电子线路设计安装与调试实训-教案

电子线路设计安装与调试实训-教案（通用6篇）

篇1：电子线路设计安装与调试实训-教案

电子线路设计、安装与调试实训 [课题]：单相晶闸管调光电路 [电路图]：附1 [课时数]：30 元件认识、测试检查、电路工作原理分析6学时，通用线路板的应用方法、电路布局（排版）6学时，电路焊接调试6学时，电路故障分析及排故6学时，用示波器测试电路中电压波形并绘图6学时。[教学目标]：

1、知能目标：可控硅调光电路的组成。理解可控硅调光电路的工作原理。了解可控硅调光电路实际应用。

2、情感目标：可控硅调光电路是一个日常生活中的电器产品电路，学习和掌握可控硅调光电路知识是尤其必要，对今后的电路维修有很大帮助。

3、技能目标：能熟练画出可控硅调光电路，能按电路选择和捡查元器件，能根据电路把元器件在通用线路板上正确布局（排版），能正确的对电路进行焊接和调试。

[教学重点]：可控硅调光电路的工作原理，可控硅调光电路的正确布局（排版）、焊接和调试。[教学难点]：可控硅调光电路的正确布局（排版）、焊接和调试。[教学策略]：

1、讲解电路工作原理和调光过程。

2、讲解电路布局（排版）原则。

3、让学生布局（排版），指导有困难的学生。[教学中的元件与工具]：

1、元件：

电阻1/4W:1.2KΩ×1，5.1KΩ×1，330Ω×1，47Ω×2，100Ω×1，电位器100KΩ×1，可控硅4PA×1，BT33×1，二极管4007×5，电容0.1UF/63V×1,通用线路板×1,稳压管12V×1。

2、工具：万用表，烙铁，烙铁架，摄子，焊锡丝，导线，220V交流电源，220V/36V变压器，60W/36V白炽灯泡。[教学过程]：

一、元件检测讲述并检测 1.电阻：

5.1KΩ五色环（绿棕黑棕棕），用万用表×100档来测电阻值； 1.2KΩ四色环（棕红红金），用万用表×100档来测电阻值； 330Ω四色环（橙橙棕金），用万用表×100（或×10）档来测电阻值； 100Ω四色环（棕黑黑棕）用万用表×1（或×10）档来测电阻值； 47Ω五色环（绿紫黑黄棕）用万用表×1（或×10）档来测电阻值。2.二极管IN4007：用万用表×1K档测正向导通反向载止。(最大整流电流:1.0A，最大反向电压:1000V，最大功耗:3W，频率类型:低频)3．晶体管2CP12：参数极限工作电压Vrwm（V）：100，极限工作电流Im（A）：0.1 4.电位器100KΩ：用万用表×10K（或×1K）档来测电阻值。5.单向晶闸管（可控硅）KP1-4：

单向晶闸管结构原理：

单向晶闸管结构如图1所示，由P型和N型半导体四层交替叠合而成。它有三个电极：阳极A(从外层P型半导体引出)、阴极K(从外层N型半导体引出)、门极G(从内层P型半导体引出)。单向晶闸管符号如图2所示。

图1

图2 单向晶闸管可以等效地看成是由一个PNP型三极管(VT1)和一个NPN型三极管(VT2)组成，如图3所示。开关S断开时，VT1、VT2无基极电流，所以不导通；闭合开关S，回路中则形成强烈正反馈（Ib2↑→Ic2↑→Ib1↑→Ic1↑→Ib2↑），使VT1、VT2迅速饱和导通；导通后，开关S即可断开，因为VT2管的基极电流由VT1管的集电极电流提供，继续维持正反馈。所以，门极也称控制极，它的作用仅仅是触发晶闸管的导通，一旦导通，控制极就失去了作用。由此可知，单向晶闸管导通必须具备两个条件：首先阳极和阴极之间要加上正向电压；其次门极与阴极之间必须加上适当的正向触发电压。

图3 晶闸管有导通和关断两种状态，导通后，要使它关断需要满足两个条件：一是将阳极电流减小到无法维持正反馈；二是将阳极电压减小到一定程度。单向晶闸管检测：

单向晶闸管在正常情况下，AK间、AG间正反向电阻较大(在几百千欧)；GK间正反向电阻小(在几百欧)，并且GK间正反向电阻有差别，正向电阻小，(黑笔接G，红笔接K测出的电阻)，反向电阻大。所以用万用表R×10档测晶闸管极与极之间的正反向电阻，既可判断出它的极性，又可判断出它的好坏。

(a)

(b)

(c)图4 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号

对于小功率晶闸管也可这样检测：万用表置R×10档，黑笔接阳极A，红笔接阴极K，表针应指向∞(若阻值小，则晶闸管击穿)；将门极G也与黑笔接触(获取正向触发电压)，此时晶闸管应导通，表针约摆动在60～200Ω之间(若表针不摆动，表明可控硅断极)；将门极G与黑笔脱开，指针不返回∞，说明晶闸管良好(有些晶闸管因维持电流较大，万用表的电流不足以维持它的正反馈，当门极G与黑笔脱开后，表针会回到∞，也是正常的)。

6.电容0.1uF：用万用表×100档，应用电容充放电来判别质量。7.单结晶体管BT33： 单结晶体管的原理：

单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件。它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2.在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e.其结构、符号、等效电路及伏安特性如图5所示。①单结晶体管的特性。从图5(a)可以看出，两基极b1与b2之间的电阻被称为基极电阻，即

式中，rbl为第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流i。的变化而变化；rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与￡。无关；发射结是PN结，与二极管等效。若在两面基极b2,b1之间加上正电压Vbb9则A点电压为

式中，为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压Ve由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，如图5(d)所示。

a.当V,<刀呱时，发射结处于反向偏置，单结晶体管截止，发射极只有很小的漏电流I。

图5 单结晶体管的结构、符号、等效电路及伏安特性 b.当为二极管正向压降（约为0.7 V)，PN结正向导通，Ie显著增加，rbl迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。单结晶体管由截止区进人负阻区的临界P称为峰点，与其对应的发射极电压和电流分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然

c.随着发射极电流Ie的不断上升，Ve不断下降，降到v点后，Ve不在下降了，则v点称为谷点，与其对应的发射极电压和电流称为谷点电压v-和谷点电流IV“ d.过了v点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以u }.继续增加时，i。便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压。如果，则单结晶体管重新截止。

②单结晶体管的主要参数。

a.基极间电阻Rbb”发射极开路时，基极bl,b2之间的电阻，一般为2-10kΩ，其数值随温度的上升而增大。

b.分压比：由单结晶体管内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85。

c．e,bl之间反向电压Vebl : b2开路，在额定反向电压Veb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。

d.反向电流I:b1开路，在额定反向电压Vb2下，e,b2之间的反向电流。e.发射极饱和压降Veo：在最大发射极额定电流时，e,bl之间的压降。f.峰点电流IP:单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。单结晶体管的测试方法：

