集成电路与应用范文

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中图分类号:TN702文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成电路测试仪可用来测量集成电路的好坏,在电子实验室中应用广泛。在实际使用中,发现部分厂家生产的测试仪存在一些问题,如电网电压波动或负载加重后容易出现死机或复位不正常现象,这对实验进程和实验室管理有很大影响,也是困扰实验指导老师的常见问题,必须予以解决。本文通过某一种测试仪电源电路的改进的试验,会给实验室管理者以借鉴。

在电路设计中用到EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术。在进行电路改进前,从电路参数设计,电路功能仿真验证等都在计算机上先用EDA软件完成,不但缩短了电路设计时间,而且大大地节约了成本。

EDA 技术是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。它经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design,CAD)、计算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design,CAE)和电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)三个发展阶段[1]。利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点[2]:用软件的方式设计硬件;用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;对设计电路功能是否正确可进行仿真分析。

目前流行的EDA软件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等几种[3]。本文运用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能对所改进的电路进行仿真和应用。

1 EDA仿真在测试仪电源电路设计中的应用

学校电工电子实验室有多台LM-800C数字集成电路测试仪,在使用中有时会出现死机,复位不正常现象。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力弱。笔者根据其PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)绘制出其电源电路原理图,如图1所示。

图1 LM-800C数字集成电路测试仪电源电路图

图1中,78M05为5 V三端稳压器[4],RL为测试仪负载,实际上是待测集成电路。

限于篇幅,只绘制主要部分,电源线路滤波器在图中未画出。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力不强,有时会出现死机、无法复位现象。通过对其电源电路的改进,增加了扩流电路,从而解决了实际使用中存在的问题。

1.1测试仪电源电路的扩流设计

为了节约成本,不能对原来电路进行全新设计,只能在原来电源电路基础上,通过增加部分电路来增强其带负载能力。

改进中需要考虑的问题[5]:

(1) 选择合适的滤波电容。电源输出直流电压要稳定,纹波小。

(2) 增加了扩流电路,当电源电压不稳定或测试系统负载增大时,电源带负载能力强,输出电压稳定。

图2为经过改进的带扩流功能的电路,带负载能力较强,能扩大电路的输出电流。Q1为外接扩流功率三极管,R1为Q1的偏置电阻。该电路带负载能力与Q1的参数有关。C1,C4为滤波电容,C2为0.33 μF,可抵消输入接线的电感效应,C3可防止高频自激,消除高频噪声,改善负载的瞬态响应[6,7]。

图2 带扩流功能的电路

电源电路扩展输出电流的工作原理:

二极管D1用于消除三极管Q1的发射结Ube对输出电压的影响(相当于发射结的导通电压0.7 V),并提供电容C4的放电回路。设三端稳压器78M05的最大输出电流为Imax,则晶体管的最大基极电流Ib=Imax-IRL,因而负载RL上电流的最大值I可表示为:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三极管的基极电流Ib很小,与Imax相比可忽略不计,I比Imax大许多,可见输出电流提高了,从而可提高电源的带负载能力。

1.2 两种电路带负载能力的仿真对比验证

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]对原电路(图1)和改进后的电路(图2)进行仿真分析,以验证二者的带负载能力。

(1) 仿真参数设置

首先进行仿真参数设置,进行瞬态分析与傅里叶分析[8,9],仿真参数设置对话框如图3所示。

图3 仿真参数设置对话框

为了突出显示,显示器上只显示两个波形,其中in为输入端,out为输出端。

(2) 仿真波形对比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99对图1所示电路进行仿真,发现当负载变重,超过78M05最大输出电流(0.7 A)时[10],将使输出电压的纹波增大,输出电压(out)下降且不稳定,out波形有明显的波动,5 V下降为4 V左右,且输出(out)波形不平滑,纹波大。负载变重后的仿真波形如图4所示。

图4 负载变重后的波形

为了增大电源的带负载能力,在原电路的基础上加扩展电流三极管Q1后,带同样的负载,输出电压很稳定(5 V),仿真波形如图5所示。

图5 加扩流三极管后仿真波形

从输出波形(out)可以看出,电压很稳定,没有纹波。

1.3 设计电路的应用效果

经改进后的电源电路,在实验室的实际使用中,再未发现死机或不能正常复位现象,证明通过EDA仿真所设计的电路在使用中获得成功。

2 结 语

用EDA仿真技术能方便电路设计,并可验证电路

设计的正确性。通过对两种电路的仿真对比,说明改进后电源电路带负载能力强,这在实际使用中得到验证。

参考文献

[1]王涛.数字集成电路的故障诊断和故障仿真技术的研究 [D].成都:电子科技大学,2005.

[2]National Instruments.The Measurement and Automation Catalog 2004[Z].2004.

[3]伏家才.EDA原理与应用 [M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]周绍庆.模拟电子技术基础[M].北京:北京交通大学出版社,2007.

[5]罗敏.专用集成电路逻辑测试仪系统总体实现[D].西安:西北工业大学,2006.

[6]Cheng K T,Jou J Y.Functional Test Generation for Finite State Machines [A].Proc. ITC[C].2006:160-168.

[7]陈松.电子设计自动化[M].南京:东南大学出版社,2005.

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摘 要：电路分析基础是各电类专业的先导课程，学好本课程对后续课程的学习有重大意义.本文从课程教学方法入手，提出了课程的改革思路与方法，实践证明这些方法有效并可逐步推广应用.

关键词 ：电路分析；教改；应用型

中图分类号：G642.4文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0247-02

基金项目： 延安大学西安创新学院教学改革项目（14JG09）；陕西省教育厅自然科学类专项科研计划资助项目（NO:14JK2170）

0 引言

“电路分析”作为电气信息类专业(0806)、仪器仪表类(0804)和电子信息科学类(0712)的核心专业基础课程，同时也是机械类(0803)、能源动力类(0805)和海洋工程类(0813)的核心专业基础课程，都是相关专业研究生入学考试必考科目.由此可见，这些课程在人才培养中举足轻重.就我校而言，在电子信息工程、计算机科学与技术、物联网工程、汽车服务工程以及工业设计专业都开设了电路分析基础课程，在土木工程专业、建筑工程专业也开设有课程性质相近的电工学课程.我校具有一个独立的电路分析实验室，拥有电路分析实验箱18套.虽然不同的专业教学重点各有不同，但是电路分析的基础理论基础知识是必不可少的.因此开展电路分析教学改革对培养创新与应用型人才具有重大意义.

为了适应时代的发展和教改的要求，任课教师从教学内容，教学方法及手段到考核标准都进行了调整.电路分析课属于经典电路理论，在教学中应突出经典理论的基本概念及规律，提高教学效率.随着电路理论的发展和计算机的普遍应用，大量繁杂的计算应放在现代电路分析中解决.在教学方法上，应将传统的注重知识内容的顺序教学方式与注重知识关系的知识结构教学方式相结合.从培养科研能力，提高学生素质出发，应强调电路分析中的模型概念，它是电路分析的基础.教学方式及手段是使学生掌握课程内容的关键，应将课堂教学与计算机辅助教学相结合，标准化教学与电子教案相结合，同时还应该将答疑与质疑相结合，理论教学与实验相结合，笔试考核与实验能力，平时作业，甚至口试等考核方式相结合.

1 教学改革的思路与方法

1.1 经典电路理论与现代分析手段相结合

电路理论发展至今已近一个世纪[1].早期的电路理论是在物理学中电磁学的基础上发展起来的.当时主要研究的对象是线性非时变无源电路，并形成了完整的经典分析方法，这些方法同时也是近代电路分析方法的基础，因此应该是学生学习中必须牢固掌握的.传统的教学内容包括直流电路的分析，交流电路的分析及动态电路的分析.教学中应以分析简单电路为主，突出基本概念，避免繁杂的数学计算.自20世纪60年代，电路理论发生了重大变革，从原来主要研究线性非时变无源电路，进一步发展到非线性时变有源电路.由于近代大规模及超大规模集成电路的发展，传统的分析手段难以完成复杂的分析.为了适应电路理论发展的要求，应在教学中适量增加近代电路的分析方法及手段，如有源电路的分析，非线性电路的分析，矩阵分析方法，网络分析方法等.其主要特征是计算机辅助分析的应用.加强这方面的教学是该课发展的要求，也是学生学好后续课程的基础.

