第12卷第2期沙洲职业工学院学报V ol. 12, No.2 2009年6月Journal of Shazhou Professional Institute of Technology June, 2009 使用Multisim进行电子电路故障诊断
钱月花
(沙洲职业工学院,江苏张家港 215600
摘要:探讨采用仿真软件手段进行电子电路故障诊断的新途径,通过对使用Multisim进行电子电路故障诊断的具体方法的详细介绍,说明了该途径行之有效。
关键词:Multisim;电子电路;故障诊断
中图分类号:TN702 文献标识码:A 文章编号:1009-8429(200902-0024-04
Diagnosing the Fault of Electronic Circuit with the Multisim
QIAN Yue-hua
( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, China
Abstract: With a detailed introduction to Multisim, the paper discusses how Multisim can be applied to diagnosing the fault of electronic circuit, which proves to be an effective way.
Key words: Multisim; electronic circuit; diagnosing the fault of electronic circuit
0 引言
电子电路故障诊断及维修技术是从事电子电路生产与维修的工程技术人员必备的专业技术,刚刚进入电子行业的技术人员和大中专院校的学生,面对复杂的电路维修,往往显得束手无策,所以探索一种行之有效的电子电路故障诊断的新途径显得极其重要。
Multisim是IIT公司推出的电子电路仿真软件,具有丰富的仿真分析能力,仿真结果十分逼近真实结果。Multisim软件不仅提供了多种电路分析方法,并且具有故障模拟的功能。
笔者通过研究发现,Multisim的故障模拟功能在电子电路故障诊断过程中可以发挥重要的作用,掌握这一功能并且灵活应用,有助于快速而有效地提高电子电路故障诊断水平。
使用Multisim进行电子电路故障诊断,首先要正确读识电路图,看懂电路基本工作原理,其次进行电子电路故障分析,然后根据故障现象画出电子电路故障诊断逻辑关联图,其后使用Multisim模拟故障功能进行电路故障设置,最后进行电路故障仿真及诊断,找出故障元件。
1 正确读识电路图,看懂电路基本工作原理
正确识读电子电路图是维修电子电路最基本的要求。识读电路图时必须从大处着眼,
从小处着手。从大处着眼就是要统观电路全局,把电路划分为几个大的功能模块。这些功能模块的划分应根据电路处理信号的内容来划分,也可以根据信号放大的阶段来划分。大的电路划分成几个大的模块,大的模块又可以划分成几个小的模块。只有这样,通过检测与分析,才有可能把可疑的故障范围缩小到一个小的范围或一个小的模块。从小处着手,要求我们掌握扎实的基本理论知识,看懂每一个单元电路的基本工作原理。
学好单管放大电路的故障论断与维修方法有助于学习其他复杂放大电路故障诊断与维修。共发射极放大电路是一个比较典型的单管放大电路,以图1所示电路为例,该电路正常工作状态下,使用Multisim 仿真得到,静态工作点如图2所示。其中Node表示结点,V oltage/Current数据表示对应结点的电压值。
收稿日期:2009-02-16
作者简介:钱月花(1965-,女,沙洲职业工学院电子信息工程系工程师。
钱月花:使用Multisim 进行电子电路故障诊断
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2 电子电路故障分析
在看懂电路基本工作原理的前提下,使用理论分析的方法对共发射极放大电路进行详细故障分析,详细列出每一个电路元器件可能的故障点以及与此故障点相应的故障现象。
表1 电路元器件可能的故障点及与此故障点相应的故障现象
电路元器件 可能的故障点
相应的故障现象
VCC 电源断路
三极管不能工作, 无输出信号 T 发射结断路、短路; 集电结断路、短路 三极管不能工作, 无输出信号 RC 断路、短路 变大、变小
无输出信号 输出信号失真
RB RB1断路或阻值变大, RB2短路或阻值变小 RB1短路或阻值变小, RB2断路或阻值变大 无输出信号或输出信号失真 无输出信号或输出信号失真 RE 断路
短路或阻值变小、阻值变大 无输出信号 电路工作不稳定 C1 断路
短路或漏电 无输出信号 输出信号失真
C2
断路 短路
无输出信号
输出信号可能失真或无输出信号