图6为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。

1）判断单结晶体管发射极e的方法：将万用表置于R X 100挡或R×lk挡，用黑表笔接其中的一个极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，则黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。

2）单结晶体管b1和b2的判断方法：将万用表置于R × 100挡或R×lk挡，用黑表笔接发射极，红表笔接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是b1极。但对于个别单结晶体管的e-bl之间的正向电阻值较小，测量时不一定准确，仅供参考。

(a)

(b)

(c)

图6 单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号

8.通用线路板：一看有无短路、断路。二用万用表测有无短路、断路。

二、电路工作原理

图7 单相晶闸管调光电路

三、电子元件布局的方法和规则

讲解电子元件布局的规则和方法。学生布局（排版）练习。对有困难的学生及时指导。

1.按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。

2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。

3.卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。

4.元器件的外侧距板边的距离为5mm。5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。

6.金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。

7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布

8.电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。

9.其它元器件的布置所有IC 元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向出现两个方向时，两个方向互相垂直。

10、板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)。

11、贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。

12、贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。

13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致

四、焊接的方法和规则

讲解焊接的方法和规则学生焊接练习。对有困难的学生及时指导。

（一）线路板焊接机理

采用锡铅焊料进行焊接的称为锡铅焊，简称锡焊，其机理是：在锡焊的过程中将焊料、焊件与铜箔在焊接热的作用下，焊件与铜箔不熔化，焊料熔化并湿润焊接面，依靠焊件、铜箔两者问原子分子的移动，从而引起金属之间的扩散形成在铜箔与焊件之间的金属合金层，并使铜箔与焊件连接在一起，就得到牢固可靠的焊接点，以上过程为相互间的物理—化学作用过程。.（二）手工焊接注意事项：

1.手握铬铁的姿势掌握正确的操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般情况下，烙铁到鼻子的距离应该不少于 20cm，通常以 30cm 为宜。电烙铁有三种握法，如图8所示。

图8

握电烙铁的手法示意

反握法的动作稳定，长时间操作不易疲劳，适于大功率烙铁的操作；正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作；一般在操作台上焊接印制板等焊件时，多采用握笔法。

2.焊锡丝一般有两种拿法，如图9所示。由于焊锡丝中含有一定比例的铅，而铅是对人体有害的一种重金属，因此操作时应该戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。

图9 焊锡丝的拿法

3.电烙铁使用以后，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其他杂物不要碰到烙铁头，以免烫伤导线，造成漏电等事故。

（三）手工焊接基本方法 1.手工焊接步骤

（1）准备施焊（图 10(a)）

左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。

（2）加热焊件（图10(b)）

烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 1 ～ 2 秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。例如，图(b)中的导线与接线柱、元器件引线与焊盘要同时均匀受热。（3）送入焊丝（图10(c)）

焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上！

（4）移开焊丝（图 10(d)）

当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45° 方向移开焊丝。（5）移开烙铁（图 10(e)）

焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45° 方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是 1 至 2s。

（6）检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。手工焊接对焊点的要求是：a.电连接性能良好；b.有一定的机械强度；c.光滑圆润。

图10 手工焊接步骤

2.手工焊接操作的具体手法 在保证得到优质焊点的目标下，具体的焊接操作手法可以有所不同，但下面这些前人总结的方法，对初学者的指导作用是不可忽略的。⑴ 保持烙铁头的清洁

焊接时，烙铁头长期处于高温状态，又接触助焊剂等弱酸性物质，其表面很容易氧化腐蚀并沾上一层黑色杂质。这些杂质形成隔热层，妨碍了烙铁头与焊件之间的热传导。因此，要注意用一块湿布或湿的木质纤维海绵随时擦拭烙铁头。对于普通烙铁头，在腐蚀污染严重时可以使用锉刀修去表面氧化层。对于长寿命烙铁头，就绝对不能使用这种方法了。⑵ 靠增加接触面积来加快传热

加热时，应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热，而不是仅仅加热焊件的一部分，更不要采用烙铁对焊件增加压力的办法，以免造成损坏或不易觉察的隐患。有些初学者用烙铁头对焊接面施加压力，企图加快焊接，这是不对的。正确的方法是，要根据焊件的形状选用不同的烙铁头，或者自己修整烙铁头，让烙铁头与焊件形成面的接触而不是点或线的接触。这样，就能大大提高传热效率。⑶ 加热要靠焊锡桥

在非流水线作业中，焊接的焊点形状是多种多样的，不大可能不断更换烙铁头。要提高加热的效率，需要有进行热量传递的焊锡桥。所谓焊锡桥，就是靠烙铁头上保留少量焊锡，作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。由于金属熔液的导热效率远远高于空气，使焊件很快就被加热到焊接温度。应该注意，作为焊锡桥的锡量不可保留过多，不仅因为长时间存留在烙铁头上的焊料处于过热状态，实际已经降低了质量，还可能造成焊点之间误连短路。⑷ 烙铁撤离有讲究

烙铁的撤离要及时，而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关。如图所示为烙铁不同的撤离方向对焊点锡量的影响。

图11 烙铁撤离方向和焊点锡量的关系 ⑸ 在焊锡凝固之前不能动

切勿使焊件移动或受到振动，特别是用镊子夹住焊件时，一定要等焊锡凝固后再移走镊子，否则极易造成焊点结构疏松或虚焊。⑹ 焊锡用量要适中

手工焊接常使用的管状焊锡丝，内部已经装有由松香和活化剂制成的助焊剂。焊锡丝的直径有 0.5、0.8、1.0、…、5.0mm 等多种规格，要根据焊点的大小选用。一般，应使焊锡丝的直径略小于焊盘的直径。

如图12所示，过量的焊锡不但无必要地消耗了焊锡，而且还增加焊接时间，降低工作速度。更为严重的是，过量的焊锡很容易造成不易觉察的短路故障。焊锡过少也不能形成牢固的结合，同样是不利的。特别是焊接印制板引出导线时，焊锡用量不足，极容易造成导线脱落。

图12 焊点锡量的掌握 ⑺ 焊剂用量要适中

适量的助焊剂对焊接非常有利。过量使用松香焊剂，焊接以后势必需要擦除多余的焊剂，并且延长了加热时间，降低了工作效率。当加热时间不足时，又容易形成“夹渣”的缺陷。焊接开关、接插件的时候，过量的焊剂容易流到触点上，会造成接触不良。合适的焊剂量，应该是松香水仅能浸湿将要形成焊点的部位，不会透过印制板上的通孔流走。对使用松香芯焊丝的焊接来说，基本上不需要再涂助焊剂。目前，印制板生产厂在电路板出厂前大多进行过松香水喷涂处理，无需再加助焊剂。⑻ 不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具