1.2 顺序教学方式与知识结构教学方式相结合

以往的教学方式是以知识内容顺序，按部就班地一章一章地进行，学生被动地一章一章地学，难以形成对所学知识的整体认识.实际上，电路分析同许多其它学科一样，都有一套完整的体系，其中的各要素有着密切的联系，它同知识的具体内容，公式，定理相比，更容易理解和掌握.学生在大学学习期间要学习许多具体的知识内容，要求学生几年以后仍然牢记如此众多的内容既不实际，也不必要.从提高能力和素质出发，应培养学生在今后遇到实际问题时，能分析问题的实质所在，知道解决问题的途径，而不是死记书本知识.知识的具体内容是知识结构的内涵，知识结构是知识内容之间的有机联系.两种方式相结合可以取长补短，既培养了技能，又提高了素质及科研能力.

1.3 课堂教学与计算机辅助教学相结合

传统的教学手段是以板书教学为主，主要表现为被动式教学，老师讲，学生听.这样就造成学生认为只有写到黑板上的内容才是课程所要求的.例如：将一个声表面波器件[2]画在黑板上花费大约3分钟，对于45分钟的课堂时间来说已经足够长了.随着计算机的普及，教学应采用计算机辅助教学手段，就可以节省很多时间.所以应从单调的黑板式课堂教学向计算机辅助教学的方向发展.课堂不应该是单向灌输知识的场所，应该是教师与学生相互交流的场所，是体现主讲教师教学风格，教学思想教学艺术的平台.

1.4 标准化考核与能力考核相结合

一支笔一张纸式的考核方式一直是考核学生学习效果的主要形式.但是，为了使考核标准化，使其具有一定的客观型，合理性和可比性，应逐步建立同计算机辅助教学相配套的试题库，评分标准及考核成绩分析系统.能力考核是考试改革的难点，它受许多因素的限制.在目前情况下，应将笔试与实验相结合，期末考试与平时成绩相结合，有条件时可结合口试或部分口试来考核学生成绩.

2 具体作法及效果

2.1 注意课程内容的先进性，电路分析课程经历了几十年的发展，内容较多，因此，必须结合国内外电路分析课程的最新研究成果确定课程内容，课程要传授先进的知识内容和方法.达到知识先进并学以实用.

2.2 将现代教育理论使用在电路分析教学中[3]，树立先进的教学理念，重视素质培养通过组织教师研讨、与学生对话、进行示范教学等活动提高教学效果.

2.3 研制电路分析课程的电子教案，使用多媒体教学；采用多种教学方法和手段，采用多媒体技术辅助讲解具有动态性质的知识点，使传统教学与多媒体教学有机结合.

2.4 建立网上课堂，树立以学生为中心的教学思想，加强教与学的信息交流，重视对学生主动学习习惯的培养，启发学生的探索精神.

2.5 加强理论教学与实践教学相结合.在电路分析理论课（必修课）开设的同时开设“电路实验”，促进知识的深化和培养学生的动手能力.增加创新实验和开放性实验项目，培养学生创新能力和实际解决问题的能力.

3 结束语

本方案改变传统的板书式教学使用多媒体教学，教学手段新颖.用设计性实验代替传统验证性实验，使学生能够亲自动手设计实验，从而更好的理解和掌握知识点.考核方式增加口试，可以加深学生对于知识点的掌握程度.从而提高了电路分析课程的教学质量和教学效果.

参考文献：

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【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2013）08C-0068-03

电子电路分析与应用无论是对于教师的教学来说，还是对于学生的研习来讲，都是难度较大的一门课程。基于工作过程的教学方式是学生在老师的引导之下，通过完成一个个工作任务而开展的教学实践活动方式，这种教学方式以工作任务为教学主线，教学主体则回归学生，教师在整个教学活动过程中仅仅起到主导的作用，依据工作任务需求、岗位与学生发展的需求、相应专业课程改革的需求选取教学的内容。基于工作过程来进行教学是一种可以有效提升学生综合素质和技能的新型教学方法，它的目标在于让学生可以把握其专业所需的基础知识技能，具备探索和分析实际问题的能力，为后面学习专业其他课程做好准备。

一、高职电子电路分析与应用课程的特点分析

高职院校教育的最终目的是培育与经济社会发展相适应的，掌握相关专业理论与实践操作技术知识，具备从事相关岗位的全方位的素质与综合就业技能，适应一线技术岗位的高级技术型人才。高职教育与一般大学本科教育，或者是大多数中等职业技术教育不同，大学本科教育更关注专业理论性知识，中等职业技术教育则更关注培养学生的操作技能。而高职教育中所教的专业理论知识要求没有本科教育要求高，仅要求掌握基础性的理论知识就可以，但对实践操作技能却比中职教育要求更高，高职教育不仅要避免流于本科化，同时还要防止被中职教育同化。针对电子电路分析与应用这门课程来说，由于它在理论方面比较抽象，在实际教学的时候需要去繁化简地进行理论教学，原则就在于满足学生工作岗位实际需要就可，同时还要重点加强与实践操作结合紧密的理论部分的讲解。教师需要关注学生掌握相关理论知识之后的实际应用技能的培养，淡化那些繁杂理论知识的推理教学，注重培养学生的实际动手技能。

二、基于工作过程的电子电路分析与应用教学设计

（一）设计思路

培养具有一线岗位（如电子产品开发、装配、检测、维护等工作岗位）职业技能的人才作为目标，结合实践操作的工作任务，并将某些具有代表性的电子商品作为教学载体，开展以工作过程为基础的体系化的课程教学设计。在学生学习策略中突出工作过程的实践操作方面，选择基于工作过程的教学方式，将教学与操作紧密联系在一起，使学生可以在教学过程中学习操作动手，在具体操作的过程中学习到知识，经过实践性的探究、设计、调试并尝试自己制作典型电子电路，确保他们可以熟练掌握相关知识技能，从而适应就业市场对于求职者的需求。

在进行课程教学设计的过程中，需要坚持下面五点原则：一是在确定电子电路分析与应用这门课程的教学目标的时候，需要以相关专业的最终培养方向作为其根据；二是经过解析该课程的教学目标之后，才可以得到确定的能力目标评估表；三是确定电子电路分析与应用这门课程的具体教学内容时，则需要根据岗位技能的实际需求；四是在进行教学活动设计的时候需要以典型电子产品为载体；五是依照电子生产行业的实际操作技术规范进行教学考核方案的制定。

（二）设计理念

教学内容制定、教学模式的选择、教学实施方案、教学评价标准的设计等方面是电子电路分析与应用这门课教学设计的关键所在。在进行实际操作的时候需要根据电子行业、电子相关企业的发展，并结合当地电子产业结构与电子相关就业市场的实际需要，结合电子电路分析与应用这门课程的特点与教学目标，从相关专业的具体规划设计、课程设计等步骤开始，全阶段都要加强与校外合作企业的联系，做好这些步骤才可以完成科学合理的电子电路分析与应用课程的教学设计。

（三）“工作过程”分析

基于工作过程的电子电路分析与应用教学方式的基础就在于“工作任务”，这种教学方式强调每个学生都可以参与进来，也就是在实际教学的过程中，让学生真切地参与工作任务设计、执行与管理，在完成一个个工作任务的时候完成实际教学内容。这种教学方式往往是采取小组合作的策略，教师与学生一起设计工作任务，学生一起又或者是分小组完成整个工作任务。

如前所述，电子电路分析与应用这门课程在理论与实际操作技能方面有较高的要求，是相关专业的关键课程之一。学生学习这门专业课程，在生活中有什么用途，怎样才可以将在这门课程所学到的知识运用在实际生活中，这是整个学习阶段需要解决的关键问题。那么在进行教学设计的时候怎么才能将这个关键体现出来呢，答案就在于突出高职院校学生的具体特点与高职院校教学的特色，加强培养高职学生实际操作能力。基于工作过程的电子电路分析与应用教学设计分为以下环节：

1.依据教学内容及学生学习的实际情况，提出科学、合理的“工作任务”。

2.资讯：首先由老师在课堂上进行必要的实验教学演示，让学生理解基础的理论知识，然后将班级分成几个小组进行工作任务的布置，小组的人数一般为3至5人较为合适，学生针对自身的工作任务研讨、搜寻相关资料。

3.计划、决策：在这个环节首先由学生设计出具体的工作计划，并将其设计理念与实施策略以书面的形式写出来，然后将方框图画出来，并将原理图也设计出来，选取合适的电子元件，如果有需要还可以进行仿真实验，在此时教师可以进行适度指导，并开展小组间的交流活动，最后将工作任务实施方案确定下来。

