模擬電子技術(shù)故障模擬實(shí)驗(yàn)箱開發(fā)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

作者/傅巍，湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

模擬電子技術(shù)故障模擬實(shí)驗(yàn)箱開發(fā)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

作者/傅巍，湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

本文對模擬電路的可靠性以及電子系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定之間的聯(lián)系進(jìn)行論述。借助實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺，對電子技術(shù)故障進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，采用電路板插播的方式，將電源信號的自動接入、故障類型加以論證，達(dá)到了電子技術(shù)教學(xué)的模擬效果以及科學(xué)研究的使用效果。

模擬電子技術(shù)；故障模擬；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)和通信自動化在電子電路硬件系統(tǒng)的建設(shè)上發(fā)揮著重要的作用，與當(dāng)前的生活和生產(chǎn)關(guān)系密切。從現(xiàn)代電子工程的發(fā)展來看，電路系統(tǒng)的復(fù)雜故障技術(shù)的解決已經(jīng)有了很多更好的策略。但是如果電子電路的故障不能從根本上加以解決，系統(tǒng)就不能正常工作。因此除了對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析之外，做好診斷并且提出根本性的解決措施，也是在教學(xué)和實(shí)踐上需要加以深入研討的，最終的目的就是通過對電路系統(tǒng)的的改進(jìn)，生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)的提高，最終保證電路系統(tǒng)的質(zhì)量和性能得到整體的提升。

1. 模擬電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱的要求

1.1 電子電路的系統(tǒng)

電子電路的系統(tǒng)由模擬和數(shù)字的電路進(jìn)行共同的組成，在電路系統(tǒng)中，采用電路模擬的方法，出現(xiàn)故障的概率較大，因此，整體可靠性不夠高。因此進(jìn)行故障率的降低時非常主要的工作。在長期的電子電路系統(tǒng)的研究和實(shí)踐中，采用模擬電路和數(shù)字電路共同組成的綜合系統(tǒng)的方式，對組成單元，電路放大、模擬電子電路起到的作用是至關(guān)重要的，深入的研究電子技術(shù)故障等進(jìn)行深入研究十分有必要[1]。

1.2 以北京大學(xué)進(jìn)行模擬電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)為例

大學(xué)一直將興趣驅(qū)動和自主學(xué)習(xí)作為教學(xué)原則，在學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神以及創(chuàng)新意識上進(jìn)行培養(yǎng)，將學(xué)生的創(chuàng)造性和主動性加以調(diào)動，采用科研和解決問題結(jié)合的方法，進(jìn)行學(xué)生的創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)和計(jì)劃。同時創(chuàng)辦了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)性計(jì)劃和題目，依托指導(dǎo)教師的科研課題，開展模擬電路故障和技術(shù)診斷的研究。幫助學(xué)生掌握機(jī)械制作、系統(tǒng)焊接以及調(diào)試、PCB等。整體實(shí)驗(yàn)的資源包括了PCB設(shè)計(jì)軟件、信號源、直流電源、鉆孔機(jī)等。

2. 模擬電路故障模擬以及實(shí)驗(yàn)箱的制作模擬的方式

2.1 選用中小型實(shí)驗(yàn)箱

采用模擬電路故障模擬以及實(shí)驗(yàn)箱的制作模擬的方式，對電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱的外殼拆除，然后自己進(jìn)行改裝，需要鉆孔、噴涂文字標(biāo)識、安裝其他部件等。實(shí)驗(yàn)箱附帶幾塊方便插拔的常見模擬電路板，實(shí)驗(yàn)板可以是模擬電路教學(xué)或研究中經(jīng)常使用的常見模擬電路[2]。

2.2 實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部

直流電源將 220V 交流電變?yōu)椤?2V等直流電，在四個角預(yù)留可以插入模擬電路板的插槽，如果某模擬電路板需要使用正弦波或方波等波形作為輸入信號，可以通過實(shí)驗(yàn)箱的固定插槽和電路板的固定腳，也可以根據(jù)需要在模擬電路板上設(shè)計(jì)電源開關(guān)；如果模擬電路比較特殊，可通過開關(guān)控制是否供電或輸入信號，自動實(shí)現(xiàn)直流電源的功率和穩(wěn)定性達(dá)到模擬電路板的使用要求，實(shí)驗(yàn)箱可以根據(jù)需求進(jìn)行電路板的供電連接或信號輸入，從而實(shí)現(xiàn)模擬電路板的靈活插拔。當(dāng)模擬電路板插入實(shí)驗(yàn)箱后，如果實(shí)驗(yàn)箱部分固定孔已經(jīng)與直流電源連接，則經(jīng)過精心設(shè)計(jì)后，模擬電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱制作波形發(fā)生器，需要實(shí)驗(yàn)箱的固定插孔和電路板的固定腳的模擬才能發(fā)揮更多的作用。模擬電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱實(shí)物如圖 1 所示。

圖1 模擬電路圖

3. 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)對三種典型核函數(shù)（多項(xiàng)式核、徑向基核、Sigmoid 核）進(jìn)行了實(shí)際的類型和參數(shù)的選擇，這是目前模擬故障分類中一種簡單、有效的參加測試的方法，仿真實(shí)驗(yàn)中 SVC 分類器包括：基于極值分析 1—v—r（極值）和符號分析 1—v—r（符號），基于核空間距離分析的混合 SVC簡寫為 KP+1—v—r；基于符號分析和核空間距離分析的 one—against—rest ，SVC 多分類器的 one—against—rest SVC，SVC這種方法 簡寫為 1—v—r（符號）+KP；基于近鄰和符號分析的 one—against—rest SVC，簡寫為 KNN+1—v—r；one—against—one SVC 簡寫為 1—v—1，對輸入樣本各種 SVC進(jìn)行歸一化操作以及性能分析（方差為 1，樣本均值為 0），取1 次多項(xiàng)式時分類器的性能，達(dá)到一定的故障覆蓋率（此處主要取決于診斷的精度），通過比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果性能，采用標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練和分類，可以確保得到一個泛化性能較好的分類器，選擇的懲罰因子 C=100 時，通過實(shí)驗(yàn)選擇二元 SVC 的核函數(shù)，可以得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表1是幾種 SVC 對Sallen—Key濾波器的比較結(jié)果。

表1 幾種SVC對Sallen-Key濾波器的測試結(jié)果

上表進(jìn)行執(zhí)行的時候， 需要預(yù)先決定可調(diào)參數(shù)，另外測試條件：軟件平臺：Matlab 2GB ，RAM7.0PIV ，雙核2.8GHz，）。

4. 結(jié)語

在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，參與實(shí)驗(yàn)的成員逐漸學(xué)會了解決、思考問題的方法，最終完成了模擬電路故障模擬實(shí)驗(yàn)箱的制作設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過實(shí)踐證明模擬系統(tǒng)具有較強(qiáng)的工程性和實(shí)用性，另外，實(shí)驗(yàn)箱實(shí)物外觀精美，內(nèi)部構(gòu)造完整，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)達(dá)到了模擬電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)與理論教學(xué)要求，同時達(dá)到了大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)施效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的動手能力和積極性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和思維，得到了發(fā)明創(chuàng)造與科學(xué)研究的基本技能的訓(xùn)練。

＊ [1] 黃亮,侯建軍,馬慶龍等.模擬電子技術(shù)故障模擬實(shí)驗(yàn)箱開發(fā)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[J].高教學(xué)刊,2016,(1):175—176,178.

＊ [2] 韋忠善,王力虎,明鑫等.基于仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)課程考試系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(3):127—129,133.