自动化技术在电路分析中的应用

李靖

（湖南水利水电职业技术学院 湖南省长沙市 410100）

电路是指由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，电路的分析主要目的是测试功能与进行故障诊断。一般分析与测试中首先要了解电路原理图，然后根据原理图与电路板，了解电路中每个元器件的方法、功能，然后再进行电路板分析。在分析过程中可以将电路板划分为多个模块，分别进行测试，以此提升测试质量与效率。在自动化技术应用到电路分析中，有效避免传统电路测试的不足，提高自动化程度与测试精确度。

1 电路分析的目标

首先，分析电路的目的，通过该方法实践分析能力，并对探索研究分析的能力进行提高。

（1）对基本的测量方法进行学习和掌握。主要包含测量电流电压、测量伏安特性、测量阻抗、测量电路频率特性等。

（2）对分析技能进行初步掌握，包含对仪器进行正确的选择，对分析程序进行合理地制定，对分析中的现象进行正确的观察和判断，读数精确，处理分析数据和分析误差，并对分析报告进行详细地编写等。电能表等常用电气分析仪器，学会使用示波器、信号发生器、交流毫伏表、稳压器等电子设备。

（3）掌握电路图，学会正确布线连接和分析电路，能够分析和消除分析故障的现象，分析结果。

（4）掌握一些电路的设计，通过分析手段，对一些定理和结论进行验证。

（5）要求学会仿真分析，并且根据要求进行分析。

（6）分析预演（包括制作仿真结果）、课后分析、分析报告 （主要包括对实际数据进行分析、对比仿真分析）三个阶段。

2 电路分析的方法

2.1 采用多媒体分析方法

多媒体分析方法可以在电路分析课程中应用，值得对此进行研究。作为具有很强理论性的一门课程，电路分析中应用该方法，会导致与老师的思维不同步，因此，现在的分析方法仍然主要是手工。但电路分析实验课，没有该顾虑，可以采用多媒体分析方法。

（1）在电路分析实验课程中，理论公式推导不会大量出现。进行实验之前，学生对与实验有关联的理论知识已经进行了系统的学习，对于实验原理的介绍，尤其是对实验的原理的验证，通常都是一个复习所学知识的过程。

（2）多媒体分析方法的优点很多，可以提供较大的信息量、生动的图像、图文并举，使得实验人员的接受程度很高，且容易掌握。因此该方法，契合了了实验的基本要求——直观。

2.2 分析方法采用软硬件结合的方式

电路分析以及实验分析的传统方法通常采用的是利用实验室设备来搭建电子电路，之后测量并验证该电路。每个人掌握理论知识的程度不同，动手分析的能力也不同，因此会有很多问题出现，甚至还存在损坏实验设备的风险。软硬件相结合的方式，是解决该问题的良方。有的实验难度较大，仿真调试就成为一件利器，利用仿真软件对电路参数进行设置，然后对其进行物理验证。仿真分析可以让学生在实操之前，全面了解实验过程和内容，避免误操作，降低风险。另外，电子仿真软件可以动态观测电路效果，提高实验过程的直观性。现在应用广泛的仿真软件有EWB、MulitiSim等，其中拥有强大的电子元器件库，并且含有各种虚拟仪器，便利性强。由于不受时间空间限制，仿真分析可以随时反复进行。

2.3 对设计性实验占比进行加大

电路分析的实验分析方法有以下三种：

（1）利用基本概念和定律；

（2）验证常见规律及相关电路；

（3）设计性实验。

第一、二种是简单直观的实验分析方法，具有明确的目的，而第三种通常是在电路分析的整个课程学习之后进行，其目的是总结整个课程。分析给定的题目，或者自行设计题目，完成对数据的获取，对实验步骤的设计，进行实验，并且完成对实验报告的编写。

3 自动化技术在电路分析与测试中的应用优势与特点

传统电路分析与测试中，主要是针对单一的或者固定的电路进行分析。在应用过程中不仅自动化水平低，影响测试质量与效率；而且通用性较差，难以满足现代工业发展需要。例如传统测试操作非常复杂，测试结果很容易受到人主观因素的营销，所以电路分析效率与测试精确度难以控制。又如，传统测试仪器在工作中往往只能针对某一电路板，在检测新电路时即需要更换测试仪器。因此，传统电路分析与测试技术已经难以满足电路分析与测试需求，自动检测技术则能够很好解决这一问题，良好的通用性与自动化，极大提升电路分析与检测质量。

首先自动化检测系统通用性强，能够应用到多种类型的电路与电路板检测之中。而且一套系统能够应用多个类型，不用频繁更换检测仪器。其次自动化程度高，在一定程度上提升检测精确度与质量。例如自动化技术在对电路进行检测时，完全是自动进行，检测过程也由计算机全面控制，不需要人员手工操作，减少人工操作不利因素的影响。第三是操作方便，相对于传统检测技术，自动化技术直接在软件界面进行，而取消人工机械检测，操作更加便捷。有鉴于这些优点，自动化技术在电路分析与检测中的应用日益广泛，成为如今电路分析的主要途径与方法。

4 电路分析的内容与方法

目前电路分析与测试，主要目标是将电路分析中的问题与产品缺陷提前发现，从而可以避免生产与设计过程中的风险。因此自动化电路分析与测试技术成为现代电子工业生产的重要途径，必须借助有效的自动化技术来满足不同电路的分析与测试，提升电路生产质量。