4.实施：学生自行确定小组中成员的分工情况与成员之间以什么样的方式进行合作，院校给予相关器材的支持，让学生可以正式开展工作任务的实施。

5.检查、评估：工作任务的评价工作可以结合自我评价、各个小组间相互评价与教师评价这三种方式，并且起主导作用的应该是学生自己，小组间互评只是作为一种辅助方式，而教师在整个评估环节中只是起到一种指导调控的作用。首先要求学生以多媒体等形式充分演示工作任务设计得到什么样的成果与在完成工作任务的过程中有什么样的学习心得，然后采用5个级别评分制度进行自评，其余小组依据其演示情况与工作任务完成成果，进行充分讨论，然后从成果、沟通表达能力、小组合作等方面给予评分，教师依据实际情况适时进行点评。

（四）基于工作过程的情境化教学设计

我院在实施基于工作过程的电子电路分析与应用这门课程的教学改革中，通过对本课程传统教学模式所构建内容的深入分析，结合了大多数电子企业典型电子产品设计、制作过程，本着学生“够用、能分析、会操作”的原则，将原有教学体系下的基本内容（半导体元件、基本放大电路、负反馈放大电路、集成运算放大器、振荡器、直流稳压电源、逻辑代数基础、基本门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生电路、模数转换及数模转换等）设计成了三个基本教学情境：OCL音频功率放大电路，直流稳压电源电路，限时抢答器电路。三个学习情境都各自有自己的典型工作任务和学习载体，通过完成这些工作任务，学生就可以掌握电子分析和制作所需要的基本知识和技能，并把它们有机地融合在一起。

例如在OCL音频功率放大器这个主教学情境中，设计了电子元件的认识及检测、前置放大器、音响音调控制电路、音频功率放大器的制作这四个既相对独立，又互相融合的环节作为子教学情境，让学生在完成这些“工作任务”中，能循序渐进地完成掌握基本操作技能的目标。在直流稳压电源电路环节中设计了整流滤波电路、直流稳压电源等子学习情境。而在限时抢答器环节中则设置了第一鉴别电路、数码显示电路、计时单元电路、报警电路四个子学习情境。三个主教学情境与十个子学习情境相辅相承，构成了“基于工作过程”的电子电路分析与应用的教学体系，如图1所示。

在具体教学实践过程中，教师需要特别注重对每个学习情境中知识与实践的有机结合，并以学生为主体，让学生通过独立资讯―互助讨论―独立分析来完成工作任务，保证学习过程的完整性和有效性。

下面以“音频功率放大器的制作”为例，说明基于工作过程的教学设计思路：

了解认知阶段（对应企业“电子产品组装与检测”工作中的识读电路原理和印刷电路板装配图工作过程）：教师下发项目任务书，并讲解任务性质。在这个阶段主要是学生在教师的辅导下，了解相关知识。

资讯阶段（对应产品生产流程安排）：教师进行任务演示，并指导学生制定工作计划。学生根据任务中的要求，在教师的引导和帮助下，收集、翻阅如元器件、放大电路特点与分析方法等方面的资料，并制定出完成制作、调试电路工作任务的具体步骤。

计划决策阶段（对应产品生产材料的采购）：在教师的审核指导下，学生按方案实施工作任务，对于一些关键环节进行分组讨论。例如需要什么样的电子仪器，如何绘制电路装配图，如何分析与调试电路，在制作中可能会出现什么问题，解决问题的方法等。

实施阶段（对应产品的装配、检测调试和性能分析阶段）：教师在这个阶段需要进行及时的技术指导，而学生则需要集中精力，进行电子元器件的检测、焊接、调试、电路性能分析、排除故障等工作，并做好每一步骤的记录，进行相关参数计算和分析。此阶段是整个学习过程的关键环节，也是学生最容易出问题和需要老师细心指导的环节，教师一定要认真把好这一关。

检查阶段（对应产品开发制作的总结阶段）：学生在教师指导下撰写制作、测试报告，教师验收学生的作品。

评价阶段（对应产品合格检查阶段）：学生互相检查、交流工作学习心得，各小组派代表发言；教师最后进行总结，主要是对学生工作中的关键点和容易出现的问题进行讲解和总评等。

实践证明，高职基于工作过程的课程教学改革符合高职院校的办学方向，给高职教育实施职业特色化教育带来了新的思路探讨方向。广西机电职业技术学院应用电子专业在进行骨干高职院校建设过程中，通过实施基于工作过程的教学改革，学生普遍反映能真正学到了有用的知识，同时对学习也更感兴趣。基于工作过程的课程教学设计，不是简单地改变教学模式，而是要在课程中大胆引入实际的工作环节，让学生接触实际，接触工作，有针对性地进行学习和训练。加强校企合作是这种教学改革得以持续发展和进一步深化的有力保证。

【参考文献】

[1]童乃诚.高职课程教学内容建设探讨[J].中国职业技术教育，2010（14）

[2]钟新跃.基于工作过程导向的课程改革实践[J].中国校外教育，2010（1）

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电力系统的耗能量很大，而且大部分的电能是在输配电线路中消耗，实现输配电线路的节能降耗对提高社会经济发展有着举足轻重的作用。由于电能消耗过快且电力系统的投资不及时，因此输配电线路在节能降耗方面仍存在着巨大的发展空间。实现输配电线路中电力的节能降耗不仅能够减少居民的用电支出，增大电力公司的经济效益，而且极大有利于国家能源的有效利用、环保以及资源的优化配置。

1.加强输配电系统中的节能技术

首先要降低线路的损耗，降低线路的消耗主要通过下面几种方式：一是减少导线的长度。在设计和实际施工中，输配电线路尽可能走直线，不走或少走回头路或弯路，实现线路的优化。如果导线较长，会引起电能消耗量的增加和费用的增大。此外，高层建筑中的配电室应尽可能接近电气竖井使主干线的长度减小。二是提高功率因数。在供配电系统中，如变阻器、电动机、灯具的镇流器以及很多家用电器等用电设备均为电感性负荷，这些设备会造成大量的无功电流，这种电流需流经高低压线路到达用电设备末端，因此在一定程度上大大又增加了线路的能源消耗。为此，相关人员将电容补偿柜安装在供配电系统中，达到了减少系统整体的滞后无功电流，提高功率因数的目的。当功率因数由0.6提高到0.8时，线路损耗可减少约35%。三是抑制谐波电流。谐波电流会引起供配电系统中电能损耗量的增加，对整体系统的线路以及相关的电力设备都会引起极大的危害。为了减小谐波的产生几率，本文建议在供电系统或电力设备中安置滤波器或采用节电装置。

2.电力输配系统中降损节能技术措施

2.1 电网规划优化

电网规划优化是指在规划电网的过程中，采用不断的调整规划方案的方式，从而达到线路中电力节能降耗的目的。电网规划除了对现有的电力系统进行自动化设计之外，还现场监测线路的损耗程度。由此可以看出，选择适当的电网规划方案，能够有效的降低输配电电路的电力消耗。

2.2 电力变压器节能

电力变压器节能是指在线路运行当中，合理使用变压器，达到节约电能的目的。由于在电网整体系统工作当中，变压器将消耗绝大部分的电能，如果可以对变压器进行合理的控制，降低其耗能程度，将会大大减少的线损量。根据当前国内降低变压器损耗的方式来说，主要包括使用新型的节能变压器、科学设计变压器的容量等。

2.3 选择适当的配电电压

在电网工作的过程中，增强管理配电电压的力度并合理控制配电电压，称为选择合适的配电电压。众所周知，电压的高低强弱对于线路中电能的损耗来说具有决定性的作用，因此选择适当的配电电压，能够有效地降低由于高压而引发的线路损耗，进一步实现了减少供配电网能源消耗的目的。

2.4 使用低损耗的新型变压器

在上述介绍中可以看出变压器消耗了整个电网系统中绝大部分的电能，因此，如果变压器自身的功率过低，将会对电网整体系统的工作效率产生严重影响，所以应对变压器的更换与维护产生高度重视。根据国内现状而言，一种非晶合金铁芯的新型变压器受到了广泛的关注。该变压器噪声小、耗能低，正逐步取代传统变压器在变电站中的使用。