有人习惯到焊接面上进行焊接，结果造成焊料的氧化。因为烙铁尖的温度一般都在 300 ℃ 以上，焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效，焊锡也处于过热的低质量状态。特别应该指出的是，在一些陈旧的书刊中还介绍过用烙铁头运送焊锡的方法，请读者注意鉴别。

（四）焊点质量及检查

对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。保证焊点质量最重要的一点，就是必须避免虚焊。（1）虚焊产生的原因及其危害

虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。这一过程有时可长达一、二年，其原理可以用“原电池”的概念来解释：当焊点受潮使水汽渗入间隙后，水分子溶解金属氧化物和污垢形成电解液，虚焊点两侧的铜和铅锡焊料相当于原电池的两个电极，铅锡焊料失去电子被氧化，铜材获得电子被还原。在这样的原电池结构中，虚焊点内发生金属损耗性腐蚀，局部温度升高加剧了化学反应，机械振动让其中的间隙不断扩大，直到恶性循环使虚焊点最终形成断路。

据统计数字表明，在电子整机产品的故障中，有将近一半是由于焊接不良引起的。然而，要从一台有成千上万个焊点的电子设备里，找出引起故障的虚焊点来，实在不是容易的事。所以，虚焊是电路可靠性的重大隐患，必须严格避免。进行手工焊接操作的时候，尤其要加以注意。

一般来说，造成虚焊的主要原因是：焊锡质量差；助焊剂的还原性不良或用量不够；被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不牢；烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；焊接时间掌握不好，太长或太短；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元件松动。（2）对焊点的要求

⑴ 可靠的电气连接 ⑵ 足够的机械强度 ⑶ 光洁整齐的外观

（3）典型焊点的形成及其外观

在单面和双面（多层）印制电路板上，焊点的形成是有区别的：见13（a）图，在单面板上，焊点仅形成在焊接面的焊盘上方；但在双面板或多层板上，熔融的焊料不仅浸润焊盘上方，还由于毛细作用，渗透到金属化孔内，焊点形成的区域包括焊接面的焊盘上方、金属化孔内和元件面上的部分焊盘，如图13（b）所示。

图 13 焊点的形成

图 14 典型焊点的外观

参见图14，从外表直观看典型焊点，对它的要求是： ① 形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开。虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。② 焊点上，焊料的连接面呈凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。③ 表面平滑，有金属光泽。④ 无裂纹、针孔、夹渣。4.导线连接方式

导线同接线端子、导线同导线之间的连接有三种基本形式：（1）绕焊

导线和接线端子的绕焊，是把经过镀锡的导线端头在接线端子上绕一圈，然后用钳子拉紧缠牢后进行焊接，如图15所示。在缠绕时，导线一定要紧贴端子表面，绝缘层不要接触端子。一般取 L ＝ 1 至 3mm 为宜。

图15 导线和端子的绕焊

图16 导线与导线的绕焊

导线与导线的连接以绕焊为主，如图 16 所示。操作步骤如下： ① 去掉导线端部一定长度的绝缘皮； ② 导线端头镀锡，并穿上合适的热缩套管； ③ 两条导线绞合，焊接； ④ 趁热把套管推倒接头焊点上，用热风或用电烙铁烘烤热缩套管，套管冷却后应该固定并紧裹在接头上。

这种连接的可靠性最好，在要求可靠性高的地方常常采用。（2）钩焊

将导线弯成钩形钩在接线端子上，用钳子夹紧后再焊接，如图17。其端头的处理方法与绕焊相同。这种方法的强度低于绕焊，但操作简便。

图17 导线和端子的钩焊

图18 搭焊

（3）搭焊

如图18所示为搭焊，这种连接最方便，但强度及可靠性最差。图 18(a)是把经过镀锡的导线搭到接线端子上进行焊接，仅用在临时连接或不便于缠、钩的地方以及某些接插件上。

对调试或维修中导线的临时连接，也可以采用如图18(b)所示的搭接办法。这种搭焊连接不能用在正规产品中。

（4）杯形焊件焊接法

这类接点多见于接线柱和接插件，一般尺寸较大，如果焊接时间不足，容易造成“冷焊”。这种焊件一般是和多股软线连接，焊前要对导线进行处理，先绞紧各股软线，然后镀锡，对杯形件也要进行处理。操作方法见图19。

图19 杯形接线柱焊接方法 ① 往杯形孔内滴助焊剂。若孔较大，用脱脂棉蘸助焊剂在孔内均匀擦一层。② 用烙铁加热并将锡熔化，靠浸润作用流满内孔。③ 将导线垂直插入到孔的底部，移开烙铁并保持到凝固。在凝固前，导线切不可移动，以保证焊点质量。④ 完全凝固后立即套上套管。

由于这类焊点一般外形较大，散热较快，所以在焊接时应选用功率较大的电烙铁。

（五）拆焊与重焊

（1）拆焊技术

1）引脚较少的元件的拆法

一手拿电烙铁加热待拆元件的引脚焊点，熔解原焊点焊锡，一手用镊子夹住元件轻轻往外拉。2）多焊点元件且元件引脚较硬拆法 ①采用吸锡器或吸锡烙铁逐个将焊点上焊锡吸掉后，再将元件拉出。②用吸锡材料将焊点上的锡吸掉。③采用专用工具，一次将所有焊点加热熔化，取下焊件。（2）重新焊接

1）重焊电路板上元件。首先将元件孔疏通，再根据孔距用镊子弯好元件引脚，然后插入元件进行焊接。

2）连接线焊接。首先将连线上锡，再将被焊连线的焊端固定（可钩、绞），然后焊接。

五、电路的调试

讲解电路的调试，用示波器测试电压波形的方法。学生学习调试和测试，因测试难度较大，并才用小组示范测试。对有困难的学生个别及时指导。调试成功要求波记录有关电压，测试波形要求学生学习将所测试的波形画下来。A、用万用表测电压：

1、VCD= V； VNM= V；

2、灯泡最亮时两端电压VL= V；

3、灯泡最暗时两端电压VL= V；

B、用示波器测电压波形并绘制在坐标中：

六、可能存在的电路故障分析

①整流电路：二极管接反，出现断路。

②稳压电路：稳压管方向接反，单结晶体尖脉冲振荡电路没有正常电压而不工作。

③单结晶体尖脉冲振荡电路：A、BT33管脚错电路不能振荡。B、R2或R3接错或断路不能振荡。C、电容C接错位或断路不能振荡。④V5方向错没有控制信号。

⑤单向可控硅4AP管脚接错或断路不能工作。⑥R1被短路灯泡调不暗。

⑦灯泡与单向可控硅4AP支路出现断路，灯泡不亮。

七、故障排除的方法

根据电路故障的现象分析故障的所在。A、用目视元器件是是否有异样、漏焊、虚焊、焊接短路。B、上电用万用表该元器件各脚的电压与正常电压比较分析。C、上电用示波器测波形比较分析。[教学反思]：

