電路與系統(tǒng)精選(九篇)

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第1篇：電路與系統(tǒng)范文

【關(guān)鍵詞】電子電路；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)研究

1.引言

當(dāng)前，高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)仿真和綜合優(yōu)化是EAD的技術(shù)的特征。關(guān)于EAD技術(shù)，其一直被廣泛運(yùn)用于教學(xué)與科研當(dāng)中，并且其在科研機(jī)構(gòu)與電子行業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中有著不可替代的位置，是一項(xiàng)具有十分意義的輔助工具。為此，以下就針對(duì)這個(gè)內(nèi)容展開(kāi)論述。

2.相關(guān)軟件介紹

關(guān)于電子電路與系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的軟件有很多種，比如PSpice、Protel、OrCAD、VISIO、PADS、EWB、EAD2002等。關(guān)于PSpice的最新版本為PSpice9.1，這款軟件可以進(jìn)行各種激勵(lì)建立，溫度與噪音分析、波形輸出和數(shù)據(jù)輸出等等，并將仿真結(jié)果顯示在同一個(gè)窗口內(nèi)。到目前Protel的最新升級(jí)版本為T(mén)ango，在早期，Protel的主要作用是為印刷版自動(dòng)布線，最后發(fā)展成為Protel99se，在并購(gòu)之后更名為Altium 公司。當(dāng)前Protel推出的最新版本ProtelDXP包含很多內(nèi)容，如電原理圖繪制、數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表和電子表格生成等功能。關(guān)于OrCAD，它是由OrCAD 公司推出的EDA軟件。這款軟件界面友好直觀，其主要擁有以下功能：電原理圖繪制、模擬與數(shù)字電路混合仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等。它的原件庫(kù)有8500個(gè)，是EDA 軟件最多的一個(gè)。VISIO是VISIO 公司推出的軟件，這款軟甲主要用在作圖上，它可以繪制出單片機(jī)、電路、工藝、組織結(jié)構(gòu)圖、商業(yè)行銷圖等的流程圖。PADS是美國(guó)Mentor Graphics 公司推出的軟件，它是一套完整的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，主要有五個(gè)部分組成，這五個(gè)部分分別為PowerLogic、PowerBGA、CAM350、HyperLynx、PowerPCB。這款軟件可以完成128頁(yè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，其主要采用平面分層和層次化設(shè)計(jì)與混合應(yīng)用方式。EWB主要由加拿大的互交圖像技術(shù)有限公司推出，它具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)功能，即仿真功能和虛擬儀器功能。并且可以在桌面上提供以下工具：萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器等。這個(gè)軟件的容量很小，所以，可以直接拷貝，其在電子行業(yè)被廣泛應(yīng)用。關(guān)于EAD2002，其是由廈門(mén)超倫軟件公司推出的，主要功能是繪圖、輸出、建庫(kù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等。這些功能主要被用于電子線路圖的設(shè)計(jì)、電氣工程圖的設(shè)計(jì)的呢過(guò)方面。其所用的符號(hào)是中國(guó)采用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)，這種符號(hào)比其它的EDA 更方便快捷。

3.層次化設(shè)計(jì)方法

電子電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要面向三個(gè)不同的層次，也就是系統(tǒng)級(jí)、電路級(jí)和物理實(shí)現(xiàn)級(jí)。在以往，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的方法主要是由抵向上的設(shè)計(jì)方法。在此過(guò)程中，其工作主要由專家人工完成，每一次修改就是一次設(shè)計(jì)過(guò)程的重復(fù)。目前的EDA所采用的設(shè)計(jì)方法主要是自頂向下的設(shè)計(jì)方法，這種方法可以使系統(tǒng)性能、系統(tǒng)成本與設(shè)計(jì)所花的時(shí)間達(dá)到平衡。ESDA在設(shè)計(jì)過(guò)程中，其系統(tǒng)級(jí)主要有以下幾個(gè)步驟：首先是根據(jù)性能指標(biāo)和限制條件建立系統(tǒng)方塊圖，其次后運(yùn)用VHDL描述系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)級(jí)模擬進(jìn)行驗(yàn)證。最后，將模塊進(jìn)行劃分，將其分為多個(gè)子模塊。這些子模塊主要有數(shù)字電路、模擬電路等。其電路級(jí)的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行電路原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用相關(guān)優(yōu)化工具生成門(mén)邏輯電路EDIF網(wǎng)表。最后是根據(jù)子系統(tǒng)電路類型的不同選擇不同的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真、優(yōu)化。其優(yōu)化的內(nèi)容有建立工具構(gòu)造、進(jìn)行仿真優(yōu)化等。關(guān)于ESDA中的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是：由系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)決定物理實(shí)現(xiàn)方法。在此過(guò)程中會(huì)涉及到性能、價(jià)值和時(shí)間等問(wèn)題。比如說(shuō)IC系統(tǒng)的 PCB 實(shí)現(xiàn)、掩膜ASIC 的實(shí)現(xiàn)等。

4.設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程

在PCB 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，產(chǎn)生 Gerber是設(shè)計(jì)過(guò)程中的最后一步，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，Gerber是必須文件，它是生產(chǎn) PCB板所需的文件，其主要從PCB 原文件中衍生出來(lái)的光碼文件和坐標(biāo)文件。在這個(gè)過(guò)程中，生成PCB 的菲林膠

片主要由Gerber文件利用光繪機(jī)進(jìn)行，最后再利用菲林膠片生產(chǎn)出PCB 板。在實(shí)際過(guò)程當(dāng)中，一個(gè)PCB 設(shè)計(jì)中含了很多的Gerber 文件，而一個(gè)Gerber 文件又包含了光繪信息。想要將PCB 板完全體現(xiàn)出來(lái)，只需要將1個(gè)PCB 設(shè)計(jì)的所有文件即可。在Gerber文件中，其主要有七種板數(shù)據(jù)，這七種板城數(shù)據(jù)有走線層、電源地平層、SMD 貼片層、絲印層、NC 鉆孔層、鉆孔參考圖層和主焊層等。在實(shí)際情況中，關(guān)于CAD設(shè)計(jì)軟件有文件的輸出功能提供。關(guān)于PowerPCB，其主要有以下幾個(gè)輸出功能：打印功能、繪圖功能、文件輸出功能等。從當(dāng)前的情況上看，關(guān)于電子設(shè)計(jì)最受人咀嚼的話題的EDA 概念，而曾經(jīng)的CAD設(shè)計(jì)模式早已脫離現(xiàn)代軌跡，其所要面臨的挑戰(zhàn)是高速 PCB 設(shè)計(jì)。相關(guān)人員在挑戰(zhàn)高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是必須計(jì)算互連路徑的傳播時(shí)間，保證信號(hào)的完整無(wú)缺才能滿足時(shí)序這個(gè)要求。另一個(gè)是考慮阻抗不匹配的不利影響。

電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)歷由分立元件到UVLSI的過(guò)程。為了使系統(tǒng)的可靠性和通用性得到提高，可用通用全硬件 LSI 電路代替微處理器和專用集成電路。ASIC 體擁有重量輕、功耗能、體積小和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在制作過(guò)程中可利用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件進(jìn)行制作。

5.結(jié)論

在科技的不斷發(fā)展之下，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)環(huán)境有了很大的變化，關(guān)于EDA 技術(shù)，其應(yīng)用了編程技術(shù)制作 ASIC、宏模型庫(kù)、系統(tǒng)級(jí)仿真軟件，以及IP 核的 SOC的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等，從而進(jìn)入了ESDA 階段。在當(dāng)前的電子電路與系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，只有采用EDA 工具，才能達(dá)到提高效率的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]常鴻森，張近葦.電路與系統(tǒng)理論的回顧與展望[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.1996（03）：61-66.

第2篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：課程整合;電路原理;信號(hào)與系統(tǒng)

1“電路原理”與“信號(hào)與系統(tǒng)”課程介紹

“電路原理”課程是高等學(xué)校本科電子與電氣信息類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，該課程以分析電路中的電路原理，研究電路的基本規(guī)律及電路的分析方法為主要內(nèi)容，為之后的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課提供電路理論基礎(chǔ)知識(shí)及電路分析方法支撐的重任。對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，電路課程尤為重要。學(xué)習(xí)本課程要求學(xué)生具備相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)基礎(chǔ)。電路課程理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)，有廣闊的工程背景。電路理論是當(dāng)前電子科學(xué)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一。學(xué)生通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，有助于樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)，對(duì)科學(xué)思維能力、分析計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)研究能力和科學(xué)歸納能力的培養(yǎng)也具有重要的作用。學(xué)生通過(guò)“電路原理”課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)該掌握電路的基本理論知識(shí)、電路的基本分析方法和初步的實(shí)驗(yàn)技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電路理論打下初步的基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程準(zhǔn)備必要的電路知識(shí)。

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程已經(jīng)從電子信息工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程擴(kuò)展成電子信息、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、電氣工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程等眾多電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，甚至在很多非電專業(yè)中也設(shè)置了這門(mén)課程，而其內(nèi)容也從單一的電系統(tǒng)分析擴(kuò)展到許多非電系統(tǒng)分析。雖然各個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)這門(mén)課程時(shí)的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同，應(yīng)用背景也有差異，但是，本課程依然保留了以分析系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的響應(yīng)為主線的教學(xué)體系，以適應(yīng)當(dāng)代信息科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的需要?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》的教學(xué)內(nèi)容分為兩大部分：連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)分析和離散時(shí)間系統(tǒng)分析。涉及了信號(hào)與系統(tǒng)的概念、信號(hào)分析、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析、系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述、傅里葉變換、拉普拉斯變換、z變換等等。該課程對(duì)于理論和實(shí)踐兩個(gè)體系都有很高的要求。

