)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[2]康光华.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社,2005.