3 根据故障现象画出电子电路故障诊断逻辑关联图
电子电路的故障分析非常重要,只有基于这一点,才能很准确地画出逻辑关联图。在电子电路故障诊断过程中,准确画出逻辑关联图是能否及时准确地找出故障元件的关键所在。
假定共发射极放大电路故障现象为无输出信号。从表1可以看出,无输出信号的故障原因多范围广,任何一个元件发生故障都可能造成无信号输出。故障检测时,首先应该确认有无正确的直流电源,电源正常是电路正常工作的基础;其次检测三极管的静态工作点是否正常,通过静态工作点的检测和比较,可以快速确定故障元件。共发射极放大电路无输出故障诊断与维修的逻辑关联图见图3。
图1 共发射极放大电路 图2 共发射极放大电路静态工作点
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4 使用Multisim 模拟故障功能进行电路故障设置
在Multisim 中各种元器件可以根据需要设置各种形式的故障(包括开路“open ”、短路“short ”、不同程度的漏电“Leakage ”。
假设电路中的三极管Q 集电结存在开路故障,故障设置如下:双击仿真电路中的三极管Q 图标,弹出如图4所示元件属性对话框,单击“Fault ”(故障页面,选择引脚编号“2”,并在单选选项中选择“open ”。
假设电路中的三极管Q 发射结存在短路故障,故障设置如下:双击仿真电路中的三极管Q 图标,弹出如图5所示元件属性对话框,单击“Fault ”(故障页面,选择,并在单选选项中选择“short ”。
假设电路中的电容C2存在漏电故障,故障设置如下:双击仿真电路中的电容C2图标,弹出如图6所示元件属性对话框,单击“Fault ”(故障页面,选择引脚“1”和“2”,并在单选选项中选择“Leakage ”,其右边的下拉列表框所示数值为漏电程度,漏电程度较小则电阻值较大,本例漏电程度设定为“80”、“Ω”。
5 电路故障仿真与诊断
以下列出的四种故障实例均是针对共发射极放大电路无信号输出这一故障现象进行设置的。需要强
图3 共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图
图4 开路故障设置
图6 漏电故障设置
图5 短路故障设置
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调的是,所设置的故障点不允许先行查看。
具体操作方法:首先在Multisim 中对设置有故障的电路进行仿真;然后对仿真结果进行分析,将分析结果与共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图进行比对,很快就可以诊断出故障点所在;最后将诊断结果与预先所设置的故障点进行核实和确认。
故障设置1:在Multisim 中,对故障电路进行仿真,得到静态工作点如图7所示。
对该仿真结果进行分析:VCC = 12 V ,电源电压正常;UCEQ = UC – UE = 12 V – 0.043 868 V ≈12 V = VCC ,电压不正常(电路正常工作状态, UCEQ = 6.001 4 V ;UBEQ = UB – UE = 0.576 6 V – 0.043 868 V = 0.532 732 V ,电压属于正常范围。将分析结果与共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图进行比对,可以诊断出故障
原因是三极管的集电结开路。诊断结果与预先设置的故障点相一致,诊断结果准确。
故障设置2:在Multisim 中,对故障电路进行仿真,得到静态工作点如图8所示。
对该仿真结果进行分析:VCC = 12 V ,电源电压正常;UCEQ = UC – UE = 12 V – 0.059 435 V ≈12 V = VCC ,电压不正常(电路正常工作状态,UCEQ = 6.001 4 V ;UBEQ = UB – UE = 0.059 435 V – 0.059 435 V = 0 V ,电压不正常。将分析结果与共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图进行比对,发现引起这一结果的可能性情况有5种:RB1断路、RB2短路、发射结断路、发射结短路、RC 断路。使用Multisim 中的虚拟万用表逐一对RB1、RB2、RC 进行测量,发现均正常;当对发射结进行测量时,发现发射结短路。诊断结果与预先设置的故障点相一致,诊断结果准确。
故障设置3:在Multisim 中,对故障电路进行仿真,得到静态工作点如图9所示。 对仿真结果进行分析:VCC = 12 V ,电源电压正常;UCEQ = UC – UE = 3.614 2 – 1.084 6 = 2.529 6 V ,电压明显偏低(正常值UCEQ = 6.001 4 V;UBEQ = UB – UE = 1.694 3 – 1.084 6 = 0.609 7 V ,电压正常。