2兩門(mén)課程內(nèi)容優(yōu)化整合

兩門(mén)課程內(nèi)容的優(yōu)化整合是教學(xué)改革的重點(diǎn)和核心，兩門(mén)課程不是簡(jiǎn)單的整合在一起就成，而且兩門(mén)課程之間相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容有大量重復(fù)，“電路原理”課程中包含了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)分析的相關(guān)內(nèi)容，如電路與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)頻率特性、系統(tǒng)零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)、自由響應(yīng)和強(qiáng)迫響應(yīng)、傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉變換、頻譜、系統(tǒng)復(fù)頻域分析、狀態(tài)變量法等。因此，如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，避免重復(fù)教學(xué)是課程內(nèi)容優(yōu)化的一個(gè)核心。在總體優(yōu)化上應(yīng)突出兩門(mén)課程的重點(diǎn)，既要保證各門(mén)課程的相對(duì)獨(dú)立性，又要避免教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù)，力求構(gòu)造相對(duì)完整的課程體系，不再單獨(dú)強(qiáng)調(diào)各個(gè)學(xué)科課程之間的內(nèi)容體系，使兩者相互交融、相輔相成。在內(nèi)容的選擇上，將電路與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)等內(nèi)容放在電路中講述，在“信號(hào)與系統(tǒng)”中重點(diǎn)講述傅里葉變換，并以傅里葉變換為核心研究線性系統(tǒng)和信號(hào)處理和通信理論的相關(guān)問(wèn)題，著重信號(hào)分析和信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的響應(yīng)大力壓縮拉普拉斯變換相關(guān)內(nèi)容，加強(qiáng)離散分析和Z變換等相關(guān)知識(shí)。使既要保證各門(mén)課程的相對(duì)獨(dú)立性，又要避免教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單、重復(fù)、力求構(gòu)造相對(duì)完整的課程體系。

3新課程特點(diǎn)

將“電路原理”、“信號(hào)與系統(tǒng)”課程內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化為“電路、信號(hào)與系統(tǒng)”，兩門(mén)門(mén)課程的整合不是簡(jiǎn)單地拼湊成一門(mén)課程，而是按照專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)融合成有機(jī)聯(lián)系的課程體系。

3.1內(nèi)容更加精練、學(xué)時(shí)減少

對(duì)“電路原理”課中某些經(jīng)典內(nèi)容，如網(wǎng)孔法、電壓法、電流法等電路分析方法，只介紹基本概念和方法，不再追求復(fù)雜電路的計(jì)算，復(fù)雜電路分析可以借助于電路分析軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”中微分方程和差分方程的各種經(jīng)典解法，只了解基本概念、物理意義，不需要掌握復(fù)雜的求解過(guò)程，主要掌握如何用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論，分析和解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。這使得學(xué)生對(duì)兩課程學(xué)習(xí)效率提到，也提高了教學(xué)質(zhì)量。

3.2為避免內(nèi)容膨脹、課時(shí)增加，在“電路原理”課程中壓縮某些經(jīng)典內(nèi)容

3.3在“電路原理”課程中，始終如一地建立信號(hào)與系統(tǒng)的概念

把電路看成為一個(gè)系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的自由響應(yīng)和強(qiáng)迫響應(yīng)、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的物理概念。

3.4可以強(qiáng)調(diào)三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，傅里葉變換、拉普拉斯變換在“電路原理”課中介紹，在“信號(hào)與系統(tǒng)”中在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入Z變換，并且實(shí)際運(yùn)用。

3.5特別強(qiáng)調(diào)信號(hào)頻譜的概念

“電路原理”非正弦電路分析一章中，加強(qiáng)了頻率特性和頻域分析的概念，為學(xué)習(xí)離散時(shí)間信號(hào)分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4教學(xué)方式改革

在對(duì)課程內(nèi)容整合和優(yōu)化的同時(shí)，需要對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革，總體上調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，要改變傳統(tǒng)的滿堂灌、填鴨式的傳統(tǒng)教學(xué)方法，實(shí)行啟發(fā)式、討論式、發(fā)現(xiàn)式教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生不會(huì)感覺(jué)學(xué)習(xí)疲憊。

4.1轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)思想

改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，不該想以前一樣重分?jǐn)?shù)而不重能力，得注重學(xué)生的動(dòng)手能力與所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在具體教學(xué)過(guò)程中，重視基本內(nèi)容的深刻理解和基本概念的建立，熟練掌握公式的使用和解題技巧，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng);使學(xué)生有更多的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題的空間。例如，在求解電路時(shí)，常常涉及到電容上電壓的突變和電感上電流突變的問(wèn)題，即O+和O-不一樣的情況，在介紹這些內(nèi)容時(shí)引入δ（t）函數(shù)，利用函數(shù)可以解決此類問(wèn)題，而且比較容易地將函數(shù)的物理意義介紹清楚。又如離散信號(hào)與系統(tǒng)分析中，數(shù)字濾波器的濾波過(guò)程和濾波性能是一個(gè)難點(diǎn)，在講授中反復(fù)比較模擬濾波器和數(shù)字濾波器的特點(diǎn)及共同點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)數(shù)字濾波器有一個(gè)清晰的概念。例如，在求解電路時(shí)，常常涉及到電容上電壓的突變和電感上電流突變的問(wèn)題，即O+和O-不一樣的情況，在介紹這些內(nèi)容時(shí)引入δ（t）函數(shù)，利用函數(shù)可以解決此類問(wèn)題，而且比較容易地將函數(shù)的物理意義介紹清楚。

4.2加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

我們?cè)陔娐氛n程中，可以增加機(jī)輔教學(xué)內(nèi)容效果很好。在掌握基本內(nèi)容、基本概念的前提下，在電路原理課程中引入計(jì)算機(jī)輔助手段，不僅可以形象展示電路性能、減少?gòu)?fù)雜電路計(jì)算量，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并初步掌握電路分析設(shè)計(jì)的實(shí)用方法，為學(xué)生進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)后接觸實(shí)際應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

目前，在電路教學(xué)中使用的計(jì)算機(jī)輔助分析軟件主要是MATALB，課堂教學(xué)中，在多媒體教學(xué)軟件中加入利用軟件計(jì)算進(jìn)行演示的內(nèi)容。同時(shí)安排專門(mén)的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行使用功能的介紹，并有專門(mén)的上機(jī)練習(xí)和考試時(shí)間。

在本教學(xué)體系中，電路原理方面的機(jī)輔教學(xué)可分成兩個(gè)方面;先對(duì)電路原理見(jiàn)血內(nèi)容進(jìn)行演示，之后在開(kāi)設(shè)MATLAB課程。在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中，由于課程內(nèi)容以離散信號(hào)分析與處理為主，故進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析與處理實(shí)際上已屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍，是“信號(hào)與系統(tǒng)”課程一個(gè)必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)?？紤]到學(xué)生已學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，且多數(shù)學(xué)生自備電腦，故在本課程教學(xué)過(guò)程中，我們編制了MATALB程序，結(jié)合教學(xué)進(jìn)度布置作業(yè)由學(xué)生自行上機(jī)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更好地理解信號(hào)分析與處理的基本原理，更好地鞏固所學(xué)知識(shí)。

隨著用人單位對(duì)本科生知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平要求的不斷提高、本科專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及新興學(xué)科的不斷增加和知識(shí)總量的不斷增長(zhǎng)，基礎(chǔ)教育的地位和作用更需要加強(qiáng)，因此，對(duì)電子類等專業(yè)的“電路原理”“信號(hào)與系統(tǒng)”兩門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行了整合和優(yōu)化，在教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面提出了相應(yīng)的改革方案，使其更加系統(tǒng)化、規(guī)范化，教學(xué)效果會(huì)明顯提高，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的改變，需要對(duì)課程體系進(jìn)行不斷調(diào)整和優(yōu)化，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：通信電子線路；課程體系；高頻；實(shí)踐教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：徐勤（1981-），女，重慶人，重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，講師；楊奕（1962-），男，重慶人，重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，副教授。（重慶400054）

基金項(xiàng)目：本文系重慶市高等教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：112003）、重慶理工大學(xué)高等教育研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011025）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）16-0052-02

近年來(lái)，通信技術(shù)得以飛速發(fā)展，新的通信技術(shù)、通信方案和集成電路層出不窮。如今，通信產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展最迅速，進(jìn)步最快的一個(gè)行業(yè)。[1]“通信電子線路”正是重慶理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）電子信息與自動(dòng)化學(xué)院為適應(yīng)社會(huì)需求，針對(duì)電子信息類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)必修課。作為電子信息工程專業(yè)電路與系統(tǒng)課程體系中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要內(nèi)容包括現(xiàn)代通信系統(tǒng)組成原理、系統(tǒng)設(shè)備電路工作原理及其分析方法。該課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生能在無(wú)線電通信及相關(guān)領(lǐng)域從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、科學(xué)研究等方面的能力。[2]本文分析了目前我?！巴ㄐ烹娮泳€路”的教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，并提出了該課程教學(xué)體系改革的思路與相關(guān)建議。

一、“通信電子線路”的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

通信電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的，本身工程實(shí)踐性就很強(qiáng)，許多理論知識(shí)都可以通過(guò)實(shí)踐得到深入的理解。目前，這門(mén)課在我校電子信息工程以及電子信息與科學(xué)（光電學(xué)院）兩個(gè)專業(yè)的大三開(kāi)設(shè)，課程體系的設(shè)置為理論學(xué)時(shí)數(shù)40，2.5學(xué)分，并無(wú)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

在對(duì)其他高等院校的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，大部分其他院校針對(duì)信息類專業(yè)在這門(mén)課程的教學(xué)大綱中都安排了相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。表1中詳細(xì)列舉了部分院校的“通信電子線路”的課程體系。（注：各院校課程名稱略有差異）

