故障仿真在《電子工藝實訓》課中的探索與實踐

徐秀美，王立新，伊學軍，曹立軍

（山東理工大學，山東淄博，255000）

0 緒論

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，是用來衡量高校所培養的畢業生是否達到該專業所制訂的培養目標和畢業要求的一種合格性評價體系，是工科畢業生達到專業培養要求的制度保障[1]。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育質量標準實現了國際實質等效，對于我國工程技術領域走向世界、應對國際競爭有著重要意義[2]。我校的多個專業已經進入工程教育專業認證過程中，為適應工程認證對實訓實習的要求，提出了故障仿真在《電子工藝實訓》課中的應用。

1 課程內容介紹

《電子工藝實訓》課是一門以實踐為基礎，結合學生原有的理論知識，通過分析原理、實際制作電路、分析測試結果、解決實際問題，從而鍛煉學生綜合能力的課程。

我校開設的《電子工藝實訓》課內容有：電子元器件識別測試、電路焊接調試、電路故障分析與排除等，根據學生專業與時間情況增減電路設計、PCB制作等。考慮工程教育認證對“培養目標”、“畢業要求”、“持續改進”、“課程體系”等方面的要求，內容做適當的改進。增加電路仿真測試、仿真故障設置測試、對比分析電路故障，達到縮減排故時間、減少盲目性、提高學習效率的目的。

2 故障仿真實例分析

以電源電路為例，介紹實驗室制作電源的步驟及仿真測試等情況。

■2.1 電源電路基本組成

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

圖1 直流穩壓電源原理框圖

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

圖2 串聯型直流穩壓電源電路原理圖

■2.2 電源電路制作與仿真

（1）仿真電路測試分析

根據電路原理圖2，學生利用常用的仿真軟件繪制正確的原理圖，設置（1-5）5個測試點，分別測試1點對A點、2-5點對0點的電壓和波形，正確電路的波形和參數如圖3所示。

圖3 1點對A點、2-5點對0點的電壓和波形

由于實際制作電路時，電路極易出現錯誤，所以在仿真時建議學生在電路上人為設置故障點，以短路或斷路故障為主，分別設置3-5處，測試5個點對0點故障時的電壓與波形。圖4所示是1點對A點、2-3點對0點故障時的電壓和波形圖。

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；二是檢查測試元器件質量；三要認真細心地安裝、焊接，并保證焊接質量；四是在焊接完成后，認真檢查元器件位置與連接導線間是否符合原理圖要求，焊接質量是否符合標準等外觀檢查；五是在外觀檢查無誤后，用萬用表直流電壓量程測量S1、S2、S3分別閉合后的輸出電壓UO，并用示波器觀察測試1-5點的波形。

■2.3 對比仿真和實際測試結果

（1）1-A點之間：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點之間輸出電壓為0，實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，需要檢查變壓器質量、4只整流二極管質量及極性。

（2）2-0點之間：是橋式整流和濾波后的結果，U3≈1.2u2。實際電路測試時，若U3值較低，原因可能是二極管損壞，沒有構成橋式整流電路；或濾波電路沒起作用；或輸出端短路。

（4）4-0點之間：4-0點之間電壓為復合管的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點之間：反映的是ULEDP。5-0點之間電壓的異常只能是LED-P。

對比仿真和實際測試結果，判斷電路是否存在問題。結果變化明顯的那一部分，即是故障電路。進一步對比自己設計的故障點仿真或同學設置的故障點仿真，再配合原理分析，極易查找電路具體故障點。

3 總結

通過實踐，上述方法在其他電路同樣適用。在《電子工藝實訓》課中加入仿真，符合工程認證基本理念，完善工程認證“畢業要求”設計開發解決方案之提供合理優化解決方案。仿真故障學習需要學生熟悉仿真軟件，查找元件并繪制電路，測試仿真正確電路和故障電路，雖然占用學生課外時間，但是彌補實際實驗內容偏少的缺陷，能夠減少學生查找電路故障的盲目性，減少對元器件的損耗，節省查找故障時間，提高學生學習效率。通過比較得知，經過對正確電路及故障電路仿真，對實際電路的故障排除有一定的實際意義。