4.1 电路分析与测试的主要内容

电路分析与测试可以分为通电前检测与通电后检测两个方面的内容。首先在通电之前对电路进行测试，主要是对电路板上的各种元器件参数、节点电阻、电容、PN结电压等进行测试。也包括各个管脚之间的通联情况。这是电路测试的基本内容，直接影响着测试结果。其次是在通电后进行的测试，包括对电路板进行的静态测试与动态测试。其中静态测试是指对电路板中的元器件进行测试，了解各个管脚的连接状态、逻辑状态以及电路各个管脚静态工作的电压等。但是在电路板系统中，许多测试信号都是动态变化的，会随着时间的推移产生不同变化，所以电路测试中仅进行静态测试是远远不够的，还需要进行动态测试，即通过动态测试来了解电路是否完善，功能是否正常。对电路板的动态检测，其基本原理即是将数据通过电路的输入端进行发送，在电路板工作状态下，获取各种响应信号，并将所获取的信号与数据库中的代码进行对比，进而判断所测试的电路板是否正常。对于某些模拟电路，则是测量电路输出端的电压、电流等参数，然后将所获结果与标准数据进行对比，达到分析模拟电路功能是否正常的目标。

4.2 电路分析与测试的方法

目前常用的电路板分析与测试方式主要分为两种，一种是离线测试；第二种是在线测试。离线测试，顾名思义即是将被测元器件从电路板上拆除后，使用测试仪器进行检测，即是离线测试。该方法可以检测模拟电路的各项功能是否正常。在线测试是直接对电路板上的各个元器件进行检测，判断电路是否畅通、功能是否完好。在一个电路板上，集合了多个元器件，而每个元器件又通过并联、串联的方式连接起来。所以，采用在线测试的方法能够直接验证各个元器件是否都功能完好；元器件连接是否正确、稳定。因此，通过电路的在线检测系统不仅能够验证电路生产中生产质量，发现生产中存在的开焊、短路等问题，而且通过自动化技术能够实现对故障的准确定位。因此，相对于离线测试系统，电路板的在线分析与测试具有多重优势，配合自动化技术可以取得更好电路分析与检测效果。

5 自动化技术在电路分析与测试中的具体应用

电路分析与测试工作是实现电路板测试与诊断的重要途径，在实际工作中首先需要对被测需求进行分析，明确电路中每个元器件的功能与使用方法，然后基于这些基础性工作分析电路的整体功能，划分模块；最后结合划分的功能模块来制定输入和输出信号的关系，进而达到电路分析与测试目标。在自动化技术应用中，需要满足检测过程的全自动化，并且具备故障提示功能，而且为提升自动检测系统的通用性，也需要系统能够对不同电路板进行检测。

5.1 自动化电路分析与测试系统的总体布局

电路自动检测系统的关键在于信号识别与故障的诊断，因此在做好总体布局后需要对硬件与软件系统进行针对性的设计。硬件可以是自动检测系统工作的基础与载体；软件是自动检测系统的核心与大脑，支撑整个系统的运行。根据电路自动分析与测试系统需求，对总体布局进行设计。

结合实际情况，以计算机为主要仪器作为硬件控制平台，是连接电路与测试系统的核心部件。但是电路板上输入的信号包括数据量信号、模拟量信号等，所以计算机对电路板输入的信号进行控制与采集时，必须能够保证系统能够输出各种激励信号，并采集响应信号。

5.2 自动化检测系统硬件设计

构成电路板最小的单一是电阻、电容等元器件，在组合之后成为某个电路，实现某一项功能。多个电路又会组合成模块，实现更复杂的功能，成为电路板。因此电路分析与检测中主要针对各个模块进行，按照一定顺序进行分析与测试，遇到问题时则对每个模块进行检查与分析，直至发现问题。自动测试硬件系统设计以计算机为主系统，在计算机基础上向外扩展，构成整个测试系统。具体包括模拟/数字转换接口、数字/模拟转换接口、数字量输入/输出接口、开关量输入/输出接口、开关切换、计数器模块等。电路板自动分析与测试技术如图1所示。

图1：电路板自动分析与测试技术

5.3 自动化检测系统软件设计

在完成电路板分析与测试的自动化硬件系统设计后，需要对软件系统进行设计，毕竟所有检测工作都是在软件系统的操作下完成的。根据实际需要，软件系统功能主要包括用户界面、电路板管理界面、操作界面等。用户界面是测试软件系统的入口，在该界面中能够调出其他界面系统。电路板管理界面实现对被测对象的管理，方便操作者使用。新电路板检测与分析时可以调出电路板参数、功能等；并在该界面查看测试结果，包括诊断书与故障定位信息等。操作界面主要包括检测程序，在点击开始后系统进行检测状态，流程为系统自检——自动识别电路板——系统启动——检测电路板——结果上传中计算机——检测结果出具。通过自动化提升检测效率与质量，在对电路板分析数据进行应用后，为电路板设计与生产提供数据支撑。软件系统在未来使用中需要根据实际情况不断进行优化，提升实用性。

6 结语

随着现代技术的发展，传统电路分析与测试工艺已经难以满足需求，自动化系统在电路系统分析中的有效应用，对于提升电路分析效率与质量有着重要价值。规避传统电路分析与检测工作的各种弊端，有效代替人工操作对电路的分析与检测。因此，自动化技术的应用为电路分析开辟了新的途径，让电路分析与检测更加高效、便捷，但在实际使用中还有很大的提升空间，需要不断进行创新、完善，更好促进自动化技术的推广与应用。