從表1中可以看出，雖然各高校在這門(mén)課程上分配的理論學(xué)時(shí)數(shù)有差異，但都分配了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)主要分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩類。清華大學(xué)作為全國(guó)最優(yōu)秀的高等學(xué)府，尤為突出了實(shí)踐教學(xué)的重要性，在學(xué)時(shí)數(shù)的分配上甚至超出了理論教學(xué)，充分體現(xiàn)了清華大學(xué)堅(jiān)持“以實(shí)踐教學(xué)”的教學(xué)理念。華中科技大學(xué)和重慶大學(xué)作為全國(guó)一流的重點(diǎn)大學(xué)，實(shí)踐和理論并重，分配了等同的學(xué)時(shí)數(shù)。西華師范大學(xué)和我校一樣，屬于省部級(jí)重點(diǎn)建設(shè)高校，在該課程體系上分配的理論和實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)分配大致為2：1。而我校的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)目前仍為空白。

筆者在多年講授“通信電子線路”這門(mén)課程的過(guò)程中，感受該課程缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)帶來(lái)的一系列問(wèn)題：

該門(mén)課程本身內(nèi)容多，概念多，電路復(fù)雜，采用非線性分析方法，比較抽象。[3]加上缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)的輔助，學(xué)生不易理解電路功能，常常感到學(xué)習(xí)困難，學(xué)習(xí)興趣低下，教學(xué)效果較差。

由于缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的理解只能停留在理論知識(shí)上。即使是對(duì)課程掌握比較好的同學(xué)，也只是了解單元電路的理論工作原理，很難理解單元電路實(shí)際中是如何作用于整個(gè)通信系統(tǒng)中的。不少同學(xué)反映說(shuō)，學(xué)完這門(mén)課程后感覺(jué)只是死記硬背了一些電路和公式，對(duì)各種電子器件和單元電路仍沒(méi)有深刻的理解，更不要說(shuō)理解電路的應(yīng)用和自主創(chuàng)新地設(shè)計(jì)電路了。

在近年來(lái)的全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中，通信電子線路相關(guān)課題呈現(xiàn)出越來(lái)越重要的趨勢(shì)。[4]但是由于我校通信電子線路實(shí)踐環(huán)節(jié)的空白，學(xué)生在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中跟其他兄弟院校相比處于劣勢(shì)。

我校正處在一個(gè)變革和高速發(fā)展的階段，在推進(jìn)素質(zhì)教育，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量上取得了一系列的碩果。但是，現(xiàn)階段“通信電子線路”這門(mén)課程體系結(jié)構(gòu)不夠合理，單純的理論學(xué)習(xí)并不能滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)信息類人才的需求。缺乏相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是該課程教學(xué)改革亟待解決的問(wèn)題。

二、“通信電子線路”的改革方案

“通信電子線路”課程改革的主要思路是圍繞創(chuàng)建通信電子線路實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)展開(kāi)。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，一方面可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)通信電路的興趣，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)已學(xué)電路知識(shí)的理解和掌握；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)可以進(jìn)一步推動(dòng)理論教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核手段的改進(jìn)，從而完善課程建設(shè)，提高教學(xué)質(zhì)量。

1.創(chuàng)建“通信電子線路”實(shí)踐教學(xué)體系

由于我校學(xué)生的層次參差不齊，一方面，從有利于培養(yǎng)學(xué)生能自覺(jué)應(yīng)用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才打下良好的基礎(chǔ)角度考慮，結(jié)合目前人才培養(yǎng)方案和專業(yè)素質(zhì)教育要求，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，建議進(jìn)行以下課程的改革方案，將整個(gè)通信電子線路實(shí)踐分為基本實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)踐“兩階段三層次”。[5]

第一階段：基本實(shí)驗(yàn)

（1）基礎(chǔ)常規(guī)：增設(shè)“通信電子線路實(shí)驗(yàn)”必修課，有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱，為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，用單元電路實(shí)驗(yàn)板、綜合實(shí)驗(yàn)板和實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生加深和鞏固對(duì)通信電子線路基本單元電路的理解，初步掌握通信電路的測(cè)試方法。但理論課與實(shí)驗(yàn)課分工而不分家，理論課老師仍然參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)并負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)。

（2）系統(tǒng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：類似電子線路課程設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)一個(gè)典型的完整的通信系統(tǒng)，例如無(wú)線收發(fā)信機(jī)的搭接、調(diào)試、指標(biāo)性能測(cè)量，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)靈活應(yīng)用和系統(tǒng)級(jí)思維的能力，建立系統(tǒng)概念，為學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)與制作電路打下良好的基礎(chǔ)。

第二階段：拓展實(shí)踐

（3）創(chuàng)新型實(shí)踐：開(kāi)課時(shí)間為晚上，周末或寒暑假這些空閑的時(shí)間，為部分對(duì)電子設(shè)計(jì)有濃厚興趣并有探索精神的學(xué)生提供進(jìn)一步提升的平臺(tái)。實(shí)踐過(guò)程以學(xué)生課外自學(xué)為主，教師輔導(dǎo)為輔，學(xué)生可根據(jù)興趣自行選題，或由教師給出相關(guān)參考方向，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)具有某種功能的通信電子系統(tǒng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極申請(qǐng)項(xiàng)目，參與學(xué)科競(jìng)賽。目前，學(xué)校為學(xué)生自主創(chuàng)新已提供了良好平臺(tái)，包括“開(kāi)拓杯”電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目等，還有重慶市“盛群杯”設(shè)計(jì)大賽以及全國(guó)的電子設(shè)計(jì)大賽。

通過(guò)這個(gè)層面的實(shí)踐訓(xùn)練，部分學(xué)生會(huì)具備一定的通信電路分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，對(duì)通信方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣。這部分學(xué)生可通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步研究甚至進(jìn)行深造。

這三個(gè)層次的實(shí)踐訓(xùn)練是循序漸進(jìn)、層層推進(jìn)的，目的是使學(xué)生系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)各種功能單元電路的工作原理和分析設(shè)計(jì)方法，建立起現(xiàn)代通信的系統(tǒng)概念，為今后從事通信電路及相關(guān)電子系統(tǒng)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.以實(shí)踐教學(xué)為依托，改革通信電子線路理論教學(xué)

在引入實(shí)踐教學(xué)后，理論教學(xué)過(guò)程也應(yīng)做了相應(yīng)的調(diào)整，突出應(yīng)用和工程實(shí)踐的特點(diǎn)，把理論知識(shí)的傳授和實(shí)踐能力的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)。在實(shí)踐中，電路設(shè)計(jì)工作基本上是以應(yīng)用為主，不需要更多了解模塊或者芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而需要了解電路的基本功能和使用方法即可。[6]而目前的通信電路教學(xué)依然以基本的分離元件電路為主，包括混頻、調(diào)制和解調(diào)等電路，均是采用傳統(tǒng)的二極管或者三極管構(gòu)建的電路。但這些功能在實(shí)踐教學(xué)中基本上都已經(jīng)集成化。這就要求在理論教學(xué)過(guò)程中，適當(dāng)?shù)胀ㄈ龢O管電路設(shè)計(jì)和分析內(nèi)容，加強(qiáng)功能分析，進(jìn)一步強(qiáng)化模塊和集成電路的應(yīng)用。例如：學(xué)習(xí)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、鎖相電路時(shí)，可介紹一些芯片，包括一些知名的半導(dǎo)體公司；在講解某種單元電路工作原理過(guò)程中，增加這種電路應(yīng)用于哪些電子設(shè)備中的情況，在系統(tǒng)中的地位及其性能對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響。[7]

3.改革評(píng)價(jià)考核機(jī)制，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性

目前的教學(xué)評(píng)價(jià)僅考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握，考試內(nèi)容局限于課堂筆記和書(shū)本內(nèi)容，這與通信電子線路的實(shí)踐性不相符。[7]一個(gè)完善的課程考核應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在全面性、多樣化和立體化上，體現(xiàn)對(duì)通信電子線路理論知識(shí)方面的考查，對(duì)實(shí)踐能力、實(shí)驗(yàn)技能方面的考查，對(duì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力方面的考查?？蓞⒖加勺鳂I(yè)評(píng)分、期末考試、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的能力考核和平時(shí)課堂表現(xiàn)4個(gè)部分組成。考核重點(diǎn)是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)效果、理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)、知識(shí)與能力幾個(gè)方面進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)地分析。理論考核中，加強(qiáng)基礎(chǔ)、側(cè)重應(yīng)用、淡化計(jì)算，并融入實(shí)驗(yàn)筆試部分。在實(shí)驗(yàn)考核中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)由教師考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中反映出的對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解、動(dòng)手能力、科學(xué)作風(fēng)、分析問(wèn)題能力和探索創(chuàng)新精神進(jìn)行綜合評(píng)定。建立多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)分機(jī)制，突出能力方面的考核，激發(fā)學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)的積極性和熱情。

三、結(jié)束語(yǔ)

筆者通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)“通信電子線路”課程體系改革進(jìn)行了探索和研究，提出了構(gòu)建一套通信電子線路實(shí)踐教學(xué)體系，以填補(bǔ)我校沒(méi)有通信電子線路實(shí)踐教學(xué)的空白，并希望以此推動(dòng)理論教學(xué)方法。教學(xué)內(nèi)容的改革，逐步完善通信電子線路課程建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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第4篇：電路與系統(tǒng)范文

[關(guān)鍵詞]電力載波 MI200E 單片機(jī) 節(jié)能控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）11-0372-01

