自動化技術在電路分析中的應用

李靖

（湖南水利水電職業技術學院 湖南省長沙市 410100）

電路是指由金屬導線和電氣、電子部件組成的導電回路，電路的分析主要目的是測試功能與進行故障診斷。一般分析與測試中首先要了解電路原理圖，然后根據原理圖與電路板，了解電路中每個元器件的方法、功能，然后再進行電路板分析。在分析過程中可以將電路板劃分為多個模塊，分別進行測試，以此提升測試質量與效率。在自動化技術應用到電路分析中，有效避免傳統電路測試的不足，提高自動化程度與測試精確度。

1 電路分析的目標

首先，分析電路的目的，通過該方法實踐分析能力，并對探索研究分析的能力進行提高。

（1）對基本的測量方法進行學習和掌握。主要包含測量電流電壓、測量伏安特性、測量阻抗、測量電路頻率特性等。

（2）對分析技能進行初步掌握，包含對儀器進行正確的選擇，對分析程序進行合理地制定，對分析中的現象進行正確的觀察和判斷，讀數精確，處理分析數據和分析誤差，并對分析報告進行詳細地編寫等。電能表等常用電氣分析儀器，學會使用示波器、信號發生器、交流毫伏表、穩壓器等電子設備。

（3）掌握電路圖，學會正確布線連接和分析電路，能夠分析和消除分析故障的現象，分析結果。

（4）掌握一些電路的設計，通過分析手段，對一些定理和結論進行驗證。

（5）要求學會仿真分析，并且根據要求進行分析。

（6）分析預演（包括制作仿真結果）、課后分析、分析報告 （主要包括對實際數據進行分析、對比仿真分析）三個階段。

2 電路分析的方法

2.1 采用多媒體分析方法

多媒體分析方法可以在電路分析課程中應用，值得對此進行研究。作為具有很強理論性的一門課程，電路分析中應用該方法，會導致與老師的思維不同步，因此，現在的分析方法仍然主要是手工。但電路分析實驗課，沒有該顧慮，可以采用多媒體分析方法。

（1）在電路分析實驗課程中，理論公式推導不會大量出現。進行實驗之前，學生對與實驗有關聯的理論知識已經進行了系統的學習，對于實驗原理的介紹，尤其是對實驗的原理的驗證，通常都是一個復習所學知識的過程。

（2）多媒體分析方法的優點很多，可以提供較大的信息量、生動的圖像、圖文并舉，使得實驗人員的接受程度很高，且容易掌握。因此該方法，契合了了實驗的基本要求——直觀。

2.2 分析方法采用軟硬件結合的方式

電路分析以及實驗分析的傳統方法通常采用的是利用實驗室設備來搭建電子電路，之后測量并驗證該電路。每個人掌握理論知識的程度不同，動手分析的能力也不同，因此會有很多問題出現，甚至還存在損壞實驗設備的風險。軟硬件相結合的方式，是解決該問題的良方。有的實驗難度較大，仿真調試就成為一件利器，利用仿真軟件對電路參數進行設置，然后對其進行物理驗證。仿真分析可以讓學生在實操之前，全面了解實驗過程和內容，避免誤操作，降低風險。另外，電子仿真軟件可以動態觀測電路效果，提高實驗過程的直觀性。現在應用廣泛的仿真軟件有EWB、MulitiSim等，其中擁有強大的電子元器件庫，并且含有各種虛擬儀器，便利性強。由于不受時間空間限制，仿真分析可以隨時反復進行。

2.3 對設計性實驗占比進行加大

電路分析的實驗分析方法有以下三種：

（1）利用基本概念和定律；

（2）驗證常見規律及相關電路；

（3）設計性實驗。

第一、二種是簡單直觀的實驗分析方法，具有明確的目的，而第三種通常是在電路分析的整個課程學習之后進行，其目的是總結整個課程。分析給定的題目，或者自行設計題目，完成對數據的獲取，對實驗步驟的設計，進行實驗，并且完成對實驗報告的編寫。

3 自動化技術在電路分析與測試中的應用優勢與特點

傳統電路分析與測試中，主要是針對單一的或者固定的電路進行分析。在應用過程中不僅自動化水平低，影響測試質量與效率；而且通用性較差，難以滿足現代工業發展需要。例如傳統測試操作非常復雜，測試結果很容易受到人主觀因素的營銷，所以電路分析效率與測試精確度難以控制。又如，傳統測試儀器在工作中往往只能針對某一電路板，在檢測新電路時即需要更換測試儀器。因此，傳統電路分析與測試技術已經難以滿足電路分析與測試需求，自動檢測技術則能夠很好解決這一問題，良好的通用性與自動化，極大提升電路分析與檢測質量。

首先自動化檢測系統通用性強，能夠應用到多種類型的電路與電路板檢測之中。而且一套系統能夠應用多個類型，不用頻繁更換檢測儀器。其次自動化程度高，在一定程度上提升檢測精確度與質量。例如自動化技術在對電路進行檢測時，完全是自動進行，檢測過程也由計算機全面控制，不需要人員手工操作，減少人工操作不利因素的影響。第三是操作方便，相對于傳統檢測技術，自動化技術直接在軟件界面進行，而取消人工機械檢測，操作更加便捷。有鑒于這些優點，自動化技術在電路分析與檢測中的應用日益廣泛，成為如今電路分析的主要途徑與方法。

4 電路分析的內容與方法

目前電路分析與測試，主要目標是將電路分析中的問題與產品缺陷提前發現，從而可以避免生產與設計過程中的風險。因此自動化電路分析與測試技術成為現代電子工業生產的重要途徑，必須借助有效的自動化技術來滿足不同電路的分析與測試，提升電路生產質量。