将分析结果与共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图进行比对,发现引起这一结果的可能性情况有3种:RC 变值、C2漏电、集电结短路。使用Multisim 中的虚拟万用表逐一对RC 、RC 进行测量,发现均正常;当对C2进行测量时,发现其阻值为6.31 M (正常值为709.7 M ,可以判断C2漏电。诊断结果与预先设置的故障点相一致,诊断结果准确。
故障设置4:在Multisim 中,对故障电路进行仿真,得到静态工作点如图10所示。 对仿真结果进行分析:VCC = 12 V ,电源电压正常;UCEQ = UC – UE = 4.274 9 V – 1.732 3 V = 2.542 6 V ,电压偏低(电路正常工作状态,UCEQ = 6.001 4 V ;UBEQ = UB – UE = 2.354 3 V – 1.732 3 V = 0.622 0 V ,电压偏大(电路正常工作状态,UBEQ = 0.608 6 V 。将分析结果与共发射极放大电路无信号输出的故障诊断与维修逻辑关联图进行比对,发现引起这一结果的可能性有4种:RB1变小、RB2变大、C1漏电、RE 变小。使用Multisim 中的虚拟万用表逐一对RB1、RB2、C1、RE 进行测量,发现RB2阻值不是40 K ,而是70 K 。
从上述四种故障实例可以看出,诊断结果与预先设置的故障点相一致,诊断结果准确。
(下转第30页
图7 集电结开路
图8 发射结短路
图9 C2漏电
图10 RB2变值
赵媛媛,彭基龙:用步进的方法实现基本指令编程
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3 用步进方法进行基本指令的程序编写
如果用步进指令的思想进行基本指令的编写,就可以解决
以上的问题。首先,用辅助继电器代替状态器,S0-S22分别用
M0-M3代替;然后根据顺序功能图设计梯形图,当某一步为活
动步时,对应的辅助继电器为ON,实现转移时,后续步为活
动步,前一级步被禁止。每一个状态由前一个状态起动,由后
一个状态关断,且被激活的步需要自锁。如图3所示,步M0
的前级步为M3,转移条件是T3,后续步是M1,另外,步M0
有一个初始置位条件M8002,所以,M0由M3和T3起动,且
M8002并联起动,由M1常闭触点关断,M0必须自锁。同样,
步M1由步M0和起动开关X0起动,由M2常闭触点关断,除
了自锁,还需要驱动定时器的线圈。步M2由步M1和定时器
T1起动,由M3常闭触点关断;步M3由步M2和定时器T2
起动,由第一个状态M0常闭触点关断。负载部分只要按照状
态后的输出部分写出即可,同时注意不要双线圈输出,如遇到
多个状态中出现相同的负载,要并联在线路内输出。
将顺序功能图改写为基本指令后,其按顺序工作的原理很
容易体现,而且程序容易读懂和修改,也易于扩展。如需要某
些功能立即动作时,例如在任意情况下停止,只要在负载线路
内串接停止开关的常闭触点即可。图3 步进方法的梯形图
4 结束语
基本指令对负载的控制比较灵活但设计性困难,而步进指令是一种容易理解和学会的编程方法,只是由于它的状态往往不能立即被激活而不能实现很多即时控制要求,所以利用步进的方法将顺序功能用基本指令体现出来,可以解决这些问题。
参考文献:
[1] 王兆义. 小型可编程控制器实用技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.
[2] 阮友德. 电气控制与PLC实训教程[M]. 北京: 邮电出版社, 2007.
[3] 王也仿. 可编程控制器实用技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.
(上接第27页
6 结论
本文给出了使用Multisim进行电子电路故障诊断的具体方法,并且进行了详细分析。结果表明,该方法准确性高,并且行之有效。学习者使用Multisim进行电子电路故障诊断,既可以节约硬件学习成本,还可以不受场所的,从而极大地增加实践机会,进而有效地提高电子电路故障诊断水平。
参考文献:
[1] 劳动和社会保障部教材办公室. 电子电路故障诊断及维修技术[M]. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 2005.
[2] 童诗白. 模拟电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 1988.