引言

電力載波通信是一個(gè)可靠性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，在路燈控制系統(tǒng)中起著重大的作用。低壓電力線通信有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）時(shí)變性。對(duì)于載波信號(hào)而言，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的電力負(fù)載在低壓配電網(wǎng)的任意位置隨機(jī)投入或斷開(kāi)，使信道表現(xiàn)出很強(qiáng)的時(shí)變性，因此不能利用簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)方法來(lái)確定線路信號(hào)。（2）頻率選擇性。由于低壓配電網(wǎng)直接面向用戶，符合情況非常復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)阻抗不匹配，故信號(hào)容易產(chǎn)生反射，駐波，諧振等現(xiàn)象，使得信號(hào)的衰減變得極其復(fù)雜，造成電力線載波通信，造成信道具有很強(qiáng)的頻率選擇性。（3）噪聲干擾強(qiáng)而信號(hào)衰減大。電力線中的噪聲干擾主要包括由傳輸電流發(fā)生的電磁場(chǎng)引起的背景噪聲干擾，以及由于某些電磁波產(chǎn)生的脈沖噪聲干擾兩部分。

一、MI200E芯片的介紹及在通信中的應(yīng)用

MI200E是一款專門(mén)針對(duì)低壓電力線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的高集成度、高性能的電力線載波通訊芯片。MI200E 是一個(gè)可工作于碼分多址（CDMA）方式的半雙工調(diào)制解調(diào)芯片。并且提供載波偵聽(tīng)和有效幀指示信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)基于共享信道的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議。 此芯片是檢測(cè)過(guò)零發(fā)送機(jī)制，避開(kāi)電力線重載區(qū)，可變擴(kuò)頻增益控制，可適用于不同環(huán)境的自適應(yīng)傳輸速率，三種可選的載波頻率，八個(gè)可選的擴(kuò)頻碼，內(nèi)置CRC-16硬件校驗(yàn)電路，內(nèi)置開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器內(nèi)置數(shù)字功率放大器。內(nèi)部集成了諸多階開(kāi)關(guān)電容濾波器，高效數(shù)字放大器。CRC-16硬件校驗(yàn)等多種電路。由于MI200E是一款數(shù)?；旌闲酒?，因此在進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)都必須遵循一定的準(zhǔn)則。

在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，在電源電路，耦合電路與信號(hào)濾波電路的參數(shù)設(shè)定與器件選擇，PCB設(shè)計(jì)上都必須仔細(xì)考慮。而在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，如何正確設(shè)置MI200E的寄存器，才能讓通信可靠，也是需加以注意的。

MI200E與主控端的數(shù)據(jù)交換通過(guò)SPI實(shí)現(xiàn)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，簡(jiǎn)單而高效，最高速率可達(dá)幾Mbps，并且能夠與主流MCU實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單良好的聯(lián)接。以下是應(yīng)用原理圖

經(jīng)過(guò)產(chǎn)品測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在一定的距離內(nèi)此模塊通信的可靠性是可以實(shí)現(xiàn)的。

二、路燈節(jié)能控制模式

在電力系統(tǒng)中路燈節(jié)能可以選擇多種方式，其中有時(shí)控，光控，旁路控制等模式。

時(shí)控模式：路燈控制器能根據(jù)時(shí)間來(lái)控制開(kāi)關(guān)燈并調(diào)整路燈的供電電壓。各地區(qū)由于所在緯度不同，每天日出日落的時(shí)間都是不同的。根據(jù)天文年歷可以查出一個(gè)地區(qū)一年內(nèi)日落日出的時(shí)間。在誤差允許范圍內(nèi)，又可以將一年大致分為三個(gè)季節(jié)段來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制， 每個(gè)季節(jié)段有著不同開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。從開(kāi)燈到關(guān)燈， 根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r， 又可大致分為三個(gè)階段來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制， 比如：交通高峰期（晚上17：00～20：00），交通正常期（晚上20：00～01：00）和交通低谷（凌晨01：00～天亮）。所以路燈工作在額定電壓的93%，既可保證照度，又可使路燈壽命大大延長(zhǎng)， 是路燈的最優(yōu)工作狀態(tài)。

光控模式：一般情況下， 路燈的分時(shí)控制可以取得不錯(cuò)的節(jié)電效果。但由于各地區(qū)的電力供應(yīng)略有不同， 有些地區(qū)的電網(wǎng)電壓偏高， 有些地區(qū)的電網(wǎng)電壓偏低，并且電網(wǎng)電壓還會(huì)隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生波動(dòng)。這時(shí)單純的分時(shí)控制就顯得力不從心了。路燈節(jié)能控制器能對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 與分時(shí)控制配合起來(lái)， 取得了良好的效果， 具體做法如下： 在交通高峰階段， 路燈應(yīng)保證足夠的亮度。正常情況下，路燈應(yīng)投入第一檔運(yùn)行。但如果此時(shí)電網(wǎng)電壓偏低（比如低于208V），則路燈應(yīng)全壓運(yùn)行；如果電網(wǎng)電壓偏高（比如高于236V） ，則路燈可以跳過(guò)第一檔，直接投入第二檔運(yùn)行。（注：為了防止檔位的頻繁切換，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)電壓208V或高于236V時(shí)， 應(yīng)延長(zhǎng)一段時(shí)間重新判斷后再做決定）。在交通正常階段，要兼照度和節(jié)電效果。正常情況下，路燈應(yīng)該投入第二檔運(yùn)行。但如果電網(wǎng)電壓低于208V，則路燈可以返回第一檔運(yùn)行；如果電網(wǎng)電壓高于242V，則路燈直接投入第三檔運(yùn)行。這里同樣要考慮延時(shí)問(wèn)題。在交通低谷階段，重點(diǎn)考慮節(jié)電效果。正常情況下，路燈應(yīng)該投入第三檔運(yùn)行。只有當(dāng)電網(wǎng)電壓過(guò)低時(shí)（比如低于195V），路燈才返回第二檔運(yùn)行。

旁路控制：該路燈控制系統(tǒng)可以工作在旁路模式和省電模式。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到接觸器線路故障時(shí)， 自動(dòng)切換到旁路模式供電。旁路模式下，交流電不經(jīng)過(guò)控制器和自耦變壓器而直接對(duì)路燈進(jìn)行供電。

三、MI200E在路燈控制系統(tǒng)下的應(yīng)用

路燈系統(tǒng)控制主要分為兩部分：路燈單燈系統(tǒng)和路燈集中控制系統(tǒng)。路燈單燈系統(tǒng)主要是在每一個(gè)路燈或者幾個(gè)路燈看做一個(gè)系統(tǒng)做為一個(gè)控制，集中控制系統(tǒng)是以每個(gè)區(qū)或者自定義的一個(gè)范圍進(jìn)行集中控制。如圖2為路燈系統(tǒng)框圖，其中每個(gè)單燈系統(tǒng)都應(yīng)該有一個(gè)電力系統(tǒng)載波通信模塊，集中控制器可以將控制指令傳輸?shù)矫總€(gè)單燈系統(tǒng)，每個(gè)單燈系統(tǒng)又可以將各自的狀態(tài)通過(guò)電力載波通信傳遞給集中控制器。

結(jié)束語(yǔ)

利用電力載波通信方式傳輸數(shù)據(jù)智能路燈控制器是根據(jù)不同季節(jié)， 不同時(shí)段的廣場(chǎng)或路面的照明的需要， 合理配置了燈具的亮滅方案， 可實(shí)現(xiàn)路燈的定時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)， 亮度的定時(shí)自動(dòng)調(diào)整， 從而達(dá)到既節(jié)約電能又延長(zhǎng)了燈泡的壽命的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 李朝生，林鶴云.基于單片機(jī)控制路燈節(jié)電系統(tǒng)的研究[J].節(jié)能， 2007，16（5）：24～25.

第5篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞: 鐵路供電; 單芯電纜; 電容電流; 智能箱變

Abstract: To improve reliability,the high-speed railway power supply system uses a variety of new technologies and

equipment.This paper will focus on analyzing the technical problems with their solutions in design of entire single-core cable

power line along the railway and the contribution of intelligent box-type substation, power telecontrol system to improve the

reliability of the power supply.

Key word:Railways power supply; single-core; cable capacitive current; intelligent box-type substatione

中圖分類號(hào):U223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引言

世界已進(jìn)入建設(shè)高速電氣化鐵路的新時(shí)期。特別是歐洲已經(jīng)突破了國(guó)界，向路網(wǎng)化、國(guó)際化發(fā)展。高速電氣化鐵路已經(jīng)成為國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和鐵路現(xiàn)代化的主要標(biāo)志之一。按照鐵道部的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，從2005年到2020年，鐵道部將投入兩萬(wàn)億元資金進(jìn)行鐵路建設(shè)，近期每年投資在2000億元以上。到2020年，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到10萬(wàn)公里，電化率均達(dá)到50%以上。

鐵路電力供電系統(tǒng)為除列車牽引供電以外的所有鐵路設(shè)施供電. 鐵路供配電系統(tǒng)是從地方變電站接引兩路10kV（35kV）電源，通過(guò)鐵路變配電所向鐵路車站、區(qū)間負(fù)荷供電. 鐵路變配電所的間距40～60km, 個(gè)別區(qū)段長(zhǎng)達(dá)80～90km. 高速鐵路區(qū)間每隔3km左右有一處負(fù)荷點(diǎn), 負(fù)荷類型為通信、信號(hào)、防災(zāi)設(shè)備等一級(jí)負(fù)荷及區(qū)間攝像機(jī)等二級(jí)負(fù)荷. 從變配電所饋出2條10kV電力線路, 沿鐵路敷設(shè)向其供電, 該電力線路被稱為貫通線, 一條稱一級(jí)負(fù)荷貫通線, 另一條稱綜合負(fù)荷貫通線. 貫通線兩端的鐵路變配電所通過(guò)貫通饋線高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電壓互感器與斷路器聯(lián)鎖均能為其供電[1]. 為了保證長(zhǎng)距離、輕負(fù)荷的區(qū)間貫通線供電質(zhì)量, 鐵路變配電所設(shè)有專用10/10kV的調(diào)壓器, 經(jīng)過(guò)調(diào)壓器向貫通線供電[2]. 高速鐵路10kV配電所主接線圖見(jiàn)圖1.