即教学中可能出现的问题与分析：

1、学生主要是在理论学习中没有真正掌握应学的知识，给学生对电路的分析学习带来困难。

2、大部分学生对动手还比较热情，主要是他们比较重视等级证。

3、学生在小学和初中缺少动脑思考，引起思维跟不上要求。

4、非智力因素占有具大的空间，如果学生对所学的内容感到学而无用，或学不懂。对学习不感兴趣，学习就没有动力，就不可能学会。同样一部分学生因没有投入学习所以没掌握这部分知识。

5、要利用学习对动手的热情，豉励学习积极动手，在动手中碰到问题，再对他们讲解有关知识。

6、学生因个人的条件不同，在排版中存在着不同程度，排版过程中部分学生能独立完成，部分学生不会只能模仿他人的排版。

7、在排版中能独立的学生能根据电路图并安排好应有的接线，不能独立排版的学生往往的排版过程中会插错位和缺少接线。

8、在指导学生排版中要常为学生检查排版是否正确，必须及时指出错误和讲清电路正确的组成要素。

9、要重视对学生对学生进行故障的分析，让学生在碰到问题和解决问题中从而学习知识。

10、学生的布局比较死板，基本类同以电路图，主要是思维没有得到拓展，没有创新意识，要加强对学生的思维和创新的培养。

篇2：电子线路设计安装与调试实训-教案

一、实习时间：2010年11月15——2010年11月19日

二、指导教师：冉书明

三、实习过程

这是本次实习的主要环节。实习第一天拿到器材后我们并没有直接做。先是听老师详细讲解各器件的用途与组装方法以及实习中用到的工具的使用及安全知识教育。之后我们组成员就真正进入到电子技术实习的操作中去了，以前虽然接触过电烙铁，但毕竟没有实际操作过，总是怀有几分敬畏之心。而电子电路主要是基于电路板的，元器件的连接都需要焊接在电路板上，所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作译码显示电路的成败。因此对电烙铁这一关我们是不敢掉以轻心的。

元器件的识别：电路板上涉及到很多元件，二极管，三极管，电阻，电容，变压器等等。电阻需要按色环来区别其电阻值，二极管，三极管的三个引脚连接顺序等等有许多注意事项。果不细心辨别，很可能出现不必要的麻烦。好在我们组的都比较细心，在大家的合作下很快我们就有了一个初步的成果，远走在其他组的前面，这让我们很自豪。

在辨认测量方面①学会了怎样利用色环来读电阻，以提高下一步的焊接速度；②学会了怎样测量二极管及怎样辨认二极管的“+”，“—”极，焊接顺序：①焊接，为了使印刷电路板保持平衡，我们需要先焊两个对角的，在焊接之前一定要辨认好的颜色，以免焊错，千万不要一下子将四个中周全部焊在上面，这样以后的小元件就不好安装→②焊接电阻，前面我们已经将电阻别在纸上，我们要按R1——R13的顺序焊接，以免漏掉电阻，一下各电阻是否还和以前的值是一样（检验是否有虚焊）→③焊接电容，先

焊接元片电容，要注意上面的读数,紧接着就是焊电解电容了，特别要注意长脚是“+”极，短脚是“—”极→焊接二极管，红端为“+”，黑端为“—”→焊接三极管，一定要认清“e”,“b”,“c”三管脚按放大倍数从大到小的顺序焊接）→剩下的变压器及开关都可以焊了→间断部分，我们需要用焊锡把它们连接起来。

四、对画电路板图的设计实习的感受

画电路板图的设计则是挑战我的快速接受新知识的能力。在我过去一直没有接触过画电路板图的前提下，用一天的时间去接受、消化老师讲的内容，不能不说是对我的一个极大的挑战。在这过程中主要是锻炼了我与我与其他同学的团队合作的精神。因为我对电路知识不是很清楚，可以说是模糊。但是当我有什么不明白的地方去向其他同学请教时，即使他们正在忙于思考，也会停下来帮助我，消除我得盲点。在实习过程中，我熟悉了画电路板的工艺流程、设计步骤和方法。最终虽说验收成功了，但是这个实习迫使我认识到自己的知识还不健全，动手设计能力还有待提高。

五、实习心得体会

1、对电子装配工艺的理论有了初步的系统了解

我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程。对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧，画电路板图的设计制作与工艺流程、工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的机械设计的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼

实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。

对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。学到了很多课堂上没法学到的东西，比如电路板的制作过程，我们还亲身体验了一回，熟悉了制作流程。二是动手能力的提高，我们从没有这样专业性的使用过电烙铁，这次可亲身体验了一回电焊师的滋味，真是受益匪浅啊！

3.这次实习，使我更深刻地了解到了实践的重要性

通过实习他们更加体会到了“学以致用”这句话的道理，终于体会到“实习前的自大，实习时的迷惘，实习后的感思”这句话的含义了，有感思就有收获，有感思就有提高。总的来说，我对这门课是热情高涨的。第一，我从小就对这种小制作很感兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。现在电子装配实习课正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤，我都像孩子那样高兴，并且很有“成就感”。第二，电子安装与调试实习，是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，作为国家重点培育的高技能人才，仅会学理论知识是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做译码电路调试时，间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，但是我还是完成了任

务。

篇3：电子线路设计安装与调试实训-教案

一、传统教学模式存在的问题

1. 教师是主角, 采用“填鸭式”教学。

教师是课堂的主角, 从上课开始从头讲到尾, 照本宣科, 几乎没有与学生的互动;即使采用了多媒体教学, 也基本上是把原来写在黑板上的内容搬到了屏幕上。

2. 学生缺乏想象力和创新精神。

在传统的教学模式下, 学生通过教师的讲授被动地、强迫性地接受知识, 养成了一种不爱思考、不爱问“为什么”、也不知道要问什么的麻木的学习习惯, 束缚了其思维的发展空间, 使其丧失了学习的主动性。这种模式下培养的学生缺乏想象力和创新精神。