3.对配电线路的选择

3.1 扩大导线的载流水平

根据原则，在满足要求的情况下，导线截面应选取为最小值;但从现实经济的角度考虑，采用最小截面的导线并不适合。如果将导线的最小截面增大，不仅可以从下降的线路损耗中节省出一笔费用，还可以利用这笔费用来弥补增加的投资。导线的使用期一般在十年以上，因此增大截面所带来的节能降耗将会创造出较为显著的经济效益。

3.2 选用架空绝缘导线

目前，国内外对输配电线路的节能降耗技术正在深入研究，架空绝缘导线在实际应用中也会取得进一步推广。架空绝缘导线优点诸多：

①线路供电的可靠性强。采用此架空绝缘导线的线路可以降低工作时的停电次数，提高线路的有效利用率;②线路杆塔结构简单。既节省了材料，又起到了美化环境的效果;③线路电能损失小，仅为普通裸导线线路的2/5;④导线腐蚀程度低，线路使用寿命长。

4.结束语

综上所述，本文分析了输配电线路中电力能源消耗的主要问题，并由此提出了解决这些问题以及实现电力节能降耗的方法与措施。随着当前社会经济的迅猛发展，百姓生活水平的不断提高，电能已成为居民正常生活中不可缺少的重要能源。然后电力的供应又出现了紧张的趋势，因此，节能降耗便成为当前局势下的首要任务。针对各地各部门的实际情况，采取适当的节能方案，才能更为有效的实现节能降耗。

参考文献

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中图分类号:TM247文献标识码：A

截至目前，河北南网投入运行的500kV超高压输电线路共计三千多公里，随着运维输电线路长度的不断增长以及外部环境的不断恶化，线路的安全运行保障的难度也在不断的增长，输电线路经常发生异物跳闸、导地线断股、外力破坏、基础冲刷等应急事件，线路在发生严重、危急缺陷时，怎样快速有效的进行应对，是关系到风险能否得到有效控制，电能能否快速回复正常运行的关键，所以班组级应急预案是各级应急预案的关键。

1班组应急预案起源

应急预案是针对可能发生的事故，为迅速、有序地开展应急行动而预先制定的行动方案。应急过程主要是应急预防和准备、应急响应、应急救援、应急恢复及改进等工作，对于生产一线人员，班组的应急预案重点应是熟练掌握本岗位应对突发事件的应急处置程序，增强防范意识，提高应急处置和自救互救能力。急预案内容要简单、好操作, 不要讲为什么这么做，直接说怎么做,预案一定要制定流程，响应步骤要清晰，预案的重点是响应和救援的实际操作步骤，简而言之，班组应急预案应具备可执行性、可操作性强的特点。

2班组应急预案创建过程

根据运行经验,以风险管理为基础，班组对易发生或可能预见到的、损失严重、影响恶劣的典型突发事件，展开事故预想,进行应急事故演习，总结工作流程、编制标准化应急作业指导书，最后应用到实际应急工作中，通过不断的修订和完善，制定本班组范围内的应急预案，建立了预案清单并对应急预案进行培训和演练，每次培训和演练都详细记录，对预案可操作性和完善程度有评价及相应的改进措施和跟踪记录。我们对输电线路15项运维过程中最易发生的紧急情况，制定了相应的《标准化应急处理流程图、程序卡》。（见表1）

表1 班组标准化应急处理流程图、程序卡

3班组《标准化应急处理流程图、作业卡》的优点

3.1流程化指导，使应急处理过程更明晰

应急预案的成功的关键是实用性和可操作性要强。它是一系列行为流程的描述。而文字对行为和动作的描述并不是强项，这一点我们在计算机软件说明等学习中都有所体会，如果没有图示，一个简单的行为都要很长一段文字才能说明。最初的班组应急预案也是以文字叙述的形式编制的，没有针对具体的应急处理作业进行编制，在现场可操作性差，不能有效的指导现场的应急抢修作业。《标准化应急处理流程图、作业卡》采用图、表形式，正是及于这种考虑一个改进，形式一目了然、填写简单。恰恰满足了现场的需要，规范了班组应急处理的执行。便于应急处理工作有序进行，避免发生遗漏，为应急处理作业提供了依据，为应急处理赢得了时间（见图1）。

图1标准化应急处理流程图

3.2标准化作业，使应急处理过程更安全

标准化作业指导书是针对常规作业的一种现场指导措施，它的重点是作业步骤和安全控制。而突发事件是非常规事件，应急处理强调的是紧急和快速，如何在第一时间对危急缺陷及重大隐患进行处理，规范优化流程、做好预案是一个非常有效的办法。结合输电专业以及近15年运维经验我们把典型应急事件进行总结，细化步骤，详细分工，把“标准化作业指导书”引进应急抢险作业中，标准化应急处理作业卡分为：接到通知、通知人员、备品备件、工器具、材料、车辆准备、办理开工手续、开工前准备、处理步骤、工作终结10个方面的内容，程序清晰，每项应急作业都有全面的危险点和安全措施，便于班组安全进行应急响应及救援工作（见图2）。

图2标准化应急处理作业卡

3.3系统化选择，使应急处理过程更科学

在15个典型《标准化应急处理流程图、作业卡》中对每个应急项目的10个流程内容都进行系统、全面的总结并细化，要求所有可能使用的备品备件、材料都要列出；所有常规作业方法均分别进行分解细化；所有作业中的危险点都要对应全面的安全措施。应急处理中工作负责人针对应急事件实际情况依照中心公司明确的处理方法有选择的进行：通知应急人员的人数？备品备件、工器具、材料型号及数量？所需车型和数量？办理哪种工作票或应急抢修单？到达现场勘察后有选择进行开工前准备，确定个是停电还是带电作业，带电时选择是采取等电位、地电位、中间电位中的那种带电方式？然后按选定方式的处理步骤进行操作直至工作终结，每个环节都有相应处理方法的可选择项目。把应急处理的各种方式进行系统的总结和提炼，有选择、灵活的指导应急抢修工作。

3.4实效化培训，使应急处理过程更合理

应急演练是实际检验应急预案的可操作性的最好办法，没有经过演练的应急预案是没有用的。演练的目的是提高各级管理人员的应急指挥能力；提高各级生产一线人员的应急处置能力。班组的应急预案更应注重实效，联系生产实际、检验应急能力，提高职工风险意识和电力设施保护意识。

4应急处理流程步骤

4.1当接到线路悬挂异物的通知时，如果是班员在巡线过程中发现线路异物，在第一时间通知班组负责人，并重点扼要的描述情况。班组负责人迅速则将情况通报中心，提出处理意见，等待中心的批准。如果班组负责人因为某种原因不能直接参与到应急预案的处理过程中，则由本人协调中心，最终指定一名班组负责人代为处理。

4.2如果是群众在线路旁发现有异物悬挂，那么将会按照装在铁塔上的警告牌上所流电话通知检修公司，并进一步通知中心。

4.3中心在接到班组负责人或者超高压调度的情况通知后，是否启动线路预案根据异物的种类和长度，须由有经验的人员判断。如需启动应急预案，应急领导工作组立刻批准。并将必要情况下达到班组负责人手中。并准备协助做好办理工作票的各种手续。

4.4当班组负责人接到应急预案启动的命令后，根据已经收到的讯息，立刻通知班组人员车辆迅速集合，通知仓库管理员准备领取工具，同时办理带电作业工作票。

4.5如果情况有变化，或者班组人员不能全部到达现场时，班组负责人报告中心，并迅速协调处理，保证人员车辆完备。

4.6中心紧急调拨人员，临时由应急领导小统一指挥。

4.7人员集合完毕，按照工具及材料清单领取所需物品。如果应急领导小组有指示，也可由其他人代领工具以缩短准备时间。

4.8到达现场，按照工作票所列步骤进行带电作业。

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关键词： 高速公路；挣值法；分析

Key words： expressway；earned value method；analysis

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0067-02

0 引言

随着交通领域高速公路机电工程建设的不断壮大和发展，高速公路机电工程也如雨后春笋般涌现出来，其特点表现为：①投资规模大、参建单位多、干扰较多，比较容易影响工程项目施工进度。②各工程子系统之间的相互交叉作业较多，相互关联性较明显。如：监控中心、收费系统及管理机构的形式、规模和布局直接决定着通信系统的传输需求，也决定着用电负荷及供配电系统的设计；监控系统、通信系统、收费系统及其他子系统的方案又影响到管理机构的布局；而管理机构的布局方案在某种意义上又是监控、通信系统方案确定的前提。