二、單芯全電纜貫通線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

我國(guó)常速鐵路貫通線以架空方式為主，地形困難地區(qū)輔以電纜敷設(shè)。架空線路抗擊自然災(zāi)害能力較弱，例如, 2007年底的冰凍災(zāi)害導(dǎo)致架空線路損毀, 沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)、內(nèi)陸地區(qū)洪水等都可能引起架空貫通線供電中斷, 導(dǎo)致鐵路停運(yùn). 調(diào)研國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家高速鐵路供電系統(tǒng), 德國(guó)等西歐國(guó)家采用單芯全電纜方式供電[3].

德國(guó)鐵路密集, 采用網(wǎng)狀供電系統(tǒng); 我國(guó)幅員遼闊, 采用沿鐵路的線型供電系統(tǒng).其中以論述我國(guó)高速鐵路單芯電纜貫通線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）、抑制長(zhǎng)電纜貫通線電壓抬升

由于單芯電纜工作電容遠(yuǎn)大于架空線路工作電容，鐵路貫通線負(fù)荷小，每一區(qū)間供電點(diǎn)的變壓器容量為2～30KkVA.其負(fù)載電流與充電電流相比不能忽略. 電纜充電電流在長(zhǎng)電纜線路中將會(huì)產(chǎn)生末端電壓升高［1］.

舉例：某鐵路（用X鐵路代名）一級(jí)負(fù)荷貫通線采用50mm2的單芯全電纜線路, 綜合負(fù)荷貫通線采用70mm2

的架空和三芯電纜結(jié)合的混合線路, 混合線路中電纜比例高達(dá)70％. 通過(guò)采用MATLAB/simulink仿真軟件, 利用分布參數(shù)模型計(jì)算得知, 當(dāng)貫通線空載線路不設(shè)置并聯(lián)電抗器時(shí), 貫通線末端電壓抬升最大, 較首端升高10％; 貫通線帶負(fù)載, 不設(shè)置固定電抗器, 末端電壓亦升高, 較首端升高7％. 數(shù)據(jù)差異的原因?yàn)樨?fù)載電流沿貫通線產(chǎn)生電壓降; 負(fù)載

呈感性, 抵消部分電纜容性充電電流.

為了保證貫通線試運(yùn)行空載和滿負(fù)載的電壓質(zhì)量, 在貫通線首末端（兩端）設(shè)置并聯(lián)電抗器, 抑制長(zhǎng)電纜線路電壓抬升. 此時(shí), 貫通線空載末端電壓較首端升高5％, 負(fù)載末端電壓較首端升高2.5％.

在鐵路變配電所內(nèi)貫通饋線后設(shè)置固定電抗器目的便于運(yùn)營(yíng)維護(hù), 其效果較在區(qū)間電纜線路上分散設(shè)置電抗器略差, 但能滿足規(guī)范要求. 并聯(lián)電抗器的投切納入電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控, 以保證空載和滿負(fù)載時(shí)電壓質(zhì)量和設(shè)備正常運(yùn)行.

（二） 中性點(diǎn)接地方式的確定

我國(guó)電力系統(tǒng)的常用接地方式有四種: 中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)諧振接地; 中性點(diǎn)阻抗接地; 中性點(diǎn)不接地。其中，中性點(diǎn)阻抗接地，按接地電流大小又氛圍高阻接地和低阻接地。

常速鐵路電力設(shè)計(jì)中，貫通線以架空線路為主，電容電流比較小，采用中性不接地系統(tǒng)。根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）3.1.2條規(guī)定：10kv全電纜線路單相接地故障電容電流超過(guò)30A，10kv架空電纜呼和線路單相接地故障電容電流超過(guò)20A 時(shí)，接地系統(tǒng)應(yīng)此阿勇諧振接地系統(tǒng)或小電阻（也就是俗稱的低阻）接地系統(tǒng)。

隨著電力電子科技的發(fā)展，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置具備準(zhǔn)確測(cè)量系統(tǒng)電容電流大小、正確識(shí)別系統(tǒng)單項(xiàng)接地狀態(tài)、自動(dòng)跟蹤和補(bǔ)償系統(tǒng)單相接地時(shí)的電容電流。同時(shí)消弧線圈成套裝置設(shè)有阻尼電阻，能有效抑制電纜線路的諧振過(guò)電壓。

2.消弧線圈成套裝置接于10kV系統(tǒng)的中性點(diǎn), 鐵路變配電所有2種方法可以接引中性點(diǎn).

方法1: 10/10kV調(diào)壓器采用Dyn接線方式, 在調(diào)壓器副邊可以引出中心點(diǎn).

方法2: 在貫通母線段通過(guò)接地變壓器引出中性點(diǎn).

根據(jù)規(guī)范《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T 620—1997）3.1.6的規(guī)定: 接于

YN, d接線的雙繞組或YN, yn,d接線的三繞組變壓器中性點(diǎn)上的消弧線圈容量, 不應(yīng)超過(guò)變壓器三相總?cè)萘康?0%, 并不得大于三繞組變壓器的任一繞組的容量.

（三） 容性無(wú)功倒送的補(bǔ)償

鐵路變配電所從地方變電站接引外電源, 規(guī)范要求高壓側(cè)功率因數(shù)補(bǔ)償至0.9～1. 鐵路用電設(shè)備為照明、電機(jī)和電子類, 均呈感性. 常速鐵路設(shè)計(jì)中, 鐵路變配電所設(shè)置高壓電容器補(bǔ)償功率因數(shù).

高速鐵路一級(jí)負(fù)荷貫通線為全電纜線路，全電纜線路由于充電電流影響，出現(xiàn)容性無(wú)功倒送。

貫通線上的固定電抗器能補(bǔ)償部分容性無(wú)功, 但固定電抗器容量不可調(diào)整, 無(wú)法滿足功率因數(shù)的補(bǔ)償精度要求; 同時(shí)考慮一組固定電抗器損壞時(shí)應(yīng)保證鐵路正常供電.基于上述分析, 在全電纜的一級(jí)負(fù)荷貫通線調(diào)壓器原邊母線上設(shè)置可調(diào)電抗器; 綜合負(fù)荷貫通線調(diào)壓器的原邊母線上取消電容器補(bǔ)償。

、單芯電纜金屬層接地方式選擇

電纜線路薄弱點(diǎn)為電纜頭，有些鐵路上為了減少電纜中間頭，采用單芯電纜取代三芯電纜，50mm2的單芯電纜盤(pán)廠達(dá)到3km。單芯電纜的金屬外層采用金屬非磁鎧裝，避免金屬外凱層產(chǎn)生渦流。

10kV的三芯電纜帶平衡負(fù)荷時(shí), 三相電流向量和為零, 金屬屏蔽層上的感應(yīng)電勢(shì)疊加為零, 三芯電纜金屬層采用兩端直接接地的方式. 10kV單芯電纜芯線通過(guò)電流時(shí), 在交變電場(chǎng)作用下, 金屬屏蔽層必然感應(yīng)一定的電動(dòng)勢(shì). 單芯電纜金屬屏蔽層感應(yīng)電壓的大小與電纜長(zhǎng)度和線芯負(fù)荷電流成正比, 并與電纜排列的中心距離、金屬屏蔽層的平均直徑有關(guān).

根據(jù)《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T5221-2005)10條規(guī)定: 單芯電纜金屬護(hù)套和金屬屏蔽層應(yīng)采取以下四種之一的方式接地

a．電纜一端直接接地, 另一端通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地

b. 電纜線路中間一點(diǎn)接地, 兩端通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地

c. 交叉互聯(lián)接地

d. 電纜兩端直接接地

方法a、b的性質(zhì)相同; 方法c施工復(fù)雜, 運(yùn)營(yíng)維護(hù)困難

方法d施工方便, 但有以下缺點(diǎn): 在電磁感應(yīng)電壓的作用下, 單芯電纜屏蔽層中產(chǎn)生環(huán)流, 環(huán)流引起電纜護(hù)層發(fā)熱; 高速鐵路沿鐵路線設(shè)置綜合接地系統(tǒng), 所有需接地的強(qiáng)弱電系統(tǒng)均與其相聯(lián), 電力機(jī)車的部分牽引工作電流通過(guò)綜合接地系統(tǒng)流回到牽引變電所, 采用方法d將使貫通線金屬屏蔽層和金屬護(hù)層通過(guò)接觸網(wǎng)回流, 影響單芯電纜運(yùn)行安全.