3. 理论与实践缺乏有效结合。

在教学的安排上, 理论课和实践课分开授课, 往往是在教室里讲授理论知识, 然后在实验室进行实践教学, 使理论和实践不能很好地有效地结合。

二、“教、学、做”一体化教学法的内涵和特点

1.“教、学、做”一体化教学法的内涵。

“教、学、做”一体化教学法, 也就是理实一体化教学法, 它打破了理论、实验和实训课的界限, 将课程的理论教学、实践教学、生产、技术服务融为一体, 教学环节相对集中, 教学场所直接安排在实训室或实训车间, 来完成某个教学目标和教学任务。师生双方边教、边学、边做, 理论和实践交替进行, 理中有实, 实中有理, 突出学生动手能力和专业技能的培养, “教、学、做”一体化教学法充分调动和激发学生学习兴趣的一种教学方法。

2.“教、学、做”一体化教学法的特点。

(1) 教学环境企业化。要有与专业和规模相适应的硬件设备和学习环境, 授课地点的环境尽量与生产企业的实际生产环境一致。 (2) 课程内容项目化。“教、学、做”一体化教学围绕实际项目来组织教学, 打破现行教材和教学模式, 设计切实可行的项目, 将理论知识和实践技能有机地结合起来。

三、“教、学、做”一体化教学法在课程中的实施

1. 构建教学项目。

《电工电子线路的安装与调试》课程是依据《机电一体化技术专业人才培养方案》中的“职业能力分析表”中的电子产品的装接与调试、电子线路的故障诊断与排除工作项目设置的。其总体设计思路是, 打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式, 转变为以工作任务为中心组织课程内容, 并让学生在完成具体的项目中学会完成相应的工作任务, 并构建相关理论知识, 发展职业能力。课程内容突出对学生职业能力的训练, 理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行, 同时又充分考虑了高等职业教育对理论知识学习的需要, 并融合了相关职业资格证书对知识、技能和态度的要求。

本着以上课程设计思路, 笔者构建了以下教学项目: (1) 简单照明线路设计与安装; (2) 直流稳压电源的制作与检测; (3) 扩音机的制作与检测; (4) 报警器的制作与检测; (5) 三人表决器逻辑电路设计与制作; (6) 数字钟电路的制作与调试。

学生通过以上六个项目的学习, 制作出了六个学习作品。在学习的过程中, 师生双方边教、边学、边做, 理论和实践交替进行, 突出了学生动手能力和专业技能的培养, 充分调动和激发了学生的学习兴趣。

2. 建设“教、学、做”一体化教室。

建设一体化教室, 是开展“教、学、做”一体化教学的基础。我们将专业原有的电工实训室划分了两个区:工作区和教学区。在工作区配置了电子设备焊接、装配、检测工作台和相关的仪器仪表设备等;在教学区放置了六台可上网的计算机和一个资料柜, 供学生查询资料用, 配备了多媒体设备;同时在教学区安放了六张可移动的桌椅, 在教学时, 可将学生分为六个教学小组。

3. 采用任务驱动教学法。

以工作任务为核心来训练学生的专业技能, 并使学生掌握专业的理论知识。在教学的过程中, 笔者采用了以下的教学步骤: (1) 布置工作任务。布置工作任务的内容, 说明完成工作任务所需的条件和达到的学习目标, 可提前对工作任务的成果进行演示, 激发学生的学习动机。 (2) 让学生尝试完成工作任务。在这个过程中, 教师可进行适当的指导, 如果学生由于缺乏必要的知识准备而难以完成任务, 不要在此阶段浪费教学时间, 应尽快转入第三个阶段。 (3) 提出问题。提出的问题是针对完成工作任务所需的, 如果学生无法完成任务, 那么所提出的问题就应当是针对问题解决的。 (4) 查阅并理解和记住理论知识, 引导学生查阅资料, 如果学生不能理解的问题, 教师要通过详细地讲解来让学生获得完成工作任务所需要的专业技能和专业知识, 并理解和记住。 (5) 回归工作任务, 把所获得的知识与任务联系起来, 看看在掌握了这些专业知识后, 能否把工作任务完成得更好。

4. 采用以过程考核为主的教学评价方式。

考核评价分两部分, 一部分是在日常教学过程中采用过程考核, 占总成绩的70%。在过程考核中对于学生所完成的每个任务所具有的知识、技能和素质三方面进行考核。考核分为个人评价、组内评价和教师评价, 分别占成绩的20%、30%和50%;另一部分考核评价是在课堂教学结束后, 每名同学要上交一件自己制作的电子产品, 这部分成绩占总成绩的30%。

四、开展“教、学、做”一体化教学的体会

1. 构建合理的教学项目, 是教学成功的关键。

教学项目的选择, 既要涵盖教学内容的重点和难点, 还要具有典型性、实用性, 最好是日常生活中能够让学生接触到的, 这样才能够激发学生学习的兴趣和积极性。

2. 建立“教、学、做”一体化教室, 是教学实现的基础。

建设“教、学、做”一体化教室, 使教学环境尽可能的与真实的生产环境一致, 这需要投入较大的资金。

3. 加强师资队伍建设, 转变教学观念。

教师在教学的过程中, 既要有深厚的理论知识, 又要有丰富的实践经验, 这就需要教师具备“双师”素质, 同时也要认真学习新的教学方法和教学理念, 加快教师观念的转变。

4. 注意把握教学节奏。

在工作任务的实施过程中, 有的同学进度快, 有的同学进度较慢, 这时要注意督促进度慢的同学, 把握教学节奏。如果进度差距较大, 可以让学生利用课余时间来完成。

5. 实施“教、学、做”一体化教学, 学生的综合素质明显提高。

分小组的学习形式, 使学生与人的沟通能力、语言表达能力以及团队协作意识明显提高;同时也使学生体会到了完成任务时的成功喜悦, 增强了学习的信心, 提高了学生学习的主动性和能动性, 收到了良好的教学效果。

摘要：根据《电工电子线路的安装与调试》课程的实践教学条件, 我院将“教、学、做”一体化的教学模式应用到了该课程的教学实践中。本文就该课程在“教、学、做”一体化的教学过程中采取的方法和应注意的问题进行了探讨。

关键词：电工电子线路,安装,调试,“教、学、做”一体化

参考文献

[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社, 2007.

