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仿真技术电路设计分析

摘要:随着现代教育改革的深化推进,社会对于人才的需求更强调实践性,这给《数字电子技术》课程的发展提出了新的发展要求,其内含的电路设计是课改的关键,针对此,本文将以新课内容及教学实践需求为研究基点,利用可靠性仿真技术进行电路设计,由此在电路制作之前将通过仿真软件将电路结构及元器件参数调整至最佳状态,以为实践教学提供有效支撑。

关键词:可靠性仿真技术;课改要求;任务驱动;电路设计

1基于可靠性仿真技术的电路设计需求分析

基于可靠性仿真技术的电路设计主要是以虚拟仪器设备替代现实电子元器件,从而为电子电路的实践教学提供有效支撑,从而更好了践行“理实一体化”的教学理念,促进学生实践技能的提升,促使课程回归教学的本质。1.1实践性教学开展的内在需求。基于可靠性仿真技术的电路设计,学生可以参与拟订设计方案、仿真模拟等环节,从电路的设计方案、仿真模拟等环节,能够将晦涩难懂的理论知识与实践知识相结合,帮助学生提升实践技能。1.2实现层次化和差异化教学的必然选择。关涉电路设计的技术型教学内容涉及的元器件较为繁杂,且不同元器件性能、参数、封装形式、价格、功耗等存在较大区别,在教学过程中需要反复的实验、测试,这增加了设备投资成本,而且因为学生个性化差异,学习、接受能力各不相同,加之电子元器件复杂程度的不同,应该据此分层次设定目标,以贴近生活、学生所喜爱的教学内容,以“任务驱动”的形式引导学生进入知识和技能的学习,但这势必增加电子元器件的投入,而仿真模拟电路的设计可以利用仿真软件呈现电子电路的操作面板和功能,并通过交互式操作完成相应测试任务,不仅满足了教学需求,而且控制了教学成本。

2基于可靠性仿真技术的电路设计方案

2.1电路设计的整体流程。可靠性仿真技术可以检验电路存在的故障并发现设计的薄弱环节,从而有针对性的进行改进,为了遵循由简入繁的原则,以有效调动学生学习热情和积极性,本文以典型电路电源模块设计为例,设计过程中首先应该进行可靠性仿真实验,其具体的流程如图1所示。2.2电路设计的具体步骤。2.2.1设计信息采集。为了实现电源电路的优化设计,应详细搜集其应用环境和使用方法等信息,具体包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2数字样机建模。电路设计中数字样机建模须采用专业软件实现,但因为学生学习、接受能力存在差异,应该目标层次,将设计过程进行分解,并以“任务驱动”的形式,将不同设计知识分配到各个任务之中,让学生通过分步设计完成理论知识的实践应用,由此才能确保电路设计学习的效果,通常存在热设计信息和振动设计信息两类建模方式,具体的建模步骤为:首先根据将所获取的电路信息进行简化,完成CAD数字样机模型的构建,并依据热设计信息建立CFD数字样机模型,而后依据振动设计信息建立FEA数字样机模型。其次,为确保CFD数字样机与物理样机的一致性,须对其进行修正与验证,利用对电源模块工作状态热测量的方式,获取其关键元器件点温度测试数据,并根据所得结果修正电源模块CFD数字样机的边界条件、期间参数,由此实现对CFD数字样机的修正。再次,同理,也须采用相同的方法对FED数字样机进行修正,且测试过程中,应该在约束条件下对电源模块重点部位,关键元器件进行模态分析,并依据结果完成修正。2.2.3应力分析。温度应力分析选用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析计算电源模块CFD数字样机模型,经过分析可知,电源模块设计中如元器件排布不合理,则会导致电路设计存在热分布过度集中的缺陷。分析中,平台环境温度70℃设定为第一参考温度条件,电源模块表层军温度72℃设为第二参考温度条件,经过分析,为电源模块所在分级提供5V工作电源的功率器区域,是热分布较集中的部位,需要修正电路设计方案。而对于振动应力分析,则选用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析计算电源模块FEA数字样机模型,分析结果显示,电源模块中元器件数量和重量排布、安装方式设计不合理,使得电源模块产生局部共振的设计问题,应该据此进行及时修正,以优化电路设计。

3结束语

本文将可靠性仿真技术引入电路设计之中,将电路细化分类,并根据学生个体差异由简入繁、逐步引导,实现了教学目标的分层实现,也将培养学生的实践技能真正落实到实处。

作者:宋月丽 刘立军 单位:辽宁机电职业技术学院

参考文献

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