电路设计方法精选(九篇)

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第1篇：电路设计方法范文

一、每种情况画1条支路，各种情况都要用到的元件画在干路中

初中物理的电路设计中，所设计的电路图一般都是并联(或混联)电路，很少有纯粹的串联电路.而且生活实例中往往叙述有几种并列的现象.比如“前门开门与后门开门”两种情况，“甲病床与乙病床” 两种情况等.电路设计时一般都是依据“一种情况画1条支路，每种情况都要用到的元件画在干路中”来设计电路.

生活应用实例1有一商品仓库，后门进货、前门取货，现有红绿两只灯泡和一个电铃、一个电池组、两个开关，导线若干.请你为仓库值班人员设计一个电路：电铃响同时红灯亮，表示取货人在前门按开关；电铃响同时绿灯亮，表示送货人在后门按开关.要求画出设计的电路图.图中标明红灯、绿灯及对应的前门、后门开关.

解析根据题意可知：1.绿灯与红灯的工作情况互不影响，各自均可独立工作，可知这两盏灯应该是并联的；2.前门开关控制红灯，后门开关控制绿灯，所以前门开关应与红灯在一条支路上，后门开关应与绿灯在另一条支路上；3.无论红灯亮或是绿灯亮时，电铃均响，可知两种情况都要用到电铃，所以电铃应该画在干路中.综合以上分析，设计的电路图如图2所示.

类似的生活例子还有病床呼叫电路、甲乙双方从两地相互呼叫对方的电路等例子.

二、两开关串联，表示两个条件同时满足，电路才会通

两开关并联，表示只要有一个条件满足，电路就会通.

当两个开关串联时，要想电路接通，必须将两个开关同时闭合.这个在现实中往往表现为生活中的两个条件要同时满足；而两个开关并联时，要想电路接通，则随便其中哪个开关闭合电路都能接通，这个在现实中就表现为生活中的多个条件只要有一个满足即可.

生活应用实例2楼道声光控延时开关电路.声光控延时开关已广泛应用于住宅区的楼道、工厂、办公楼、教学楼等公共场所.小瑞家所在小区的楼道路灯也已用声光控延时开关代替了按钮开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明；在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，从而达到节能的目的.请你设计出该声光控延时开关电路.

解析根据题意可知，要想让楼道路灯亮起来，必须同时满足两个条件.一是必须天黑(即光控开关闭合)，二是必须要有声响(即声控开关也要闭合)，属于“两个条件同时满足，电路才会通”的情况，所以光控开关与声控开关必须是串联的，再串上路灯后接到家庭电路中.设计的电路如图3所示.

生活应用实例3“仓库保管员系统”.某银行金库为防止单个职工进入而发生盗窃行为，现要求对金库大门进行改装.他们用电动机来带动铁门的运动，要驱动电动机工作，必须该银行内的三个保管员同时用各自的钥匙插入对应的锁孔内开锁，(将各自的锁打开相当于将电路中的开关闭合)，请根据要求，将图4中的器材连接起来.

解析根据实际情况，要想把驱动机把金库大门打开，必须同时满足三个条件.即是三个保管员都要同时把锁打开(即三个保管员控制的开关都要闭合).属于“三个条件都要同时满足，电路才会通”的情况，因此三个保管员控制的开关是串联在一起的，设计的电路如图5所示.

类似的生活例子还有实验室柜钥匙保管系统等电路都根据上述方法进行电路的设计.

三、开关的特殊用法：开关与相应的用电器并联

开关的作用是控制用电器的工作.实际生活中，开关与被它所控制的用电器之间大都是串联连接的.这样，要让该用电器工作，就闭合开关；要让该用电器停止工作，就把开关断开.如果出现了“开关闭合，某用电器停止工作，而开关断开时，该用电器反而工作”的现象，这明显不是开关的常规用法，而是一种“特殊用法”.即开关不是与该用电器串联，而是与它并联.

生活应用实例4请你为奶牛场设计一自动放养奶牛的装置图.要求：用细导线将牛群围住，合上开关后，当牛群在圈内吃草时，小屋内灯亮而铃不响；当有牛了圈住的细导线跑到圈外时，电铃便会响起来，放牛的人能及时发现.

解析根据上述要求可知，电路中的灯是一直亮着，起到提示电路在正常工作状态的作用.而电铃却受到“圈住牛的细导线”的控制.但是它的控制情况与常规的控制不同：当“圈住牛的细导线”没断(即相当于开关闭合)时，电铃是不响的(被“圈住牛的细导线”给短路了)；而当“圈住牛的细导线”被牛弄断时(即相当于开关断开)，电铃反而响起来了(电流不能走细导线而只能通过电铃形成通路了).根据题意设计出的电路如图6所示.