1 高速公路机电工程特点分析

在当今的高速公路工程施工中，由于机电工程各系统之间是相互影响与制约的关系，因此保证各工作之间的均衡性、连续性、持续性就显得尤为重要，而在高速公路机电工程施工过程中引入挣值法就恰到好处的解决了这些问题。我们在使用挣值法的时候，可以先进行费用、进度综合分析控制，遇到特殊情况的时候，可以针对费用和进度的原因进行分析，这样可以对发展趋势进行预测，以此掌握项目结束时的进度和费用具体情况；我们通过组织措施、技术措施、合同措施以及经济措施等方法确保施工进度计划，以此进行调整；然后实行纠偏措施，保证能够在保证质量的前提下完成工程的施工任务。

2 挣值法分析的原理

挣值法是通过分析项目目标实施与项目目标期望之间的差异，判断项目实施的费用、进度绩效的一种方法，又称偏差分析法。它的独特之处在于将费用和进度统一起来考虑，用预算和费用来衡量项目的进度，是项目费用/进度控制系统的重要组成部分。这种方法之所以叫挣值法是因为它使用到一个关键要素――挣值，也称为已完成工作预算费用。

2.1 挣值法的三个基本参数

①已完工作预算费用。已完成工作预算费用（Budgeted Cost for Work Performed，简称BCWP），是指在某一时刻已经完成的工作（或部分工作），以批准认可的预算为标准所需要的资金总额，又称“已完成投资额”。由于业主正是根据这个值为承包商完成的工作量支付相应的费用，也就是承包商获得（挣得）的金额，故称挣得值。当然，已完成工作必须经过验收，符合质量要求。

BCWP=已完成工作量×预算（计划）单价

②计划工作预算费用。计划工作预算费用（Budgeted Cost for Work Scheduled，简称BCWS），即根据进度计划，在某一时刻应当完成的工作（或部分工作），以预算为标准所需要的资金总额，又称“计划投资额”。这个值对衡量项目进度和项目费用都是一个标尺或基准。一般来说，除非合同有变更，BCWS在工作实施过程中应保持不变。如果合同变更影响了工作的进度和费用，经过批准认可，相应的BCWS基线也应作相应的更改。

BCWS=计划工作量×预算（计划）单价

③已完工作实际费用。已完工作实际费用（Actual Cost for Work Performed，简称ACWP），即到某一时刻为止，已完成的工作（或部分工作）所实际花费的总金额，又称“消耗投资额”。ACWP=已完成工作量×实际单价

2.2 挣值法的四个评价指标

①费用偏差CV（Cost Variance）。CV是指在某个检查点上BCWP与 ACWP之间的差异，即：CV=BCWP-ACWP

当CV为负值时，即表示项目运行超支，实际费用超出预算费用。当CV为正值时，表示项目运行节支，实际费用没有超出预算费用。

②进度偏差SV（Schedule Variance）。SV是指在某个检查点上BCWP与BCWS之间的差异，即：

SV=BCWP-BCWS

当SV为负值时，表示进度延误，即实际进度落后计划进度。当SV为正值时，表示进度提前，即实际进度快于计划进度。

③费用绩效指数CPI（Cost Performance index）。CPI是指BCWP与ACWP的比值，即：CPI= BCWP/ACWP

当CPI

当CPI>1时，表示节支，即实际费用低于预算费用。

④进度绩效指数SPI（Schedule Performance index）。SPI是指BCWP与BCWS的比值，即：SPI= BCWP/BCWS

当SPI1时，表示进度提前，即实际进度比计划进度快。

3 挣值法曲线图的分析（图1）

可能出现问题的原因分析：①宏观原因：出现问题较多，主要就是因为技术上的原因，计划也不够充分，物价涨幅大，工期拖延长，就导致工作量大幅增加。②微观原因：主要是因为返工情况严重，管理协调不合理，导致工作效率低下；③内部原因：沟通不佳，导致员工素质较差，增加成本，而且容易发生事故；④外部原因：因为上级单位、业主的干扰，国家相关产业政策的变动，其他风险因素等；⑤其他原因。

4 挣值法在高速公路机电工程施工过程中的应用举例

某高速公路机电工程计划工期为12个月，总预算费用为4000万。在项目实施过程中，第6个月时项目经理对项目的执行情况进行统计检查，数据表如表1所示。

第6个月末时，已完工程实际成本为2460万元，已完成产值为2170万元，计划完成产值为2490万元。

成本偏差=已完成产值-实际成本=2170-2460=-290万元，说明成本超支；

进度偏差=已完成产值-计划产值=2170-2490=-320万元，说明进度延误。

费用绩效指数=已完成产值/实际成本=2170/2460

进度绩效指数=已完成产值/计划产值=2170/2490

我们可以采取挣值法的应用对项目进行分析，得到的结论是：工程效率较低、进度慢、投入延后，属于需要重点纠偏的类型，因此应该增加高效人员投入，以解决效率低、进度慢的问题，在保证工程质量的前提下，能够按时完工。

5 结束语

挣值法在我国高速公路机电工程项目管理中的应用还不是很普遍，因此在项目管理中经常会出现费用和进度失控的情况。所以笔者认为建立一个适合高速公路机电工程项目的挣值法管理系统也就尤为重要，其可以在施工过程中对费用、进度随时进行检查，通过鱼刺图找出出现问题的原因，从而进行纠偏，以保证项目的顺利实施。

参考文献：

[1]建设工程项目管理[M].中国建筑工业出版社，2010.

[2]高速公路交通工程及沿线设施[M].人民交通出版社，1999.

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随着科学技术的不断进步，城市化的建设规模越来越大，对于资源的需求量也就越来越大，因此在我国各行业经济建设正常运行中，资源的消耗问题就显得尤为突出。怎样解决这种资源消耗量不断增加而可利用资源逐渐减少的问题，应用节能技术无疑是最有效的措施。根据实际情况可以看出燃煤锅炉所消耗的资源量无疑是最大的，因此在燃煤锅炉的设计阶段与使用阶段应用相应的节能技术，进而减少能源的消耗。同时围绕节能技术的应用开展详细的探讨分析，证实应用节能技术的有效性以及对资源可持续发展的重要意义。

1锅炉的节能指标

2锅炉设计阶段的节能技术与应用

2.1变频控制技术

在我国燃煤锅炉中的一次风机、引风机以及送风机都没有办法通过自动调控实现控制风量的大小，导致无论在什么样的运行条件下，上述设备的运行速度一直保持相对的稳定状态，这样就产生了燃料与电能严重的浪费现象。在燃煤锅炉的节能技术应用过程中，可以利用变频控制技术对其速度进行调控，在锅炉的风机配电系统中设置变频控制设备，采用并联的方法和锅炉风机配电运行系统进行有效的连接。在变频控制技术的作用下，锅炉中的一次风机以及引风机等相关设备都可以依照预先规定的频率开展运行工作，保证一次风机、引风机以及送风机等设备可以达到相应的运行指标。同时，通过并联燃煤锅炉的启动系统与变频控制系统，保持运行一致，以此来保障配电系统运行中切换功能的手动性。利用这样的方法可以保证燃煤锅炉在变频控制系统出现问题的条件下，可以通过现场工作人员进行手动切换，确保相关的系统可以正常运行作业。根据有关实践数据显示：利用变频控制技术进行的节能技术所产生的效果是理论节能的20%～45%之间，同时对燃煤量的控制比例大约在15%～35%之间，其具有显著地节能效果，一定要加以重视。

2.2超导技术

根据有关实践经验表明：在燃煤锅炉运行过程中，通过加快传热速度可以实现节能的目的。在超导技术应用中，燃煤锅炉的烟气流动的动态现象尤为显著，同时相应的热交换效果也尤为显著。其中最为关键的是：有关的工作人员还可以改造回水射流技术，将回水直接引入到下降管中，进而在一定的程度上实现提高冷壁管内循环水的流动速度。这两种技术措施的应用都可以发挥超导技术的优势，达到节能的效果。

2.3炉拱结构改进技术

通过对炉拱位置的研究发现：传统的炉拱结构设计是根据燃煤的种类予以划分的，往往有一部分锅炉在正常工作中会出现无法使用设计的燃煤种类，同时也无法做到完全燃烧等问题。这些问题的产生不仅降低了锅炉的热效率，还严重影响了锅炉的使用性能。对这些问题展开分析，有关工作人员根据燃煤锅炉实际需要的燃煤种类，对炉拱位置以及形状进行有效的改进，进而提高燃煤的燃烧效率，严格控制了燃煤量。实践数据表明：利用炉拱结构改进技术开展节能技术措施，其节能效果非常显著，节能比例大概在10%～15%之间，同时其投资回报的速度比较快，应加以重视。