智能箱式變電站和電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

(一)、 鐵路區(qū)間的通信、信號(hào)負(fù)荷是關(guān)系到高速鐵路行車安全的一級(jí)負(fù)荷, 例：某鐵路設(shè)計(jì)采用10/0.4kV智能箱式變電站, 由一級(jí)負(fù)荷貫通線和綜合負(fù)荷貫通線供電, 智能箱變主用電源主接線見(jiàn)圖2, 備用電源主接線同此. 箱變高壓側(cè)采用“π”接的接線方式, 設(shè)置三組高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和電流互感器、電壓互感器。

圖2 智能箱變主用電源主接線圖

高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)納入遠(yuǎn)動(dòng)的作用：當(dāng)貫通線出現(xiàn)故障時(shí)，電力調(diào)度中心通過(guò)自動(dòng)或者遠(yuǎn)方手動(dòng)切除故障區(qū)段，即分?jǐn)嘭炌ň€故障區(qū)段兩側(cè)只能箱變的高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)，通過(guò)兩側(cè)鐵路變配電所向貫通線供電。這樣保證貫通線出現(xiàn)一處線路故障時(shí)，不影響一級(jí)負(fù)荷的供電。

低壓開(kāi)關(guān)納入遠(yuǎn)動(dòng)的作用：監(jiān)視一級(jí)負(fù)荷用電點(diǎn)低壓供電，防止長(zhǎng)距離供電影響電能質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理負(fù)荷引起的低壓回路跳閘。

通過(guò)采用智能箱變, 所有高低壓開(kāi)關(guān)和電流互感器、電壓互感器納入電力遠(yuǎn)動(dòng), 每一開(kāi)關(guān)的RTU控制裝置具備電流電壓故障錄波功能, 便于事故原因分析和查找, 縮短貫通線故障的查找時(shí)間. 為了方便智能箱變維修和遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)試, 利用遠(yuǎn)動(dòng)通道設(shè)置與調(diào)度中心聯(lián)系的IP電話. 鐵路沿線無(wú)人看守, 箱變?cè)O(shè)置門(mén)磁并將信息上傳, 監(jiān)視箱變非正常開(kāi)門(mén). 箱變內(nèi)設(shè)煙感探測(cè)器并上傳信息. 為保證通信處理機(jī)等弱電設(shè)備正常工作, 箱變?cè)O(shè)置溫控自啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng). 通過(guò)上述技術(shù)措施, 提高智能箱變及供電系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性

（二） 電力SCADA系統(tǒng)

X鐵路將重要電力設(shè)施納入電力遠(yuǎn)動(dòng). 電力遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)象為: 鐵路變配電所、和通信智能箱變, 無(wú)鐵路變配電所車站接引的地方10kV電源, 貫通線固定電抗器. X鐵路166km, 共有

33個(gè)供電點(diǎn)納入電力遠(yuǎn)動(dòng).電力遠(yuǎn)動(dòng)通道采用鐵通提供的信息多業(yè)務(wù)平臺(tái), 即專用廣域網(wǎng)

。通信光纜沿鐵路敷設(shè), 冗余配置, 每一需納入電力遠(yuǎn)動(dòng)的供電點(diǎn)提供一路2M

帶寬的RJ45以太網(wǎng)接口, 設(shè)于上海鐵路局調(diào)度中心的電力遠(yuǎn)動(dòng)主站通過(guò)TCP/IP與每一被控端聯(lián)系. 實(shí)現(xiàn)各重要被控端的無(wú)人值班, 實(shí)時(shí)監(jiān)控.

四、結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路在單芯電纜線路上設(shè)置固定電抗器抑制末端電壓抬升, 貫通線采用諧振接地系統(tǒng), 鐵路變配電所使用可調(diào)電抗取代電容器補(bǔ)償容性無(wú)功功率, 單芯電纜采用一端直接接地、另一端通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地, 上述技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)中國(guó)高速鐵路第一條單芯全電纜線路安全送電.同時(shí)要采用只能箱變、多點(diǎn)更大規(guī)模電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)提高高速鐵路供電可靠性。

參考文獻(xiàn):

[1] HEINHOLD L, STUBBE R. 電力電纜及電線[M]. 門(mén)漢文, 崔國(guó)璋, 王海譯. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2001: 402.

第6篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：高速公路　機(jī)電系統(tǒng)　結(jié)構(gòu)　功能

1. 引言

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的主要輔助管理系統(tǒng)，是對(duì)高速公路實(shí)施現(xiàn)代化管理的主要工具。高速公路機(jī)電系統(tǒng)主要由高速公路監(jiān)控、收費(fèi)、通信、照明、供配電和隧道安全運(yùn)行保障等子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內(nèi)部由通信網(wǎng)聯(lián)系。

2. 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，是采用現(xiàn)代化的手段對(duì)全線交通流量、交通狀況、環(huán)境氣象、設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，按照一系列智能控制規(guī)則和策略產(chǎn)生控制方案及控制手段，調(diào)整道路交通流的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制交通流量、改善交通環(huán)境、減少交通事故，達(dá)到安全、舒適、快捷的運(yùn)輸目的。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，監(jiān)控系統(tǒng)必須具備最基本的三個(gè)功能：（1）采集交通流數(shù)據(jù)，判斷交通狀態(tài)：（2）根據(jù)交通狀態(tài)，實(shí)施控制策略，決定控制參數(shù)；（3）執(zhí)行控制策略，將控制參數(shù)作用于交通流。

2.2 根據(jù)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和設(shè)備特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)可分為如下功能子系統(tǒng)：

2.2.1 信息采集子系統(tǒng)：該系統(tǒng)的功能是獲取交通信息原始數(shù)據(jù)，通過(guò)視頻車輛檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、檢測(cè)線圈、通信設(shè)備等形成的交通量采集子系統(tǒng)，獲得各段道路的交通量數(shù)據(jù)。

2.2.2 交通控制子系統(tǒng)。

交通控制子系統(tǒng)包括：交通控制目標(biāo)、交通控制方法、交通控制參數(shù)?？刂茀?shù)以一定的控制形式作用于交通流。根據(jù)控制形式的不同，控制方法可以分為匝道控制和主線控制兩大類，而匝道控制又可以分為：入口匝道定時(shí)調(diào)節(jié)控制、入口匝道整體定時(shí)控制、入口匝道交通感應(yīng)控制、入口匝道匯合控制。

2.2.3 交通誘導(dǎo)信息顯示子系統(tǒng)。

交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)包括可變限速誘導(dǎo)系統(tǒng)，依靠埋設(shè)在道路兩側(cè)或中間的可變限速標(biāo)志，進(jìn)行整條道路的車速優(yōu)化處理，使車輛以均勻的密度分布在高速公路上；可變情報(bào)板系統(tǒng)則提供更為具體的誘導(dǎo)信息，向車輛提供準(zhǔn)確的交通狀態(tài)和警告、指揮信息。顯示子系統(tǒng)包括控制中心通過(guò)電視墻或者大屏幕投影再現(xiàn)重要地段的攝像機(jī)和視頻傳輸設(shè)備獲取的視頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，和能見(jiàn)度、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨雪等視頻數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要可對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行抓拍記錄；通過(guò)設(shè)在路邊的緊急電話獲取緊急救援信號(hào)。

2.2.4 中央控制設(shè)施子系統(tǒng)。

中央控制設(shè)施子系統(tǒng)的主要組成設(shè)備有：計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備、大屏幕圖形顯示板、控制臺(tái)、電話總機(jī)臺(tái)、不停電電源ups設(shè)備等。

2.2.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將其他子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接為一個(gè)整體，使之真正成為一個(gè)功能強(qiáng)大的有機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序。

3. 高速公路通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主干線傳輸、業(yè)務(wù)電話、指令電話、緊急電話、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、廣播、通信電源和通信管道。

高速公路通信系統(tǒng)作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，在整個(gè)高速公路管理中處于非常重要的位置，它主要承擔(dān)以下三方面的任務(wù)：

3.1 承擔(dān)監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等各類信息的傳輸任務(wù)，使監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)真正成為系統(tǒng)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 承擔(dān)高速公路內(nèi)部各業(yè)務(wù)部門(mén)和管理部門(mén)的業(yè)務(wù)聯(lián)系，如事故增援、道路設(shè)備設(shè)施的維修等。

3.3 承擔(dān)高速公路內(nèi)部的監(jiān)控中心、收費(fèi)中心、業(yè)務(wù)部門(mén)和管理部門(mén)與外界的聯(lián)系。

4. 高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)系統(tǒng)的主要功能包括：收費(fèi)通量統(tǒng)計(jì)和車輛分型，按標(biāo)準(zhǔn)收取通行費(fèi)并發(fā)放收據(jù)，匯總、整理與收費(fèi)有關(guān)的數(shù)據(jù)和交通量數(shù)據(jù)，傳送到收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)管理中心、監(jiān)控中心等各級(jí)管理部門(mén)的上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，編制各類管理報(bào)表和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保存重要數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)控中心的命令，對(duì)出入高速公路的車輛進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

5. 高速公路配電照明系統(tǒng)

高速公路照明系統(tǒng)一般包括主車道照明、廣場(chǎng)照明和隧道照明三部分。在運(yùn)輸繁忙、事故多發(fā)、重要路段以及隧道中設(shè)置主線照明，可以改善夜間與隧道中的行車環(huán)境，降低交通事故的發(fā)生率；在收費(fèi)廣場(chǎng)采用高桿照明，可以保證收費(fèi)車輛的安全交匯和排隊(duì)；并且照明系統(tǒng)的設(shè)置可以使道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)充分發(fā)揮夜間監(jiān)視的作用。

6. 結(jié)語(yǔ)

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是以電子、

電氣、控制、通信、機(jī)械和交通工程等技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性大系統(tǒng)，它主要由監(jiān)控、通信、收費(fèi)、配電照明等系統(tǒng)組成。本文重點(diǎn)研究了監(jiān)控系統(tǒng)的原理、監(jiān)控過(guò)程、各子系統(tǒng)功能與系統(tǒng)間的關(guān)系等，并分析了通信、收費(fèi)、配電照明等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能要求。

參考文獻(xiàn)

［1］ 吳偉國(guó)，張平樂(lè)，王帆.淺談機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)與高速公路智能化［j］.湖南交通科技，2007，33(4):142～144.

［2］ 鄒文端.高速公路智能化若干問(wèn)題的研究［d］.衡陽(yáng)：南華大學(xué)，2006:226～252.