类似的例子在很多电路设计题中都有出现，当某开关断开时，灯L有亮，而当这个开关闭合后，灯L反而熄灭了.这些都是属于“开关的特殊用法”，即该开关与相应的灯L并联.

四、从所有用电器都不能工作的那个条件出发，再从个别用电器不能工作的那个条件出发设计电路

有很多电路设计题要求学生根据题目的条件或要求设计出合理的电路，解决这类问题时一定要抓住外部连接情况及对应现象，逐步分析并画出符合题意的电路结构，解决此类问题的步骤是：先从所有用电器都不能工作的那个条件出发；再从个别用电器不能工作的那个条件出发来设计电路.

生活应用实例5现有两只灯泡L1和L2，三只开关S1、S2、S3和电源、开关、导线等元件，请根据下列要求设计出符合条件的电路.要求：(1)闭合S1、S2、S3时，L1和L2都亮；(2)闭合S1、S2时，L1亮，L2不亮；(3)闭合S1、S3时，L2亮，L1不亮；(4)闭合S2、S3时，L1、L2都不亮.

解析根据上述方法按下列步骤分析：首先必须从所有用电器都不能工作的那个条件出发，即从第(4)个条件出发.S2、S3都已经闭合了，怎么两灯都不亮呢？原来是S1还没闭合，也就是说只要S1断开，全部用电器都不能工作，这说明S1是总开关，在干路中，控制整个电路.然后再从个别用电器不能工作的那个条件出发来，即从条件(2)或(3)出发.由条件(2)可知，S3断开，L2就不能工作；由条件(3)可知，S2断开，L1就不能工作.说明S3控制L2，它俩在同一条支路中；S2就控制L1，它俩就在另一条支路中.而条件(1)我们在分析电路时用不上它，它只是起到一个检验电路正确与否的作用.最后整理设计出的电路如图7所示.

第2篇：电路设计方法范文

【关键词】数字集成电路；设计方法；同步数字系统

【中图分类号】TN402【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）04-0197-02

数字电路设计是一个正在不断发展着的学科，针对其设计方法一般包括了两种：①同步设计；②异步设计。从目前市场上的产品来看，大多数的数字电路都是采用同步设计的设计方法，究其原因，同步设计主要元器件是触发器，该技术较为成熟。但是随着人们需求的不断变化，异步设计也已经开始慢慢走近人们的视野之中。本文将首先对数字电路的设计流程进行简单的论述。

1数字电路流程设计

伴随着熟悉电路的发展，慢慢的，它已经有了较为完整的体系，主要包括了系统架构、RTL设计、综合优化、布局布线、版图设计等几个方面。下面依次对这几个方面进行介绍。系统架构是整个设计最基础的环节，同时也是十分重要的环节，因为只要有了一个好的系统构架那么设计起来就会十分的方便。在这个环节中需要对模块进行划分，同时也需要对接口进行定义等。下一个环节便是RTL设计。这一环节是核心环节因为在这一阶段需要用相应的语言来将电路描述出来。综合优化就是将RTL转化为相应的硬件电路。这个环节中往往是和工艺厂商进行合作，从而搭建出合适的电路。数字电路的布局布线与模拟电路相比要简单许多，因为很对芯片制造后，生产者就会给出基准单元库。然后利用EDA软件，根据这些相应的限制自动布局布线。最后一个环节也就是版图设计环节。就是在布局布线设计完成之后，结合基准单元生成具体版图，然后通过验证后，教给工厂代加工制造芯片。

2同步数字系统设计

在文章开始，笔者就提到同步设计法受到众多设计人员的青睐。下面本文就将严格按照上文中提到过的几种设计阶段对同步设计法进行详细的介绍：

2.1同步电路的优越性

之所以被称之为同步系统就是因为触发器的状态是有统一始终控制的。各个存储状态的改变都是在时钟的控制之下完成的。所以同步系统具有着多种好处。①同步电路保证各个存储单元都有着相同的初始态，并且只有在时钟沿到来之时，存储单元的状态才会发生转变，这样很大程度上就使得电路较为稳定，能够避免温度等对电路的影响。②能够很容易实现流水线，对于提高芯片的效率等方面具有较大的好处。