3.1有效的控制燃煤量

根据有关的实践数据表明，燃煤量在锅炉使用阶段的运行成本中占据了很大的比例，因此加强对燃煤量的控制就显得尤为重要。考虑到燃煤的质量直接影响着燃煤的消耗量，因此在锅炉使用阶段中对燃煤的质量一定要加以控制，保证锅炉使用的燃煤质量相对稳定，同时一定要调节好燃煤与通风量之间的比例，达到最优化的配置方案，利用这种方法实现燃煤的完全燃烧。与此同时，为了有效的控制锅炉使用过程中燃煤量一直保持稳定的状态，还应当调节好锅炉运行过程中的相关管理以及维护工作，特别是水力调节工作，有效控制整个系统的补水量以及相应的运行经济性，进而提高燃煤锅炉利用能源的效率。

3.2有效的控制燃煤水分指标以及燃煤粒径指标

在燃煤锅炉燃烧的过程中，在一定的程度上燃煤的含水率直接影响着燃煤效果的高低。从这一方面考虑，一定要严格控制锅炉燃煤含有的水分指标。根据有关的实践研究表明：如果燃煤含有较多的水分，就会延长燃煤在锅炉内燃烧的干燥时间，使其燃烧过程比较缓慢，进而严重影响了锅炉的分层作业。与此同时，如果燃煤中含有的水分过低，使锅炉内的燃煤很快的燃烧完毕，产生的煤屑通过一次风机排出炉体进行下沉，导致锅炉运行过程中出现漏煤的现象，一样会产生燃煤损失的问题。通过上述分析发现：燃煤含水量的过高或者过低都不利于锅炉的节能工作。同时通过对燃煤粒径指标的考量也是控制燃煤水分的关键。通常情况下，燃煤水分含量应控制在8%～10%之间。为了确保锅炉可以进行节能工作，对于粒径较大的燃煤要降低其含水量，粒径较小的燃煤要提高其含水量。

4结束语

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对于高职学生而言，要学习的不仅仅是专业知识，动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次，也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中，电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题，因此，在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索，说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。

1、电子线路CAD技术与电子设计的关系

随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用，电路在设计方面也越来越复杂与集成化，因此，对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求，在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以，就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。

2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用

电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件，然后结合学过的专业知识进行设计，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面：

2.1 绘制电路图

在进行电子设计的过程中，要实现电路的功能最重要的就是编程，但是只有编程并不能完善整个设计，还需要有一个完善的电路来承载这个程序，让它实现它本该实现的功能。在电子设计中，我们一般运用的软件是PROTEL，绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库，能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度，并且绘制过程也更为方便。比如：我们在画好一个元器件后，觉得它应该放在其他的位置，则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。

2.2 计算机仿真

电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能，检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能，并且能够对一些数据进行仿真，可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言，在它的MULTISIM中有很多种仿真功能，这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候，我们首先要进行一个功能仿真，大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能，然后进行数据仿真，对该电路进行具体的分析，并改正错误的地方。在进行仿真过后，分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。

2.3 PCB板的设计

PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前，首先要将电路原理图导入，而导入的电路原理图必须是通过仿真的，而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后，设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线，设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线，然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。

2.4 三维视图

在将PCB板设计好之后，在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单，只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。

3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术

如上所述，掌握了电子线路CAD技术对于学生而言，可以更好地进行电子线路方面的设计工作。但在学习这一项技术的过程中，我们往往会发现学生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL软件为蓝本，介绍软件的功能、菜单等，辅以一些应用的例子。学生学习后多呈现一种临时性的记忆，即在课程中会用，考核结束后在不长的时间后就不再掌握的现象。

解决这一问题的方法以，通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是：

(1)先整体后具体：在学习CAD技术时，先期进行总体介绍，让学生有全局的认识，打消畏难的情绪；而后开始进入各项目的的学习实践。

(2)先低频后高频：总体而言学生进入学习后应从简而繁，低频的一些电子产品其电路较之高频的简单，学习应从其中入手。

(3)先规范后异型：突出异型电路板的设计制做，其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力，在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。

(4)先单层后多层，先分立后贴片。此处不再缀言。

最后一点是，对于各个CAD制作的电路，不应仅停留于电脑的设计，在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观，并更有成就感，随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然，这种做法也会使教学的成本大幅上扬，但从人才培养的角度看，这样的投入是值得的。

4、结语

在电子设计中运用电子线路CAD技术，不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时，让学生通过在自主地进行一些电子设计，并在的过程中运用该技术，适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。

参考文献

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引言

液压传感器是工业液压监测中最为常用的一种传感器，能将液体压力信号转换为直流4～20mA或直流0～10V电信号输出，在工业自动控制中通常配合专用模拟量输入模块应用于可编程序控制系统（PLC）。然而模拟量信号在传输过程中容易受到数字量信号、交流输入信号、外部强干扰源等的干扰，模拟量受干扰已经成为了自动控制系统的一个难题。基于此笔者提出了一种基于LM331集成电路的液压监测系统，将液压传感器输出电压信号转换为高速脉冲的数字量信号输出到PLC，既能够实现液压的实时检测，同时有效地解决模拟量抗干扰问题。

1 LM331集成电路简介

LM331是美国NS公司生产的性价比较高的集成芯片，是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器。当作为压/频转换器使用时，LM331输出脉冲链的频率精确度与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，可轻松应用于所有的标准压/频转换场合。LM331为双列直插式8引脚的芯片，结构框图如图1所示。

LM331各引脚功能如下：管脚1是脉冲电流输出端，内部相当于脉冲恒流源；管脚2是用于调节输出端脉冲电流幅度；管脚3是脉冲电压输出端OC门结构，输出脉冲宽度Tw；管脚7是提供给比较器的基准电压；管脚8是工作电压范围为4～40V的电源Vcc。LM331集成电路线性度好、外接电路简单、非线性失真小、变换精度高，数字分辨率可达12位，并且容易保证转换精度。

2 液压监测系统架构

为了提高模拟量的抗干扰能力和节约成本，本液压监测系统使用基于LM331的V/F变换电路作为模拟量采集电路。液压传感器将接受到的压力信号转换为0～10V的直流电压信号，直流电压信号再通过V/F变换电路变换为脉冲信号，PLC接受到脉冲信号后，经过运算处理可采集到液压的实时数据，系统架构框图如图2所示，考虑到所选用的PLC有6组高速计数器，系统最大可同时采集6组液压数据，每一组数据都是脉冲信号，可以远距离传输而不受干扰。

3 液压监测系统硬件设计

液压监测系统需使用电压/频率转换器进行采样，为了节约成本，在不牺牲采样精度的条件下，本系统使用了V/F转换器LM331集成电路芯片组成的A/D转换电路.V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，经过PLC处理，把频率信号转换为数字信号，可以完成A/D转换。它具有接线简单，价格低廉，转换精度高、使用方便等特点。

3.1 模拟量采集电路设计

系统模拟量采集电路设计为压频转换电路，如图3所示，LM331采用单电源供电，电源电压Vcc为15V，模拟信号Vin的输入范围为0V～10V，模拟信号Vin通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号fout=（VIN/20.9V）×（RS/RL）×1/RtCt，fout端输出的频率信号送到PLC的计数端口，PLC对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。

在电源与第7脚之间连接有电阻RIN为100k？赘，因此第7脚的偏置电流将抵消第6脚失调电流所起的作用，用于减少频率偏移。连接在第2脚的电阻RS由12k？赘的固定电阻和5k？赘电位器组成，用于调整LM331的增益偏差及Rt、RL和Ct的偏差。电容CIN作为VIN的滤波器取值为0.1uF，连接在第7脚和地之间，输出比较器较高的线性度取决于电路中47k？赘的电阻和1uF的电容CL产生的

差效果。电路所有的元器件都选用温度系数低，参数稳定的元器件，如金属膜电阻和陶瓷NPO电容等，能使模拟信号采集得到最佳效果。

3.2 PLC信号采集电路设计

本系统选择的PLC是西门子S7-200系列PLC中的典型产品CPU226，其集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至256路数字量I/O点或64路模拟量I/O点。24K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