篇4：电子线路设计安装与调试实训-教案

关键词：职业教育 电子线路 一体化课改

2012年9月人社厅函〔2012〕397号批准呼伦贝尔市高级技工学校电气自动化设备安装及维修专业为一体化课程教学改革试点。学校在一体化课程教学改革上实行了两个阶段，第一阶段采用一体化实验班的形式进行，第二阶段采用普及式推广，在教学中不断对一体化课程教学进行总结和完善。

一、教学内容要符合一体化教学特点，突出实用性和趣味性

教材采用的是技工院校一体化课程教学改革电气自动化设备安装与维修专业教材《简单电子线路装接与维修》。该教材共有六个学习任务：直流电源的安装与调试，双电源固定型稳压电源的安装与调试，单电源可调型稳压电源的安装与调试，变音门铃的安装与调试，晶闸管调光电路的安装与调试，晶闸管调速器的安装与调试。

1.教学中的不足

（1）从知识的渐进性，分析教材学习内容为二极管、时基集成电路555、晶闸管、单结晶体管，最后是三极管。其整体教学内容安排不合理，无法体现知识的连贯性，不利于学生学习。

（2）从项目的完整性来看，前三个学习任务都是电源的制作，只能算是一个教学内容而不能算为一个完整教学项目，不适合作为一体化教学项目来用。

（3）从教学内容上看，前三个学习任务都是直流电源的制作，知识点只是变压、整流、滤波、稳压中的一部分，作为三个学习任务来进行教学，其课时数过多，重复性太多。

（4）从实用性和趣味性看，教学内容实用性不强，缺少趣味性，很难引起学生的学习兴趣.

2.教学内容补充与重组

教学内容要遵循知识的合理递进、由简单到复杂、由单一到整体，适合一体化教学开展，突出一体化教学的特点，突出教学内容的实用性，才有利于提高学生学习的主动性和学习兴趣。

（1）学习任务一：LED心形闪烁灯安装与调试 。教学内容包含单电源可调型稳压电源的安装与调试，知识点为直流电源的变压、整流、滤波、稳压。技能点为焊接技能，二极管、电阻器、电容器、LM317的识别与检测，元器件装配。拓展性学习任务为直流电源的安装与调试。

（2）学习任务二：声光控节能灯安装与调试。知识点为三极管及三极管放大电路，技能点为三极管、话筒、光敏电阻，可控硅识别与检测，电路关键点测试，产品安装与功能调试。拓展性学习任务为多组灯的分段控制电路安装与调试。

（3）学习任务三：晶闸管调光电路的安装与调试。知识点单结晶体管触发电路，技能点为单结晶体管识别与检测，电路关键点电压及波形测试。拓展性学习任务为LED客厅灯调光电路安装与调试。

（4）学习任务四：晶闸管调速器的安装与调试 。知识点三极管触发电路，技能点为电路关键点电压及波形测试，直流电机转速测试。拓展性学习任务为直流电动机反转控制电路安装与调试。

（5）学习任务五：变音门铃的安装与调试。知识点 NE555集成电路管脚功能识别，技能点为集成电路焊接技能、集成电路管脚的识别与检测、各脚对地电阻与对地电压的测试。拓展性学习任务为楼房单元门对讲门铃电路安装与调试。

（6）学习任务六：电脑音箱安装与调试。知识点为CS4863管脚功能识别，技能点为贴片集成电路焊接技能，贴片集成电路管脚的识别与检测、贴片电阻与电容的识别与检测、贴片集成电路各脚对地电阻与对地电压的测试、整机安装调试。拓展性学习任务为音箱高低音选频电路安装与调试。

二、改变学生学习观念，适应新的学习方式

技工学校的学生大多数是初中毕业生，初中知识学得非常差，加上其自控能力低，自学能力基本为零，对知识的渴求欲望低，要想通过一体化教学模式实现自主学习很难。必须从思想上打破学生已经形成的固有教师灌输方式的学习习惯，使其转变观念，尽快形成适应一体化教学的学习习惯，由接受，到认可，最后到喜欢。

三、调整、完善一体化实训场所，适应一体化教学

要实现理论教学与实践教学融通合一、能力培养与工作岗位对接合一、实习实训与顶岗工作学做合一，实训场所设备就要按教学活动进行配备，工位摆放要利于一体化教学开展，场地功能性区域划分要醒目，建成完善的一体化教学实训场所。

四、多层次培养一体化教师，打造全能型师资队伍

教师是教学活动的组织者、设计者、执行者，也是教学质量的保证者。要想培养一名合格的一体化教师，必须进行长期培训，培训内容可以根据“技工院校一体化教师标准”进行，如：参加技工院校一体化师资培训班学习，参加相关职业资格培训，参加相应时间的企业实践锻炼，参加“一体化教学”实践等。

篇5：电子线路设计安装与调试实训-教案

Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的E-DA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具, Multisim是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实地再现出来, 并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim能极大地提高学生的学习热情和积极性, 真正地做到了变被动学习为主动学习———这些在教学活动中已经有了很好的体现。

因为《电子线路》是一门比较抽象的课程, 也基于学生的基础知识比较薄弱, 所以在课堂教学上要充分利用现有的资源调动学生的学习主动性和积极性。比如说电路模型、投影、仿真, 还可以结合实际, 让同学们自己动手制作一些电路, 将各个知识点融合在里面, 这样就能避免全理论的灌输, 能让学生在实际操作时理解理论, 教师再在这个基础上引导学生进一步分析理论, 达到理论与实践相结合的效果。《OTL功率放大电路的调试与测量》是《电子线路》中的内容, 本文主要针对实验课的教学设计, 教学对象是职中学生。

关于《OTL功率放大电路的调试与测量》的教学设计, 集讲授、师生互动、操作演示、学生操作等多种授课方式, 主要目的是让学生在熟悉OTL功率放大器的组成和理解电路的工作原理的基础上, 完成电路的调试和测量。

本设计的操作演示环节是利用电路仿真软件Multisim实现的。该软件的界面相当于一个真实的电子实验台, 电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上, 轻点鼠标可用导线将它们连接起来, 软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似, 测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真, 又可进行数模混合仿真, 仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因, 仿真结果可随时储存和打印。

本教学设计的具体流程如下:

1.实验开始前, 针对OTL功率放大电路的电路进行简单的复习;

2.进入主课程, 联系实际, 将功率放大电路的作用更具体地表现出来, 让学生明确实验的目的, 也可以此充分激发学生的兴趣, 活跃课堂气氛;

3.试验前, 检查仪器设备, 把实验中可能出现的问题向学生说明, 让学生能在实验中着重注意, 布置试验任务:OTL功率放大电路的调试与测量;

4.教师在Multisim做演示实验, 明确实验步骤, 及实验所需记录的数据和注意细节;

5.学生操作实验, 在Multisim软件上操作, 同时结合具体电路操作, 记录数据, 教师进行个别指导;

6.教师进行实验数据分析, 将Multisim上的仿真数据与具体电路得到的数据进行对比分析, 或者将学生的数据与老师的数据进行比较, 总结OTL功率放大电路的特点, 同时也在其中发现问题并解决;

7.实验总结, 提出要求, 在操作过程中, 没有达到要求的学生应在课后加紧练习, 跟上课程进度;

