故障仿真在《电子工艺实训》课中的探索与实践

徐秀美，王立新，伊学军，曹立军

（山东理工大学，山东淄博，255000）

0 绪论

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，是用来衡量高校所培养的毕业生是否达到该专业所制订的培养目标和毕业要求的一种合格性评价体系，是工科毕业生达到专业培养要求的制度保障[1]。2016年6月，我国正式加入《华盛顿协议》，标志着我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，对于我国工程技术领域走向世界、应对国际竞争有着重要意义[2]。我校的多个专业已经进入工程教育专业认证过程中，为适应工程认证对实训实习的要求，提出了故障仿真在《电子工艺实训》课中的应用。

1 课程内容介绍

《电子工艺实训》课是一门以实践为基础，结合学生原有的理论知识，通过分析原理、实际制作电路、分析测试结果、解决实际问题，从而锻炼学生综合能力的课程。

我校开设的《电子工艺实训》课内容有：电子元器件识别测试、电路焊接调试、电路故障分析与排除等，根据学生专业与时间情况增减电路设计、PCB制作等。考虑工程教育认证对“培养目标”、“毕业要求”、“持续改进”、“课程体系”等方面的要求，内容做适当的改进。增加电路仿真测试、仿真故障设置测试、对比分析电路故障，达到缩减排故时间、减少盲目性、提高学习效率的目的。

2 故障仿真实例分析

以电源电路为例，介绍实验室制作电源的步骤及仿真测试等情况。

■2.1 电源电路基本组成

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4部分组成，其原理框图及各个阶段波形情况如图1所示。

图1 直流稳压电源原理框图

图2是串联型直流稳压电源电路原理图。整流电路为单相桥式整流，滤波电路为电容滤波。稳压部分为串联型稳压电路，由调整管，比较放大器VT3，取样电路R4、R5、R6、RP，基准电压电路LED-P、R3等组成[3]。

图2 串联型直流稳压电源电路原理图

■2.2 电源电路制作与仿真

（1）仿真电路测试分析

根据电路原理图2，学生利用常用的仿真软件绘制正确的原理图，设置（1-5）5个测试点，分别测试1点对A点、2-5点对0点的电压和波形，正确电路的波形和参数如图3所示。

图3 1点对A点、2-5点对0点的电压和波形

由于实际制作电路时，电路极易出现错误，所以在仿真时建议学生在电路上人为设置故障点，以短路或断路故障为主，分别设置3-5处，测试5个点对0点故障时的电压与波形。图4所示是1点对A点、2-3点对0点故障时的电压和波形图。

图4 1-A、2-0、3-0间故障电压和波形

（2）电路制作步骤

根据电路原理图2，在电路板上焊接安装电源电路。为保证焊接质量，一是检查电路板上的铜箔线条是否完好，有无断线、短路；二是检查测试元器件质量；三要认真细心地安装、焊接，并保证焊接质量；四是在焊接完成后，认真检查元器件位置与连接导线间是否符合原理图要求，焊接质量是否符合标准等外观检查；五是在外观检查无误后，用万用表直流电压量程测量S1、S2、S3分别闭合后的输出电压UO，并用示波器观察测试1-5点的波形。

■2.3 对比仿真和实际测试结果

（1）1-A点之间：反映的是变压器降压后的情况，波形是正弦波，电压值符合变压器副边电压值u2。若1-A点之间输出电压为0，实际故障情况可能原因：一是变压器损坏或变压器原边没接好电源，需要检查变压器质量和变压器与电源的接线；二是变压器副边短路，需要检查变压器质量、4只整流二极管质量及极性。

（2）2-0点之间：是桥式整流和滤波后的结果，U3≈1.2u2。实际电路测试时，若U3值较低，原因可能是二极管损坏，没有构成桥式整流电路；或滤波电路没起作用；或输出端短路。

（4）4-0点之间：4-0点之间电压为复合管的Ube1+Ube2、R2的压降UR2及UO之和。影响4-0之间电压的器件，可能是VT1、VT2、R2，R1也有可能。

（5）5-0点之间：反映的是ULEDP。5-0点之间电压的异常只能是LED-P。

对比仿真和实际测试结果，判断电路是否存在问题。结果变化明显的那一部分，即是故障电路。进一步对比自己设计的故障点仿真或同学设置的故障点仿真，再配合原理分析，极易查找电路具体故障点。

3 总结

通过实践，上述方法在其他电路同样适用。在《电子工艺实训》课中加入仿真，符合工程认证基本理念，完善工程认证“毕业要求”设计开发解决方案之提供合理优化解决方案。仿真故障学习需要学生熟悉仿真软件，查找元件并绘制电路，测试仿真正确电路和故障电路，虽然占用学生课外时间，但是弥补实际实验内容偏少的缺陷，能够减少学生查找电路故障的盲目性，减少对元器件的损耗，节省查找故障时间，提高学生学习效率。通过比较得知，经过对正确电路及故障电路仿真，对实际电路的故障排除有一定的实际意义。