液压传感器模拟量信号通过V/F变换电路处理后输出脉冲信号是数字量，本系统设计利用西门子CPU226高速计数器的输入点I0.0～I0.5直接采集V/F变换电路的输出脉冲信号，进而用CPU226程序对信号进行处理，信号采集电路如图4所示，能较好地解决模拟量在电磁环境下易受干扰的问题。

4 系统程序设计

本系统选用的可编程序控制器CPU226有HSC0-HSC5共6个高速计数器，本系统设计将V/F变换电路的输出脉冲信号送入高速计数器HSC1的输入端，用于累计脉冲数，，控制高速计数器累计脉冲的时间通过设置定时中断的间隔时间来实现，根据累计脉冲数与预置的间隔时间，计算出被测模拟量值。

以液位测量为例子，首先把液位设定在100mm，读取每100MS的脉冲数H1，再把液位设定在200mm，读取每100MS的脉冲数H2，通过公式计算可以求得每mm对应的脉冲数X=主程序在第一个扫描周期调用初始化子程序SBR0，仅在第一个扫描周期标志位SM01=1。由子程序SBR0实现初始化。

要使高速计数器能正常工作，设置正确的参数是关键。首先要激活HSC1，设置正方向计数，可更新预置值（PV），可更新当前值（CV），把高速计数器HSC1的控制字节MB47置为16进制数FC。采集信号的高速计数器不需复位或启邮淙耄也没有外部的方向选择，因此用定义指令HDEF设置成工作模式0。然后将定时中断0间隔时间SMB34置为100ms，中断程序0分配给定时中断0，并允许中断，当前值SMD48复位为0，预置值SMD52置为FFFF（16进制）。最后用指令HSC1启动高速计数器，每100ms调用一次中断程序0，读出高速计数器的数值后，将其置零，通过HSC1计数值及变换关系来求被测的液位值。

5 结束语

基于LM331集成电路的液压监测系统运用LM331实现A/D转换，具有电路简单、测量精度高、抗干扰性强，运行可靠并且转换位数可调的特点，能够实现对液压进行实时检测，可以节省大量的成本， 因此在液压监测中具有广泛的应用前景。当然， 基于LM331集成电路的液压监测系统只是液压监测系统的一种， 使用者可以根据现场环境、精度的要求和成本的控制来选择合适的液压监测系统。

参考文献

[1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2014.

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1ESD保护电路

随着超大规模集成电路工艺技术的不断提高，集成电路的静电放电（Elect rostaticDischarge，ESD）保护电路的设计越来越受到了电路设计者的重视。ESD保护电路是为芯片电路提供静电电流的放电路径，以避免静电将内部电路击穿。由于静电一般来自外界，例如人体、机器，因此ESD保护电路通常在芯片的压焊盘（PAD）的周围。输出压焊盘一般与驱动电路相连，即与大尺寸的PMOS和NMOS管的漏极相连，因此这类器件本身可以用于ESD保护放电，一般情况下为了保险，输出端也加ESD保护电路；而输入压焊盘一般连接到MOS管的栅极上，因此在芯片的输入端，必须加ESD保护电路。 另外，在芯片的电源（Udd）和地（Uss）端口上也要加ESD保护电路，以保证ESD电流可以从Udd安全地释放到Uss。对于高压工艺上电路的ESD保护主要有下面两个难题需要解决：一是高压晶体管器件的均匀导通性，二是电源钳位模块的闩缩效应。

2实现高压器件或芯片的静电放电保护分析

在显示器驱动芯片，电源管理芯片以及汽车电子等应用中，芯片的工作电压通常比较高，达到20V-40V甚至更高。这些芯片的设计需要选取击穿电压比较高的高压晶体管。实现对这些高压器件或芯片的静电放电保护将遇到下面的难题。

实现高压工艺应用中静电保护的一个难题是高压晶体管器件的均匀导通性。通常在低压工艺中，栅极接地类型NMOS器件（ggNMOS）结构被广泛用来保护内部核心线路。而多指条（multi-finger）并联的ggNMOS结构可以用来倍增其静电保护能力级别，从而实现预期ESD保护指标。对于高压晶体管，其一次击穿电压远大于二次击穿电压（vt2

实现高压工艺应用中静电保护的另一个难题就是如何避免电源钳位电路中闩锁效应的发生。高压NMOS器件通常都有较高的触发电压和较低的钳位电压。基于高压工艺的集成电路通常工作在20V甚至40V或更高的工作电压中，如果应用于VDD和GND之间的电路钳位电压比电路工作电压要小的时候。外部噪声出现在电路的端口上，将电源和地之间的钳位模块误触发，并形成一个低电阻通路。当钳位电压小于电路工作电压的时候，电源和地之间的低阻导通状态将一直保持住，从而形成闩缩效应，最终将导致该部分电路被烧毁。

3一种应用于高压工艺集成电路中电源钳位的器件结构设计

图1是有二极管Dp，Dn以及电源钳位模块组成的全芯片保护结构图。为了避免因外接噪声导致的电源钳位模块闩缩效应的发生，通常需要设计的钳位模块钳位电压值高于电路正常工作电压。另外就是要避免选用高压晶体管器件，因为高压晶体管器件的非均匀导通问题限制了其ESD保护能力的提升。

利用级联多个SCR器件级联的结构来实现较高的钳位电压值。通常单个SCR器件的钳位电压值非常小，在1V到2V范围之间，对于这样普通的SCR结构，即使多个级联在一起，整体结构的钳位电压将还是很小。本设计中，用一种高钳位电压值的SCR器件结构将会被选取作为级联的基本单元。

图2是一个常见的双阱工艺的SCR器件结构。其在N-Well和P-Well交界的地方，P+型掺杂将别注入，形成一个桥状区域连接N-Well和P-Well。该结构将改变传统SCR结构的正向击穿电压，从N-Well/P-Well结击穿电压值（18V-20V）降低到N-Well/P+结击穿电压 （8V-12V）。采取这种低触发电压的SCR结构，便于后面的多个SCR级联结构设计。该类型SCR器件的钳位电压值可以通过调节D3和D4的尺寸，来实现高钳位电压。选取合适的D3和D4值，可以使得SCR的钳位电压逐渐接近触发电压，达到8V到12V范围。

图3分别给出了不同个数SCR器件级联结构示意图。以两级SCR器件级联结构为例，将第一级的负极(Cathode)和第二级的正极(Anode)通过金属连接在一起，保留第一级SCR器件的Anode作为级联结构的Anode，保留第二级SCR器件的Cathode作为级联结构的Cathode。

图4是不同级联级数SCR器件的TLP测试特性。随着级联级数的倍增，级联器件的触发电压值以及钳位电压值也跟着倍增。选取合适的SCR级联个数，可以实现无闩缩效应的电源钳位模块设计。比如选取四级SCR级联，其钳位电压将达到45V，可以应用在电源工作电压为40V的高压应用中的ESD保护。

4结语

本文提出的一种新型SCR结构用来提升单个SCR器件结构的钳位电压。该结构将传统SCR器件寄生BJT的发射极（寄生PNP的P+发射级和寄生NPN的N+发射级）在器件的纵向替换成P+和N+掺杂交替的方式。新型SCR器件的钳位电压将得到很大提升，选取合适的P+和N+掺杂面积比例，可以调整钳位电压的大小，使得钳位电压值高于电路正常工作电压范围，从而有效避免闩缩效应的发生。该发明在实际应用中，需要选取合适的参数：正极到负极之间的距离，N+和P+掺杂的面积比例。

相对于级联FOD，MOSFET的结构而言，选取级联SCR器件的最大优点是，其单位面积静电防护能力非常高，可以使得设计面积得到优化。上面单个SCR器件的宽度为50um，其不同级数级联SCR的二次击穿电流都接近2A，人体模式（HBM）静电保护能力将会接近3KV（2A*1500ohm）。从而达到优化芯片面积的目的。

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【中图分类号】G　【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）09C-0045-02

电子线路设计与应用是自动化类专业必修的行业通用能力模块，是自动化类专业的基础核心课程，参照高、中级维修电工的国家职业技能标准（电子部分），以工作任务为引领、职业技能为导向构建以工程项目模块的课程体系，以项目为中心，培养学生的综合技能。本文以“简单数字抢答器的设计与制作”为例，探讨高职电子线路设计与应用课程项目驱动式教学设计。