第7篇：電路與系統(tǒng)范文

 

關(guān)鍵詞：高速公路　機(jī)電系統(tǒng)　結(jié)構(gòu)　功能

1. 引言

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的主要輔助管理系統(tǒng)，是對(duì)高速公路實(shí)施現(xiàn)代化管理的主要工具。高速公路機(jī)電系統(tǒng)主要由高速公路監(jiān)控、收費(fèi)、通信、照明、供配電和隧道安全運(yùn)行保障等子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內(nèi)部由通信網(wǎng)聯(lián)系。

2. 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，是采用現(xiàn)代化的手段對(duì)全線交通流量、交通狀況、環(huán)境氣象、設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，按照一系列智能控制規(guī)則和策略產(chǎn)生控制方案及控制手段，調(diào)整道路交通流的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制交通流量、改善交通環(huán)境、減少交通事故，達(dá)到安全、舒適、快捷的運(yùn)輸目的。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，監(jiān)控系統(tǒng)必須具備最基本的三個(gè)功能：（1）采集交通流數(shù)據(jù)，判斷交通狀態(tài)：（2）根據(jù)交通狀態(tài)，實(shí)施控制策略，決定控制參數(shù)；（3）執(zhí)行控制策略，將控制參數(shù)作用于交通流。

2.2 根據(jù)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和設(shè)備特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)可分為如下功能子系統(tǒng)：

2.2.1 信息采集子系統(tǒng)：該系統(tǒng)的功能是獲取交通信息原始數(shù)據(jù)，通過(guò)視頻車輛檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、檢測(cè)線圈、通信設(shè)備等形成的交通量采集子系統(tǒng)，獲得各段道路的交通量數(shù)據(jù)。

2.2.2 交通控制子系統(tǒng)。

交通控制子系統(tǒng)包括：交通控制目標(biāo)、交通控制方法、交通控制參數(shù)。控制參數(shù)以一定的控制形式作用于交通流。根據(jù)控制形式的不同，控制方法可以分為匝道控制和主線控制兩大類，而匝道控制又可以分為：入口匝道定時(shí)調(diào)節(jié)控制、入口匝道整體定時(shí)控制、入口匝道交通感應(yīng)控制、入口匝道匯合控制。

2.2.3 交通誘導(dǎo)信息顯示子系統(tǒng)。

交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)包括可變限速誘導(dǎo)系統(tǒng)，依靠埋設(shè)在道路兩側(cè)或中間的可變限速標(biāo)志，進(jìn)行整條道路的車速優(yōu)化處理，使車輛以均勻的密度分布在高速公路上；可變情報(bào)板系統(tǒng)則提供更為具體的誘導(dǎo)信息，向車輛提供準(zhǔn)確的交通狀態(tài)和警告、指揮信息。顯示子系統(tǒng)包括控制中心通過(guò)電視墻或者大屏幕投影再現(xiàn)重要地段的攝像機(jī)和視頻傳輸設(shè)備獲取的視頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，和能見(jiàn)度、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨雪等視頻數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要可對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行抓拍記錄；通過(guò)設(shè)在路邊的緊急電話獲取緊急救援信號(hào)。

2.2.4 中央控制設(shè)施子系統(tǒng)。

中央控制設(shè)施子系統(tǒng)的主要組成設(shè)備有：計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備、大屏幕圖形顯示板、控制臺(tái)、電話總機(jī)臺(tái)、不停電電源ups設(shè)備等。

2.2.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將其他子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接為一個(gè)整體，使之真正成為一個(gè)功能強(qiáng)大的有機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序。

3. 高速公路通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主干線傳輸、業(yè)務(wù)電話、指令電話、緊急電話、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、廣播、通信電源和通信管道。

高速公路通信系統(tǒng)作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，在整個(gè)高速公路管理中處于非常重要的位置，它主要承擔(dān)以下三方面的任務(wù)：

3.1 承擔(dān)監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等各類信息的傳輸任務(wù)，使監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)真正成為系統(tǒng)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 承擔(dān)高速公路內(nèi)部各業(yè)務(wù)部門(mén)和管理部門(mén)的業(yè)務(wù)聯(lián)系，如事故增援、道路設(shè)備設(shè)施的維修等。

3.3 承擔(dān)高速公路內(nèi)部的監(jiān)控中心、收費(fèi)中心、業(yè)務(wù)部門(mén)和管理部門(mén)與外界的聯(lián)系。

4. 高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)系統(tǒng)的主要功能包括：收費(fèi)通量統(tǒng)計(jì)和車輛分型，按標(biāo)準(zhǔn)收取通行費(fèi)并發(fā)放收據(jù)，匯總、整理與收費(fèi)有關(guān)的數(shù)據(jù)和交通量數(shù)據(jù)，傳送到收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)管理中心、監(jiān)控中心等各級(jí)管理部門(mén)的上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，編制各類管理報(bào)表和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保存重要數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)控中心的命令，對(duì)出入高速公路的車輛進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

5. 高速公路配電照明系統(tǒng)

高速公路照明系統(tǒng)一般包括主車道照明、廣場(chǎng)照明和隧道照明三部分。在運(yùn)輸繁忙、事故多發(fā)、重要路段以及隧道中設(shè)置主線照明，可以改善夜間與隧道中的行車環(huán)境，降低交通事故的發(fā)生率；在收費(fèi)廣場(chǎng)采用高桿照明，可以保證收費(fèi)車輛的安全交匯和排隊(duì)；并且照明系統(tǒng)的設(shè)置可以使道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)充分發(fā)揮夜間監(jiān)視的作用。

6. 結(jié)語(yǔ)

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是以電子、電氣、控制、通信、機(jī)械和交通工程等技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性大系統(tǒng)，它主要由監(jiān)控、通信、收費(fèi)、配電照明等系統(tǒng)組成。本文重點(diǎn)研究了監(jiān)控系統(tǒng)的原理、監(jiān)控過(guò)程、各子系統(tǒng)功能與系統(tǒng)間的關(guān)系等，并分析了通信、收費(fèi)、配電照明等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能要求。

參考文獻(xiàn)

第8篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞： 電弧爐； 負(fù)荷建模； 諧波抑制； 仿真模型

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）05?0159?04

Abstract： The electric arc furnace （EAF） has the characteristics of three?phase unbalance， nonlinearity and time?variable load， which seriously effects on the electric energy quality. On the basis of the ace length random characteristic and actual ope?rating environment of the arc furnace electrical system， the simplified arc current and voltage characteristics are used to obtain the equivalent resistance mathematical model of the AC arc. The correctness of the model was validated with Matlab/Simulink. The simulation model of the three?phase arc furnace electric system with nonlinear time?varying characteristic was established to analyze the its harmonic. The passive filter is adopted to suppress the harmonic. The simulation results show that the system can reduce the total harmonic distortion rate and improve the power quality effectively.

Keywords： electric arc furnace； load modeling； harmonic suppression； simulation model

0 引 言

隨著我國(guó)工業(yè)的飛速發(fā)展，很多具有非線性負(fù)荷的電力電子裝置被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，加之我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的飛速增加，像電弧爐這種非線性負(fù)荷在供電系統(tǒng)中所占的比例也越來(lái)越大，從而導(dǎo)致供電系統(tǒng)中電壓波動(dòng)與閃變，諧波增多和三相不平衡現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，這些問(wèn)題則會(huì)嚴(yán)重的影響電網(wǎng)供電的質(zhì)量[1]。

對(duì)電弧爐電氣系統(tǒng)進(jìn)行諧波電流研究的基礎(chǔ)是建立合適的電弧爐系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，而電弧爐模型又是研究的關(guān)鍵。目前有很多研究者針對(duì)電弧爐提出了很多種建模方法[2?5]。本文根據(jù)電弧弧長(zhǎng)隨機(jī)特性，得到了交流電弧的等效電阻數(shù)學(xué)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件建立該模型。然后再建立三相非線性時(shí)變電弧爐電氣系統(tǒng)的仿真模型，利用該模型可以對(duì)電弧爐電氣系統(tǒng)進(jìn)行諧波分析，并找出改善電能質(zhì)量的方法。

1 電弧爐電氣系統(tǒng)模型

圖1是一個(gè)典型的電弧爐供電系統(tǒng)，其中[XS]是PCC點(diǎn)的短路電抗，ST是配電變壓器，[Rp]和[Xp]分別是配電變壓器至電弧爐變壓器之間傳輸線的電阻和電抗。FT為電弧爐變壓器，[RC]和[XC]是電弧爐變壓器至電弧爐間的短網(wǎng)電阻和電抗。

本文是在Matlab 2012b/Simulink仿真環(huán)境下進(jìn)行電弧爐系統(tǒng)的仿真研究。Matlab提供了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析仿真的交互環(huán)境，無(wú)需大量的程序輸入，只要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作就能夠建立起復(fù)雜的模型。Simulink模塊庫(kù)中專門(mén)提供了一些專用原件和模塊，比如SimPower Systems電力系統(tǒng)模塊庫(kù)中提供變壓器、電源和測(cè)量模塊等，可以直接利用這些模塊進(jìn)行模型搭建。因此最關(guān)鍵的是搭建交流電弧爐的仿真模型。

2 電弧爐電氣系統(tǒng)

2.1 交流電弧爐的電弧等效數(shù)學(xué)模型

電弧爐是通過(guò)電弧產(chǎn)生的高溫來(lái)熔煉爐料的一種設(shè)備。分析交流電弧的物理特性時(shí)，找一個(gè)與電弧爐交流電弧的電氣特性相同或者極其接近的等效電路元件，使它表現(xiàn)出電弧爐對(duì)電網(wǎng)的影響，稱這個(gè)等效元件為交流電弧電阻模型，用它來(lái)反映交流電弧爐的電氣效果。并且這個(gè)交流電弧電阻模型應(yīng)該最大限度地表現(xiàn)出交流電弧的主要物理特征。

由文獻(xiàn)[6]可知電弧電阻的計(jì)算公式為：

式中：[L]為電弧弧長(zhǎng)，而在實(shí)際煉鋼過(guò)程中，弧長(zhǎng)是不斷變化的；[θ]為電弧電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)滯后于外加激勵(lì)的相角；[A]反映了弧柱溫度最低值對(duì)電弧電阻數(shù)值的影響大??；[B]反映了電弧溫度對(duì)電弧電阻變化的影響；[C]為比例系數(shù)，是常數(shù)；[D]反映了弧柱氣體的熱慣性對(duì)電弧電阻的影響。