4.1 電路分析與測試的主要內容

電路分析與測試可以分為通電前檢測與通電后檢測兩個方面的內容。首先在通電之前對電路進行測試，主要是對電路板上的各種元器件參數、節點電阻、電容、PN結電壓等進行測試。也包括各個管腳之間的通聯情況。這是電路測試的基本內容，直接影響著測試結果。其次是在通電后進行的測試，包括對電路板進行的靜態測試與動態測試。其中靜態測試是指對電路板中的元器件進行測試，了解各個管腳的連接狀態、邏輯狀態以及電路各個管腳靜態工作的電壓等。但是在電路板系統中，許多測試信號都是動態變化的，會隨著時間的推移產生不同變化，所以電路測試中僅進行靜態測試是遠遠不夠的，還需要進行動態測試，即通過動態測試來了解電路是否完善，功能是否正常。對電路板的動態檢測，其基本原理即是將數據通過電路的輸入端進行發送，在電路板工作狀態下，獲取各種響應信號，并將所獲取的信號與數據庫中的代碼進行對比，進而判斷所測試的電路板是否正常。對于某些模擬電路，則是測量電路輸出端的電壓、電流等參數，然后將所獲結果與標準數據進行對比，達到分析模擬電路功能是否正常的目標。

4.2 電路分析與測試的方法

目前常用的電路板分析與測試方式主要分為兩種，一種是離線測試；第二種是在線測試。離線測試，顧名思義即是將被測元器件從電路板上拆除后，使用測試儀器進行檢測，即是離線測試。該方法可以檢測模擬電路的各項功能是否正常。在線測試是直接對電路板上的各個元器件進行檢測，判斷電路是否暢通、功能是否完好。在一個電路板上，集合了多個元器件，而每個元器件又通過并聯、串聯的方式連接起來。所以，采用在線測試的方法能夠直接驗證各個元器件是否都功能完好；元器件連接是否正確、穩定。因此，通過電路的在線檢測系統不僅能夠驗證電路生產中生產質量，發現生產中存在的開焊、短路等問題，而且通過自動化技術能夠實現對故障的準確定位。因此，相對于離線測試系統，電路板的在線分析與測試具有多重優勢，配合自動化技術可以取得更好電路分析與檢測效果。

5 自動化技術在電路分析與測試中的具體應用

電路分析與測試工作是實現電路板測試與診斷的重要途徑，在實際工作中首先需要對被測需求進行分析，明確電路中每個元器件的功能與使用方法，然后基于這些基礎性工作分析電路的整體功能，劃分模塊；最后結合劃分的功能模塊來制定輸入和輸出信號的關系，進而達到電路分析與測試目標。在自動化技術應用中，需要滿足檢測過程的全自動化，并且具備故障提示功能，而且為提升自動檢測系統的通用性，也需要系統能夠對不同電路板進行檢測。

5.1 自動化電路分析與測試系統的總體布局

電路自動檢測系統的關鍵在于信號識別與故障的診斷，因此在做好總體布局后需要對硬件與軟件系統進行針對性的設計。硬件可以是自動檢測系統工作的基礎與載體；軟件是自動檢測系統的核心與大腦，支撐整個系統的運行。根據電路自動分析與測試系統需求，對總體布局進行設計。

結合實際情況，以計算機為主要儀器作為硬件控制平臺，是連接電路與測試系統的核心部件。但是電路板上輸入的信號包括數據量信號、模擬量信號等，所以計算機對電路板輸入的信號進行控制與采集時，必須能夠保證系統能夠輸出各種激勵信號，并采集響應信號。

5.2 自動化檢測系統硬件設計

構成電路板最小的單一是電阻、電容等元器件，在組合之后成為某個電路，實現某一項功能。多個電路又會組合成模塊，實現更復雜的功能，成為電路板。因此電路分析與檢測中主要針對各個模塊進行，按照一定順序進行分析與測試，遇到問題時則對每個模塊進行檢查與分析，直至發現問題。自動測試硬件系統設計以計算機為主系統，在計算機基礎上向外擴展，構成整個測試系統。具體包括模擬/數字轉換接口、數字/模擬轉換接口、數字量輸入/輸出接口、開關量輸入/輸出接口、開關切換、計數器模塊等。電路板自動分析與測試技術如圖1所示。

圖1：電路板自動分析與測試技術

5.3 自動化檢測系統軟件設計

在完成電路板分析與測試的自動化硬件系統設計后，需要對軟件系統進行設計，畢竟所有檢測工作都是在軟件系統的操作下完成的。根據實際需要，軟件系統功能主要包括用戶界面、電路板管理界面、操作界面等。用戶界面是測試軟件系統的入口，在該界面中能夠調出其他界面系統。電路板管理界面實現對被測對象的管理，方便操作者使用。新電路板檢測與分析時可以調出電路板參數、功能等；并在該界面查看測試結果，包括診斷書與故障定位信息等。操作界面主要包括檢測程序，在點擊開始后系統進行檢測狀態，流程為系統自檢——自動識別電路板——系統啟動——檢測電路板——結果上傳中計算機——檢測結果出具。通過自動化提升檢測效率與質量，在對電路板分析數據進行應用后，為電路板設計與生產提供數據支撐。軟件系統在未來使用中需要根據實際情況不斷進行優化，提升實用性。

6 結語

隨著現代技術的發展，傳統電路分析與測試工藝已經難以滿足需求，自動化系統在電路系統分析中的有效應用，對于提升電路分析效率與質量有著重要價值。規避傳統電路分析與檢測工作的各種弊端，有效代替人工操作對電路的分析與檢測。因此，自動化技術的應用為電路分析開辟了新的途徑，讓電路分析與檢測更加高效、便捷，但在實際使用中還有很大的提升空間，需要不斷進行創新、完善，更好促進自動化技術的推廣與應用。