2.2触发器

触发器是同步电路的基本单元，尤其指的是D触发器。对于触发器而言，最重要的特点就是只有当时钟沿到来的时候，触发器才会将存储状态转变，也就是将数据端的数据保存起来。当时钟沿不到达时，触发器不会采取动作，这样就是同步电路较为稳定的原因之一。触发器在组成时，可以采用MOS管进行搭建，也可以采用简单的逻辑器件进行构建。

2.3RTL级描述

由于数字电路需要具备的功能越来越多同时规模也变的越来越大，那么系统这一理念也变得越来越强大。使用Ver-ilogHDL可以对系统进行行为级以及RTL级描述。行为级描述就是为了确认系统是否可行、可靠，同时也会检查算法是否正确。在进行RTL级设计的时候需要注意到描述的可综合性以及测试验证功能的完备性。描述的可综合性详细来说就是设计人员大多使用mod-elsim进行编译仿真。这款软件虽然简单实用，但同时也具备着不容忽视的弱点，就是VerilogHDL的容错性较强，不能区分出行为级描述以及RTL级描述。这就意味着设计人员的设计最终可能无法被综合成硬件电路。为了解决这一问题。设计人员就需要多多关注指令都能够被综合成什么样的电路，同时关注哪些指令不可被综合。RTL级描述中，功能需要是完备的。这就比可综合性困难的多。因为到目前为止并没有能保证功能完备性的验证体系。为了避免这个问题的出现。设计人员需要从以下的方面入手：①对于系统级规划中模块尽量按照其功能进行划分，这样就能够在进行RTL级描述时严格按照规划设计。②保持良好的编程习惯。③成立专人的测试部门，这样既有测试人员又有着设计人员。在测试人员的把关之下，很多的问题以及漏洞就会被发现。

2.4利用DesignCompiler综合优化

DC综合这一过程是数字电子线路设计的前端。在这个综合设计的过程中那个，DC需要进最大的努力进行优化，但是这之后可能依然有一些违例路径的存在。这时候就需要人工返回RTL级，进行修改然后再综合，不断的循环。

2.5利用SOCEncounter布局布线

同步数字设计的后端就涵盖了布局布线、时序验证、后仿等多个环节。对比模拟电路，数字电路布局布线较为简单尤其再利用一些软件之后能够大大的减轻人们的压力、提高工作效率，节省时间。

3小结

本文对于数字电路设计方法之中的同步设计法进行了详细的介绍，同时对于在设计过程中可能出现的问题以及解决方案都进行了论述，希望对于今后设计人员对数字电路的设计有所帮助。

参考文献

[1]孔德立.数字集成电路设计方法的研究[D].西安电子科技大学，2012.

[2]陈明亮.数字集成电路自动测试硬件技术研究[D].电子科技大学，2010.

第3篇：电路设计方法范文

随着电子电路复杂程度越来越高、更新速度越来越快、设计规模越来越大、推向市场时间越来越短，这就迫切需要实现设计工作的自动化。电子设计自动化（EDA）技术的出现，改革了传统的电子电路设计方法。

2 Multisim仿真软件的功能及特点

Multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等功能；具有如下特点：界面设计人性化、操作简洁明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全（包括函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等）、分析功能强大（包括直流工作点分析、交流分析、噪声分析等）。

3 应用实例

以数字抢答器的设计为例，阐述采用Multisim仿真软件进行电子电路设计的过程。

设计任务和要求 用中、小规模集成电路设计一个数字抢答器，设计要求：

1）抢答器可同时供8名选手参加比赛，每个选手拥有一个抢答按键，分别用按键J0～J7表示，按键编号和选手编号相同；

2）主持人扳动控制开关J8，可控制系统的复位和抢答的开始；

3）抢答器具有第一抢答信息的鉴别、锁存和显示功能，抢答开始后，第一抢答者按动抢答按键时，该选手的编号立即被锁存，并显示在LED数码管上，控制电路使扬声器发出报警声音，并对输入电路进行封锁，使其他选手的抢答不起作用；

4）抢答器具有定时抢答功能，主持人通过设定一次抢答时间，控制比赛的开始和结束[1]。

电路组成 抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路由主持人控制开关、抢答按键、控制电路、优先编码器、锁存器、译码器、编号显示器和报警电路构成，完成基本抢答的功能；扩展电路由秒脉冲产生电路、定时电路、译码器和定时显示器构成，完成定时抢答的功能。

抢答器工作过程：首先，接通抢答器电源，主持人将开关J8置于复位位置，禁止抢答器工作，编号显示器被熄灭，定时显示器显示定时时间；然后，主持人将开关J8置于开始位置，允许抢答器工作，计数器进行减计时；当选手在定时时间内抢答时，计数器停止工作，编号显示器显示抢答选手的编号，定时显示器显示剩余抢答时间，并禁止其他选手随后的抢答；当定时时间到，但无人抢答时，系统报警，并禁止选手超时抢答。