2.2 電弧爐電弧時(shí)變電阻模型參數(shù)估算

2.2.1 [A]和[B]的估算

2.2.3 [D]和[θ]的估算

[D]表示由于熱慣性的影響，弧柱溫度變化滯后于電弧電流的角度。在小電流的條件下，[D]取[-8°～][-12°]之間的值比較適宜[7]。

[θ]為電弧電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)滯后于外加激勵(lì)的相角，在研究實(shí)際電弧爐對(duì)電網(wǎng)的影響時(shí)，應(yīng)該考慮外加激勵(lì)初相[θ]的影響。先用一個(gè)線性時(shí)不變電阻來(lái)等效替代電弧電阻，并且使替代后的電路的功率因數(shù)等于電弧爐平均功率因數(shù)。然后用正弦穩(wěn)態(tài)電路的方法計(jì)算電弧電流的初相角，以此作為[θ]的估算值。

2.2.4 Matlab/Simulink仿真模型

在Matlab/Simulink環(huán)境下建立的電弧爐電氣系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。圖中3個(gè)子系統(tǒng)模塊EAF1，EAF2，EAF3在實(shí)際系統(tǒng)中分別代表三相電弧爐，三相電源的電壓為35 kV，頻率為50 Hz。配電變壓器額定功率為100 MVA，35 kV/10 kV，電爐變壓器額定功率為3 200 kVA，10 kV/240 V。當(dāng)電爐變壓器容量為1 800～4 000 kVA時(shí)，[RC]的范圍為17[×]10-4～21[×]10-4 Ω，[XC]的取值范圍為40[×]10-4～60[×]10-4 Ω[7]，在此取[RC=]0.002 1 Ω，[XC=0.004 ]Ω。

根據(jù)式（1）建立的電弧爐子系統(tǒng)（EAF）如圖3所示，兩個(gè)端子Connection Port1與Connection Port2分別為輸入端和輸出端。

2.3 仿真結(jié)果

根據(jù)之前設(shè)定的系統(tǒng)電路參數(shù)來(lái)確定仿真電路中各元器件的參數(shù)。圖4，圖5分別是交流電弧爐電氣系統(tǒng)模型三相電弧電壓、電流的仿真結(jié)果。將本文所建仿真模型的電流、電壓波形與實(shí)際碳電極和銅電極交流電弧電壓、電流波形[8]相比較，發(fā)現(xiàn)兩者基本相同。可以看出，交流電弧爐在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電弧電流、電弧電壓的畸變也是十分嚴(yán)重的，其波形不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，每相都有不同程度的波形畸變。

在電弧爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)，弧柱溫度的變化、弧柱溫度最小值、弧柱電導(dǎo)率和熱慣性等因素對(duì)電弧電流的影響較大，這些影響因素決定了交流電弧電阻是一個(gè)非線性的時(shí)變電阻，這就是電壓、電流波形畸變的原因。這也說(shuō)明此模型的電壓、電流里含有大量的諧波。

3 電弧爐電庀低車男巢ǖ緦鞣治

煉鋼電弧爐作為電力系統(tǒng)內(nèi)部的一大諧波源，它是一個(gè)極其復(fù)雜的連續(xù)頻譜。在Matlab軟件的Simulink仿真中有一個(gè)Powergui模塊，通過(guò)這個(gè)模塊中的FFT Analysis（快速傅里葉變換）功能，可以對(duì)三相電弧爐仿真后得到的電壓、電流波形進(jìn)行分析，從而了解本文建立的電弧爐電氣模型產(chǎn)生的諧波情況。

3.1 電壓波形諧波分析

圖6為電弧爐A相、B相和C相的電壓諧波分析，從圖6中可以看出此模型主要產(chǎn)生的是3次、5次的奇次（2n+1次）諧波，總諧波失真THD達(dá)到了83.12%，106.29%，73.83%。這表明波形發(fā)生了巨大的畸變。

3.2 電流波形諧波分析

圖7為電弧爐A相、B相和C相的電流諧波分析，從圖7中可以看出，此模型主要產(chǎn)生的也是3次、5次的奇次（2n+1次）諧波，總諧波失真THD為19.79%，17.85%，45.68%，從中可以明顯看出電弧爐三相不平衡。

4 諧波的抑制

對(duì)諧波的抑制就是減小或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，裝設(shè)濾波器吸收諧波電流是當(dāng)前最主要的抑制諧波的方法。無(wú)源濾波器是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，是由濾波電容、電抗器和電阻器組合而成的，與諧波源并聯(lián)，除起到濾波作用外，還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?/p>

4.1 加無(wú)源濾波器的仿真模型

在圖2所示的交流電弧爐電氣系統(tǒng)模型中，在諧波源附近并聯(lián)無(wú)源濾波裝置，如圖8所示。在Matlab/Simulink中的library中，提供了一個(gè)三相無(wú)源濾波裝置（Three?Phase Harmonic Filter）。從圖7中可以看出A，B，C三相電弧爐電流最主要的諧波分量都是3次諧波和5次諧波。因此只要設(shè)置無(wú)源濾波器參數(shù)來(lái)消除3次諧波和5次諧波就能較好地進(jìn)行諧波抑制。

4.2 濾波后的效果

圖9為加裝濾波器后的PCC點(diǎn)三相電流波形。與圖5做比較，畸變的電流波形被矯正，已經(jīng)基本形成正常的三相正弦交流電電流波形。

再分別用FFT Analysis對(duì)其A，B，C三相進(jìn)行諧波分析，三相的3次諧波分量和5次諧波分量都被有效的降低，A，B，C三相電流總諧波失真THD分別為0.61%，0.64%，0.87%，都被有效地降低至1%以下。

5 結(jié) 論

本文提出的三相非線性時(shí)變電弧爐電氣系統(tǒng)的仿真模型，是根據(jù)電弧弧長(zhǎng)隨機(jī)特性和電弧爐電氣系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下得到的電弧等效數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。該模型易于實(shí)現(xiàn)、靈活方便、仿真速度快，并且可以使用FFT分析模塊進(jìn)行在線諧波分析。為了抑制諧波、改善電能質(zhì)量，本文采用無(wú)源濾波器進(jìn)行濾波，取得了明顯的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾江，于文俊，余濤.東莞配電網(wǎng)諧波測(cè)量及其統(tǒng)計(jì)分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（24）：167?171.

[2] 王育飛，李東東，賈宏新.閃變仿真法在電弧爐供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].高壓電技術(shù)，2009，35（9）：2317?2321.

[3] 劉小河，揚(yáng)秀媛.電弧爐電氣系統(tǒng)諧波分析的頻域方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（2）：30?35.

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[6] 王晶，林敏，陳學(xué)允.用于動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量分析的交流電弧爐的建模與仿真[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2003，8（3）：53?58.

第9篇：電路與系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：復(fù)頻域法；S域等效電路；全響應(yīng)；零狀態(tài)響應(yīng)

中圖分類號(hào)：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）25-5746-03

信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息工程、通信技術(shù)等專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，筆者近年來(lái)在輔導(dǎo)學(xué)生參加自學(xué)考試時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)頻域法分析求解電路題在自考時(shí)多次出現(xiàn)，但是學(xué)生得分率不高，反映這種題型難，綜合性強(qiáng)，有時(shí)看到題目就想放棄?，F(xiàn)將復(fù)頻域法分析求解電路題舉例說(shuō)明，梳理解題思路、分析解題時(shí)的注意事項(xiàng)，并將其應(yīng)用于教學(xué)中，提高學(xué)生的通過(guò)率。

1 復(fù)頻域法分析求解電路原理

1.1 拉普拉斯變換

拉普拉斯變換法是信號(hào)與系統(tǒng)中的三大變換之一，是信號(hào)系統(tǒng)分析理論的基石之一[1]。復(fù)頻域法分析求解電路即借助拉普拉斯變換方法先求出電路響應(yīng)的象函數(shù)，然后利用拉普拉斯逆變換求出其對(duì)應(yīng)的原函數(shù)，即電路某處的電流或電壓的時(shí)域表達(dá)式。

1.2 復(fù)頻域法分析求解電路問(wèn)題的一般過(guò)程[2]

由時(shí)域模型電路畫(huà)出S域模型電路，應(yīng)用電路中所學(xué)各種方法解得響應(yīng)象函數(shù)，然后取拉普拉斯逆變換得響應(yīng)時(shí)域函數(shù)。

1.3 電阻R、電容C、電感L的復(fù)頻域（s域）模型

1.4 基爾霍夫定律的S域形式

基爾霍夫電流定律的S域形式：[I（s）=0]，表明對(duì)任意結(jié)點(diǎn)，流出（或流入）該結(jié)點(diǎn)的象電流的代數(shù)和恒等于零。

基爾霍夫電壓定律的S域形式：[U（s）=0]，表明對(duì)任意回路，沿該回路閉合巡行一周，各段電路象電壓的代數(shù)和恒等于零。

即：當(dāng)將電路的時(shí)域模型變換到S域后，在畫(huà)出的S域模型電路中，原來(lái)所學(xué)電路課程中的基爾霍夫定律、節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)孔電流法、戴維南定理、諾頓定理等仍適用。

2 復(fù)頻域法分析求解電路例題

3 結(jié)論

通過(guò)列舉兩個(gè)含有動(dòng)態(tài)元件L、C的電路例題，分析了用復(fù)頻域法求解電路全響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的解題步驟、注意事項(xiàng)等，有助于學(xué)生掌握復(fù)頻域法求解電路的思路。

參考文獻(xiàn)：