一、教学能力目标及学习模式设计

（一）教学能力目标设计

1　专业能力目标。具体如下：（1）能借助常用仪器仪表判断集成芯片的好坏；（2）能对电子线路性能进行测试与分析，熟练使用常见的电子仪器仪表；（3）能根据电路图对电路进行安装、调试、维修；（4）能按照最优化设计理念对电路功能进行改进与改造；（5）会对电子产品加工进行组织安排、管理等。

2　方法能力目标。具体如下：（1）会识别和测试常用TIL、CMOS集成电路产品；（2）能进行相应资料信息的查询、收集与整理；（3）能应用AutoCAD完成简单数字抢答器的原理图、接线图设计，用面包板完成项目实际制作；（4）能分析和排除项目中的简单故障等。

3　社会能力目标。具体如下：（1）能够做到安全生产、规范操作，节约用电；（2）具有良好的职业素养与职业道德；（3）具有质量、效益、成本意识；（4）能够正确表达和展示工作成果，有良好的沟通能力等。

（二）学习模式设计

电子线路设计与应用课程的教学对象是电气自动化类专业一年级学生，学生的主要情况为：具有一定的电工操作技能，获得了维修电工初级上岗证，但是自学能力不足；具有一定的认知能力与学习主动性，但专业知识综合应用能力不足；学生之间的水平参差不齐，软件应用能力不足。根据以上学生情况分析，本项目以2人为一组，实行“先进带后进”的学习模式，让学习先进的学生与学习后进的学生组成一组，相互学习，共同进步，激发学生学习的积极性。

二、教学过程设计与实施

（一）确认项目任务

“简单数字抢答器”项目是电子线路设计与应用课程的第一个项目，应激发学生的学习兴趣，为该门课程的学习打下良好基础。该项目既包含理论知识，又有一定的实践操作可行性，能起到承上启下的作用，使学生转换思维，运用新的知识、技能解决实际问题。可将“简单数字抢答器”项目分为五个子任务：逻辑代数的认知；逻辑门电路正确使用；不同类型集成门电路的接口；常用集成门电路的逻辑功能识别与检测；会使用常用集成门芯片、按钮、指示灯以及合适的连接线制作简单数字抢答器电路，能应用AutoCAD画出电路的原理图、接线图，能安装、调试、维修电路等。

（二）制定项目教学计划

要制定合理的教学计划，需要根据不同专业和学生的实际情况而定。对于电气自动化技术类专业的学生来说，他们已经完成应用数学、电路、模拟电子技术、Au-toCAD绘图及应用等课程的学习，能够正确使用工具、仪表，会进行电路的布线与操作，具备一定的分析问题、解决问题的能力。“简单数字抢答器”项目教学计划大致可分为：各项目小组制订项目计划，所有小组共同论证项目计划的可行性以及需要改进的地方；对设计的“简单数字抢答器”原理图进行分析，明确元器件连接和电路连线；应用AutoCAD画出布线图；制作电路的元器件清单以及调查所需元器件的市场价格，购买所需元器件，并完成元器件的检测工作；根据布线图制作“简单数字抢答器”电路；完成“简单数字抢答器”电路整体功能检测和简单故障排除；完成项目报告及心得体会。

（三）项目教学实施

项目教学实施本着“人人参与、人人实践”的原则，是一个理论与实践紧密结合的过程，它既注重项目设计与制作的过程，又注重项目完成的成果，鼓励学生发挥聪明才智，设计出功能更加完善的项目电路图，注重创新思维的培养，同时锻炼学生的动手能力，充分调动学生的主观能动性，使学生乐于学习、乐于探索。“简单数字抢答器”项目教学的实施方案如下：

测试常用集成门芯片的逻辑功能，如测试芯片74LS08，74LS32，74LS04（CD40106）、4LS00（CD4011）的逻辑功能；通过亲自布线，掌握常用集成门芯片对信号的控制作用；了解常用74系列门电路的管脚排列；正确使用面包板，正确安装元器件与集成芯片，布线合理，符合工艺要求，具有成本意识与安全意识；画出简单数字抢答器的电路原理图以及布线线图；实际安装制作简单数字抢答器电路；检测、调试、维修简单数字抢答器电路；验收简单数字抢答器电路，并完成项目报告。

三、学习评价设计

项目考核均采用“三位一体”评价模式，即学生自我评价、班组评价、教师（师傅）评价。理论与实践一体化的综合评价模式中，学生不仅会自行设计与制作简单数字抢答器电路，而且能提出该电路的设计与制作缺陷，能对该电路进行一定的电路改造，能自由表达自己的观点，重点培养学生的表达能力与自信心。

（一）期末总评设计

期末总评采用“235”考核方式，即平时成绩20％+期末理论综合考核30％+项目能力考核50％。

（二）项目能力考核评价设计

项目能力考核评价设计详见表1。

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相比传统的成长记录袋，电子记录袋以数字化方式呈现多元的资料，资料的类型可以是文字、声音、图片，也可以是视频。这些资料可以清晰全面地记录学生成长的历程，反映学生真实的进步，展示学生的学习过程。

并且电子成长记录袋的存储容量较大，易于保存、查阅、携带和管理，易于操作、交流、展示，无论是学生、教师、家长还是同伴，只要通过简单培训后就能娴熟使用，学生在家里通过网络就可以管理自己的成长记录袋，教师、家长还有同伴都能随时随地通过因特网访问某一学生的成长记录，观察学生成长的点滴发展轨迹，实现了真正意义上的家校互联。不仅能有效地培养学生形成反思习惯、创新精神和实践能力，而且使学生的评价主体与评价客体的双重身份得以充分体现，也是对新课标要培养学生全面发展目标的响应。

应用电子成长记录袋进行教学评价，首先，确保学生自己拥有他们的记录袋。为了确实使用成长记录袋反映出学生作品的发展历程，也为了培养学生自我评价的能力，必须确保记录袋是他们所有作品的集合，而不仅仅是教师最终评分的作品的临时容器。学生在不同程度上参与评价、自主收集作品样本、参与学习目标的确定，激发学生主动利用信息技术学习、交流与评价。

第二，选择评价电子成长记录袋作品样本的标准。由于不同学生成长记录袋中的作品各不相同，所以，制定评价标准并非一件容易的事，标准要尽量具有相互独立性，否则学生会很难评价他们的努力和进步了。

第三，召开电子成长记录袋会谈。会谈可能需要很多时间，而且电子成长记录袋还需要计算机环境的支持。定期举行成长记录袋座谈，让学生自己评价自己的作品，也可以学生之间互评，提高学生自我评价的能力，增加学习的机会。

第四，调动家长参与电子成长记录袋的评价过程。教师要确保学生家长在学年初理解电子成长记录袋评价过程的性质是什么，这也是教师新学年的一项班级教育计划。在这个计划内最实用的是鼓励学生家长定期回顾他们孩子的作品样本和孩子对自己作品的自我评价。家长越是积极地回顾学生的作品样本，就越给孩子传递一种成长记录袋确实值得做的信息。

可能还有一种情况，即参与电子成长记录袋评价过程的多数学生或许根本就不理解它的教育意义，这种情况通常发生在那些需要教师评价的低年级学生身上。任何一种教育评价都应该做相应的调整，以适合本评估的学生。因此，针对这种情况，聪明的教师可以用展示型的成长记录袋向学生和家长展示学生的成就。以备学生以后的成长记录作参考，也是学生成长历程的见证。

二、使用电子成长记录袋评价的关键问题

对使用电子成长记录袋评价的教师新手来说，一个关键性的选择就是确定把什么样的作品样本放入档案袋。在确定档案袋的内容时，并不是越多越好。教师不能为了丰富多样性而收集各种各样的作品样本，重要的是，收集的作品样本能为教师提供有效的参考信息，以便教师确定学生是否掌握了教师所传授的知识或能力。与其收集那些大量的但不能反映学生知识与能力掌握情况的作品样本，还不如收集那些具有参考价值的少数几种类型的作品样本。

那么如何确定每个学生电子成长记录袋的质量呢?是否有一个可参考的评分标准呢甲这里教你一种比较简便直接的方法用来评价你在教学中使用的电子成长记录袋。非常简单，你只要问学生的记录袋是否已经充分地吸纳了那些你认为学生应该掌握的知识和技能。如果回答是肯定的，那就是一个好的评价；如果是否定的，那就需要教师和学生共同努力修改电子成长记录袋；如果回答不确定，那就需要认真地思考整个问题了。有质量的评价可以为制定出好的教学决策提供有价值的参考意见。如果记录袋评价不能很清晰地提供参考意见，那你就需要适当地调整你的评价方案。转贴于