8.整理实验仪器设备。

在《OTL功率放大电路的调试与测量》实验设计中, Multisim软件既用于教师的演示实验, 又可让学生亲自体验, 同时还结合了具体电路的操作, 更能加深学生对知识的理解和掌握。本实验的教学设计的优点有:实验步骤有条理, 学生容易理解和上手;教师在Multisim软件中的实验示范, 可以让学生更清楚地看到实验的过程, 有利于增强教学效果。学生根据实验任务进行仿真和具体电路操作, 就能很好地完成实验任务, 达到教学目标。利用仿真和电路模型进行实验操作, 操作较简单, 也能减少资源的损耗, 提高效率。本实验设计还充分利用教学资源, 如多媒体课件、投影、电路模型等, 直观地展现实验过程。

传统的电子技术实验教学, 任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好, 学生照讲义的实验步骤按部就班地进行, 这就不可避免地把学生置于被动地位, 他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。利用Multisim软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验, 打破了时间和空间的限制, 学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验, 增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力, 并根据自己的兴趣爱好, 选择一些学生喜欢的实验内容。

利用Multisim软件, 对教师的教学也是一个很好的提高和促进, 计算机仿真与虚拟仪器技术给了教师一个更好的平台, 可在没有实验经费和实验室的情况下进行实验研究和设计。

参考文献

篇6：电子线路设计安装与调试实训-教案

关键词：无线通信；采集控制器；时钟同步；中心主站；数据采集单元

中图分类号：TM933文献标识码：A

新建超、特高压输电线路投入运行前，为考核线路的绝缘性能，在线路首端对断路器进行分闸、合闸连续操作，以模拟系统的操作电磁暂态过程。试验过程中测量输电线路的电压、电流信号，以反映线路的绝缘状况＼[1-3＼]。

现有的测量系统通常由电容分压器、电流互感器、光电隔离器和录波仪等组成。为保证试验过程中测量人员人身安全，并给测量仪器进行供电，通常将光电隔离器、录波仪等设备布置于室内，通过电缆将变电站现场电容分压器低压侧电压信号、电流互感器二次侧电流信号与室内仪器相连＼[4＼]。该测量方法异常繁琐，部分大型变电站，电缆长度可达百米，现场布线工作量大，由于受变电站复杂电磁环境的影响，在电缆中可能感应出较高的过电压，影响测量系统安全运行的可靠性＼[5-8＼]。

目前，国内外很多研究者将无线测控技术应用于高压输变电设备的状态监测中，例如应用Zigbee，WiFi，Wimax，UWB，蓝牙等无线通信方法进行电能计量抄表、高压开关柜、变压器运行状态监测等＼[9-12＼]。上述方法各具优缺点和应用范围，例如：Zigbee适用于近距离、低速率、低成本的无线测控和状态监测。针对输电线路调试，电压电流信息采集点通常距离站控室较远（50～100 m），同时需承受变电站复杂电磁环境影响等，目前鲜有无线测控技术应用文献报道。

本文采用2。4 GHz频段高速无线网桥进行数据通信，设计了一套基于无线传输的输电线路调试测量系统。采用基于IEEE1588协议的高精度时钟同步模块以便于多节点数据的同步传输；将传输数据进行双通道异步处理，以提高数据传输速率。使用本文设计的测量系统，在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试，验证了测量方法的可行性。本系统避免了复杂的布线工作，保证测量系统的安全，大大减少试验工作量。

湖南大学学报（自然科学版）2015年

第10期孙秋芹等：基于无线传输的输电线路调试测量系统设计与实现

1测量系统总体结构

基于无线传输的输电线路调试测量系统结构如图1所示。

该测量系统由无线中心主站、无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点组成。其中，无线中心主站面对用户，负责控制采集传输节点和接收采集传输节点数据，同时进行数据存储、波形显示、数据分析、报表自动生成等；无线电压、无线电流采集传输节点与电容分压器、电流探头相连，采集相关数据并通过无线模块将数据实时上传到中心主站。测量过程中，无线电流和无线电压采集传输节点间使用基于IEEE1588协议的时钟同步模块进行时间同步。

图1基于无线传输的输电线路调试测量系统

Fig。1Measurement system for the testing of transmission

lines based on wireless communication

1。1电容分压系统

考虑到测量系统的带宽及测量方案的简易性，测量过程中，利用变电站电流互感器电容式套管和小型电容器共同构成电容分压系统，其结构示意图如图2所示＼[13＼]。电容分压系统等效电路如图3所示＼[4＼]。

图2电容分压系统结构示意图

Fig。2Schematic diagram of capacitive

voltage divider system

图3中，C1为电容式套管等效电容，C2为分压电容器电容，ui（t）为输电线路一次侧电压，uo（t）为分压电容器二次侧电压。

uo（t）ui（t）=C1C1+C2≈C1C2。（1）

为保证测量仪器和试验人员的安全，电容器输出电压信号幅值在100 V内。针对超高压电流互感器电容式套管，其电容量通常为纳法级，综合考虑，将分压电容器的值设为4 μF。

图3电容分压系统等效电路

Fig。3Equivalent circuit of capacitive

voltage divider system

1。2电流分流系统

本文采用霍尔电流传感器，将其安装于电流互感器二次侧，共同构成电流分流系统，其原理如图4所示。

图4霍尔电流传感器

Fig。4Hall current sensor

当原边导线经过电流传感器时，原边电流Ip产生磁力线，磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过电子电路将该微小的信号转变成副边电流Is，原边电流Ip与副边电流Is满足如下关系式：

Is×Ns= Ip×Np。（2）

式中：Np为原边线圈匝数；Ns为副边线圈匝数＼[14＼]。

2测量系统硬件设计

2。1无线电压、无线电流采集传输节点

无线电压与无线电流采集传输节点主要由A/D模块、无线通信模块、控制器模块和时钟同步模块等组成，其结构如图5所示。

图5采集传输节点结构

Fig。5Schematic diagram of acquisition

and transmission node

各模块结构如下所述。

1）A/D模块。无线电压、无线电流采集传输节点A/D模块均采用MAX125芯片，可以实现多路信号的同步采集。采样精度设置为16位，单通道的最高采样速率为250 ksps。无线电压、无线电流采集传输节点采用独立电源，以减少变电站电磁干扰。

2）无线通信模块。无线通信模块采用Karlnet2400系列无线网桥，通信频段为2。4 GHz，支持点对点和点对多点的网络通信。由于不采用电缆，可避免空间电磁耦合引入的传导干扰影响。此外，变电站干扰源主要可分为工频与谐波干扰源（50 Hz及其谐波）、少量的甚低频干扰源（30 kHz以下）、载频干扰源（10～300 kHz）、射频及视频干扰源（300 kHz）等。采用2。4 GHz通信频段，可远离工频、谐波、载频等干扰源。

中心主站无线通信模块提供一个10/100 Mb/s网络IP 接口，通过网线与服务器相连。无线电流、无线电压采集传输节点分别提供一个10/100 Mb/s网络IP接口，与采集控制器相连。无线网桥间实现相互通信。

