模拟电子技术故障模拟实验箱开发的创新实验

作者/傅巍，湖南安全技术职业学院

模拟电子技术故障模拟实验箱开发的创新实验

作者/傅巍，湖南安全技术职业学院

本文对模拟电路的可靠性以及电子系统的安全性和稳定之间的联系进行论述。借助实验创新平台，对电子技术故障进行模拟实验，采用电路板插播的方式，将电源信号的自动接入、故障类型加以论证，达到了电子技术教学的模拟效果以及科学研究的使用效果。

模拟电子技术；故障模拟；创新实验

计算机和通信自动化在电子电路硬件系统的建设上发挥着重要的作用，与当前的生活和生产关系密切。从现代电子工程的发展来看，电路系统的复杂故障技术的解决已经有了很多更好的策略。但是如果电子电路的故障不能从根本上加以解决，系统就不能正常工作。因此除了对电路进行设计和分析之外，做好诊断并且提出根本性的解决措施，也是在教学和实践上需要加以深入研讨的，最终的目的就是通过对电路系统的的改进，生产工艺和设计的提高，最终保证电路系统的质量和性能得到整体的提升。

1. 模拟电路故障模拟实验箱的要求

1.1 电子电路的系统

电子电路的系统由模拟和数字的电路进行共同的组成，在电路系统中，采用电路模拟的方法，出现故障的概率较大，因此，整体可靠性不够高。因此进行故障率的降低时非常主要的工作。在长期的电子电路系统的研究和实践中，采用模拟电路和数字电路共同组成的综合系统的方式，对组成单元，电路放大、模拟电子电路起到的作用是至关重要的，深入的研究电子技术故障等进行深入研究十分有必要[1]。

1.2 以北京大学进行模拟电路故障模拟实验箱的实验为例

大学一直将兴趣驱动和自主学习作为教学原则，在学生的实践能力和团队精神以及创新意识上进行培养，将学生的创造性和主动性加以调动，采用科研和解决问题结合的方法，进行学生的创新性的实验和计划。同时创办了创新性实验性计划和题目，依托指导教师的科研课题，开展模拟电路故障和技术诊断的研究。帮助学生掌握机械制作、系统焊接以及调试、PCB等。整体实验的资源包括了PCB设计软件、信号源、直流电源、钻孔机等。

2. 模拟电路故障模拟以及实验箱的制作模拟的方式

2.1 选用中小型实验箱

采用模拟电路故障模拟以及实验箱的制作模拟的方式，对电路故障模拟实验箱的外壳拆除，然后自己进行改装，需要钻孔、喷涂文字标识、安装其他部件等。实验箱附带几块方便插拔的常见模拟电路板，实验板可以是模拟电路教学或研究中经常使用的常见模拟电路[2]。

2.2 实验箱内部

直流电源将 220V 交流电变为±12V等直流电，在四个角预留可以插入模拟电路板的插槽，如果某模拟电路板需要使用正弦波或方波等波形作为输入信号，可以通过实验箱的固定插槽和电路板的固定脚，也可以根据需要在模拟电路板上设计电源开关；如果模拟电路比较特殊，可通过开关控制是否供电或输入信号，自动实现直流电源的功率和稳定性达到模拟电路板的使用要求，实验箱可以根据需求进行电路板的供电连接或信号输入，从而实现模拟电路板的灵活插拔。当模拟电路板插入实验箱后，如果实验箱部分固定孔已经与直流电源连接，则经过精心设计后，模拟电路故障模拟实验箱制作波形发生器，需要实验箱的固定插孔和电路板的固定脚的模拟才能发挥更多的作用。模拟电路故障模拟实验箱实物如图 1 所示。

图1 模拟电路图

3. 仿真实验

仿真实验对三种典型核函数（多项式核、径向基核、Sigmoid 核）进行了实际的类型和参数的选择，这是目前模拟故障分类中一种简单、有效的参加测试的方法，仿真实验中 SVC 分类器包括：基于极值分析 1—v—r（极值）和符号分析 1—v—r（符号），基于核空间距离分析的混合 SVC简写为 KP+1—v—r；基于符号分析和核空间距离分析的 one—against—rest ，SVC 多分类器的 one—against—rest SVC，SVC这种方法 简写为 1—v—r（符号）+KP；基于近邻和符号分析的 one—against—rest SVC，简写为 KNN+1—v—r；one—against—one SVC 简写为 1—v—1，对输入样本各种 SVC进行归一化操作以及性能分析（方差为 1，样本均值为 0），取1 次多项式时分类器的性能，达到一定的故障覆盖率（此处主要取决于诊断的精度），通过比较实验结果性能，采用标准支持向量机进行训练和分类，可以确保得到一个泛化性能较好的分类器，选择的惩罚因子 C=100 时，通过实验选择二元 SVC 的核函数，可以得到较好的实验结果。表1是几种 SVC 对Sallen—Key滤波器的比较结果。

表1 几种SVC对Sallen-Key滤波器的测试结果

上表进行执行的时候， 需要预先决定可调参数，另外测试条件：软件平台：Matlab 2GB ，RAM7.0PIV ，双核2.8GHz，）。

4. 结语

在项目实践过程中，参与实验的成员逐渐学会了解决、思考问题的方法，最终完成了模拟电路故障模拟实验箱的制作设计要求，经过实践证明模拟系统具有较强的工程性和实用性，另外，实验箱实物外观精美，内部构造完整，创新实验达到了模拟电子实验教学技术与理论教学要求，同时达到了大学生创新性实验计划项目的实施效果，提高了学生学习的动手能力和积极性，激发了学生的创新意识和思维，得到了发明创造与科学研究的基本技能的训练。

＊ [1] 黄亮,侯建军,马庆龙等.模拟电子技术故障模拟实验箱开发的创新实验[J].高教学刊,2016,(1):175—176,178.

＊ [2] 韦忠善,王力虎,明鑫等.基于仿真技术的模拟电子技术课程考试系统[J].实验技术与管理,2016,33(3):127—129,133.