[发明专利]模电数电教学实验电路及方法

说明书

从应用例程出发，将应用例程分解为模电数电教学实验电路，模电数电教学实验电路包括：运放波形变换电路、模拟转数字电路、数字逻辑变换电路；运放波形变换电路，选择移相电容、移相电阻和原始正弦波频率，通过改变调节电阻能够改变相位前移角度，运放波形变换电路预习后搭建电路，观测原始正弦波和相位前移正弦波；模拟转数字电路预习后搭建电路，观测原始正弦波和相位前移正弦波变换后的原始方波和相位前移方波；根据应用例程，数字逻辑变换电路预习后搭建电路，观测逻辑波形图。与现有技术相比，本发明统一了模拟电路和数字电路的应用，易学易懂，学以致用。

技术领域

本发明涉及一种模电数电教学实验电路及方法，具体是以应用例程为导向的、统一模拟电路和数字电路的、理论联系实践的、学以致用的模电数电教学实验电路及方法。

背景技术

《模拟与数字电路》是电类本科学生的必修专业课，实验课程包括：熟悉实验仪器及硬件平台、BJT及MOS等器件基本参数测定、放大电路设计、数字电路设计。实验课程目的在于使学生在学习《电路基础》、平台实验以及电子科技导论课程的基础上，补充和提高模拟与数字电路的综合应用能力，训练科学的思维和实验方法，培养学生的实验能力，并使学生掌握基本的实验方法和实验技能，为深入学习以后的专业课程打好基础。

实验课程设计目前有很大问题：内容设计陈旧、不够与时俱进，学生完成实验对将来学术和科研发展用处不大。《模拟与数字电路》实验课程，设计具有创新思维的教学方法和教学内容，基于两个核心思想：其一为基础实验尽可能具有主观能动性，学生更多根据要求自主设计，而不是依葫芦画瓢，实验内容留有一定的开放性，给予积极主动、学有余力学生的表现空间；其二，参考最新实时的各类大学生电子电路设计大赛引入到实验内容，保证实验内容与时俱进，显著提升学生的自主设计能力。

应用例程。阻尼振荡波(DAC)检测技术是近年来国内外密切关注的一种用于高压电力设备现场绝缘性能检测与诊断的新型技术，国内在电缆、变压器、电抗器等现场试验中开展了实际应用，现场发现并解剖验证了因制造、敷设、安装引起的各类缺陷，取得了不错的效果。局限于现有的技术，目前仅仅开展了配电网中压电力设备在阻尼振荡波电压下绝缘性能检测与诊断的现场应用，而超高压、特高压电力设备的研究与应用还具有技术瓶颈，相关的经验和数据完全缺失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种模电数电教学实验电路及方法，给学生提供一个应用例程，从应用例程中分解出模拟电路与数字电路实验，而不是停留在理论的硬件化实现。

本发明是通过以下技术方案实现的，模电数电教学实验电路包括：运放波形变换电路、模拟转数字电路、数字逻辑变换电路，运放波形变换电路用于变换模拟波形，模拟转数字电路用于将模拟波形转换为数字信号，数字逻辑变换电路用于变换数字信号；其特征是，波形变换电路的模拟输出波形作为模拟转数字电路的输入，模拟转数字电路的输出数字信号作为数字逻辑变换电路的输入。

所述的运放波形变换电路将输入的原始正弦波进行相位前移变换，输出为：原始正弦波和相位前移正弦波；运放波形变换电路包括：运算放大器、调节电阻、移相电阻、移相电容，运算放大器三个端子为：运放正输入端、运放负输入端、运放输出端；调节电阻两端连接运放负输入端、运放输出端；移相电阻与移相电容串联，电阻端与运放负输入端相连，电容端接地；运放正输入端与输入的原始正弦波相连，运放输出端为相位前移正弦波。

原始正弦波相位前移角度为：调节电阻移相电阻之和、原始正弦波频率、移相电容三者乘积的反正切函数值，减去移相电阻、原始正弦波频率、移相电容三者乘积的反正切函数值；相位前移时间为：相位前移角度乘以原始正弦波周期，再除以2π。

运放波形变换电路，选择移相电容、移相电阻和原始正弦波频率，通过改变调节电阻能够改变相位前移角度；实验中，原始正弦波频率选择1kHz-30kHz为宜，移相电容选择22pF-10nF为宜，移相电阻选择1kΩ-10kΩ为宜，调节电阻选择10kΩ-100kΩ为宜。