3）采集控制器。采集控制器实现高精度数据采集、通过特定算法确定暂态触发事件、通过无线通信模块实时上传数据到中心主站，本地保存重要数据等。本测量系统采集控制器采用ARM与FPGA相结合的架构方式。其中，ARM系统采用Cortex A8处理器，负责与中心主站进行通信，管理数据的采集和传输，确定触发事件发生。FPGA控制A/D数据的采集、时间同步、时间戳标记。

FPGA获取A/D模块数据，通过时钟同步模块M50获得时钟同步信息，将时间戳标记到每帧数据的帧头，然后将数据放入ARM系统的内存中，由ARM中运行的采集控制软件系统处理，此后通过无线模块上传到中心主站。

4）时钟同步模块。时钟同步模块对采集的数据进行时间戳标记，以便于多节点数据在中心主站上的同步显示和分析。本测量系统采用基于IEEE1588协议的高精度时钟同步模块。上述协议中定义了4种消息Sync，Followup，DelayReq和DelayResp，用来测量前向（主时钟至从时钟）和后向（从时钟至主时钟）路径的通信延迟。消息Sync和Followup由主时钟设备发送，从时钟设备负责接收这些消息，并计算主时钟设备到从时钟设备的通信路径延迟，对应产生的同步精度在无线网络条件下可达微秒级。

时钟同步源采用GPS，由无线中心主站作为授时主钟，对各节点进行时钟同步。时钟同步模块提供精确的秒脉冲、TOD（Time of Day）以及10 MHz脉冲波，其硬件结构如图6所示。

图6M50时钟同步模块结构

Fig。6Schematic diagram of M50

clock synchronization module

2。2中心主站

无线中心主站由服务器和客户机组成，其中：服务器负责处理分布式采集节点的大数据，包括分布式数据接收、对齐、存储、转发等功能。客户机对服务器、采集节点进行设置，监控采集节点行为，显示和分析波形数据等。

本测量系统中服务器采用基于X86平台的工业便携式服务器主机，单核CPU频率为2 GHz，服务器配备无线通信模块负责中心主站与采集节点间的无线通信，采用Unix操作系统；客户机选用X86 PC机器，采用Windows 7操作系统。

3测量系统软件设计

测量系统软件主要包括采集控制器端软件系统与中心主站软件系统。其中，采集控制器端软件系统负责与中心主站通信，接收和执行中心主站命令，进行数据采集、数据本地保存、数据上传等工作。主站软件系统包括数据采集传输节点软件系统、数据接受处理中心软件系统等，进行数据的采集、传输、处理及波形显示与分析等。

3。1采集控制端软件系统

采集控制端软件系统结构如图7所示。

图7采集控制端软件系统结构

Fig。7Structure of acquisition controller

software system

采集控制端软件系统包括普通波形缓冲区与重要波形缓冲区两部分。其中，普通波形缓冲区实时向测量系统上传测量数据，每秒传输速率约为40 k；重要波形缓冲区本地保存测量数据，防止重要数据的丢失。本测量系统中，重要波形缓冲区设置保存10 s的试验数据（约400 k），在传输过程中丢失采样数据时，可在监控端向采集控制端发送命令以获取细节信息。

3。2中心主站软件系统

中心主站软件系统包括电压数据采集传输系统、电流数据采集传输系统、数据接受处理中心系统、波形显示和分析系统。

采集节点传输给中心主站的数据格式是每100 ms一帧的200 k采样格式数据。无线电压、电流采集节点上的数据采集程序运行在QNX上，通过Socket API发送数据包到中心主站。数据汇总程序运行在Web服务器上，网络连接采用Mina库。中心主站的控制是通过在浏览器上输入URL来进行在线配置。

1）数据采集传输节点设计。电压数据采集传输系统和电流数据采集传输系统由采集探头驱动层和数据传输层组成。 采集探头驱动层负责接收探头采集到的原始数据，按照探头特性和探头变比参数进行数据转换。

驱动层转换数据后，经由数据传输层将数据暂存到缓冲区中。为了避免接受缓冲区和发送缓冲区之间的同步延长时间，将接收和发送公用一个缓冲区。为了避免因接收和发送速率不同带来的缓冲区数据堆积，系统缓冲区采用生产者消费者队列模型，一边采集接收数据，一边发送数据。

2）数据处理中心设计。数据处理中心用于接收来自电压、电流数据采集传输系统的同步实时数据。考虑到200 k数据的传输对无线带宽的要求比较高，对传输数据进行压缩和异步处理。将原始的200 k数据分为两个通道进行发送，一个是实时通道，另一个是异步通道。实时通道将数据实时发送到处理中心节点用于动态波形显示；异步通道将数据在后台下载到数据中心中。数据采用压缩且哈希索引的方式进行存储。数据处理中心同步发送策略如图8所示。

图8数据处理中心同步发送策略

Fig。8Strategy of data sending of data processing center

4试验验证

为验证调试测量系统的性能，在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试。试验线路运行方式如图9所示。

图9试验线路运行方式示意图

Fig。9Operation mode of testing transmission lines

输电线路参数： R1=0。001 9 Ω/km，R0=0。167 5 Ω/km，L1=0。913 6 mH/km，L0=2。719 0 mH/km，C1=0。013 8 μF/km，C0=0。008 3 μF/km，输电线路长度为90 km。

试验过程中，西津渡变断路器S2处于分闸状态，对茅山变断路器S1进行分合闸操作，测量线路首端的电压和电流，试验现场电流互感器如图10所示。输电线路调试测量系统如图11所示。试验过程中测录的典型电压、电流波形分别如图12和图13所示。

图10电流互感器

Fig。10Current transformer

图11输电线路调试测量系统

Fig。11Measurement system for the

testing of transmission lines

t/s

图12输电线路电压

Fig。12Voltage of transmission lines

t/s

图13输电线路电流

Fig。13Current of transmission lines

该测量系统可满足变电站现场测试要求，由于采用2。4 GHz频段无线通信，测量过程受变电站电磁干扰影响小。

5结论

本文设计了一套基于无线传输的输电线路调试测量系统，由无线中心主站、无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点组成。利用互感器电容式套管和电容器组成无线电压采集传输节点，基于霍尔电流传感器和电流互感器组成无线电流采集传输节点。采用2。4 GHz频段高速无线网桥进行数据通信，避免了变电站电磁波的干扰影响。基于IEEE1588协议的时钟同步模块实现了多节点数据的时间同步；建立了新的数据同步发送策略，提高了数据传输的效率。本测量系统实现了数据存储、波形显示、数据分析和报表自动生成等功能。在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试，验证了测量系统的有效性。

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