电路设计及仿真

1）抢答器电路。抢答器电路如图1所示。优先编码器74LS148能鉴别第一抢答者的按键操作，并使其他选手的操作无效；RS锁存器74LS279能锁存第一抢答者的编号，并经译码器74LS48译码后显示在LED数码管上。

抢答器电路仿真波形如图2所示。借助于Multisim仿真软件中的逻辑分析仪，可对抢答器电路的多路逻辑信号同步进行高速采集和时序分析。将逻辑分析仪的输入端口相应地连接到电路的如下测试点上：开关J8，74LS279的输出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按键J7、J6、J5、J4、

J3、J2、J1、J0。被采集的输入信号将显示在屏幕上。

由图2可知，在第一个Clock脉冲的上升沿，主持人将开关J8置于复位位置时，74LS279被复位，禁止锁存器工作，其输出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的选通输入端EI=0，允许优先编码器工作；74LS48的消隐输入端BI=0，编号显示器被熄灭。在第一个Clock脉冲的下降沿，当主持人将开关J8置于开始位置时，允许优先编码器和锁存器工作。在第二个Clock脉冲的下降沿，将J6按键按下时，74LSl48的输出A2A1A0=001，GS=0，经RS锁存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允许74LS48工作；Q4Q3Q2=110，经译码显示为“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即在第三个Clock脉冲的上升沿J3按键的输入）。在第四个Clock脉冲的上升沿，当按下的J6键松开后，GS=1，此时由于仍为Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即第五个Clock脉冲的下降沿J0按键的输入），从而实现了抢答的优先性，保证了电路的准确性。在第六个Clock脉冲的下降沿，主持人将开关J8重新置于复位位置，以便进行下一轮的抢答。

2）定时电路。将两片同步十进制可逆计数器74LSl92级联，以串行进位方式构成百进制计数器；计数器的计数脉冲由555定时器构成的秒脉冲电路提供；通过预置时间电路，主持人对计数器进行一次抢答时间的预置；74LS48译码器和定时显示器构成译码显示电路。当主持人将开关J8置于复位位置时，计数器预置定时时间，并显示在定时显示器上。当主持人将开关J8置于开始位置时，74LS279的输出Q1=0，经非门反相后，使555定时器的时钟输出端CP与74LSl92的时钟输入端CPD相连，计数器进行减计时；在定时时间未到时，74LS192的借位输出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允许74LSl48工作。当选手在定时时间内抢答时，Q1=1，经非门反相后，封锁CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统复位为止；同时，EI=1，禁止74LSl48工作。当定时时间到无人抢答时，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止选手超时抢答；同时，BO2=0，封锁CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示00[2]。

3）报警电路。报警电路由555定时器、三极管推动级和扬声器构成。由若干电阻、电容和555定时器接成多谐振荡器，将时序电路控制信号PR接至555定时器的清零端，以控制多谐振荡器振荡的起停，多谐振荡器输出信号控制三极管的导通、截止，从而推动扬声器发出报警声音。

根据上述设计思路，画出各单元电路的仿真电路图，先对各单元电路逐个进行仿真调试，再将各单元电路连接起  isim仿真，观察各部分电路之间的时序配合关系，测量电路各项性能指标，调整部分元器件参数，检查电路各部分功能，使其满足设计要求；最后进行电路焊接与装配，并对实际电路进行测试。

4 结语

Multisim是电子电路计算机仿真设计与分析的基础，在电子电路设计中应用Multisim仿真软件，把虚拟仿真和硬件实现相结合，可以节约设计成本、缩短开发周期和提高设计效率，有利于培养学生工程实践、综合分析和开发创新能力，提高学生运用现代化设计工具的能力。

参考文献

第4篇：电路设计方法范文

【关键词】电子技术；单元电路；设计方法

电子电路的设计方法和实现方法在EDA技术的发展下发生了根本性的变化。电子技术具有很强的实践性，在对电子电路系统进行设计的过程中，首先应该将系统的设计任务明确下来，依据任务选择方案，然后单元设计方案中的各个部分，选择参数计算和期间，最后有机连接各个部分，将一个符合设计要求的完整的系统电路图画出来。作为电子电路设计人员，对单元电路的设计方法进行熟练掌握，具备实际设计电路的能力尤为重要。

1.电子技术及单元电路概述

电子技术是依据电子学的原理，在解决实际问题的过程中应用电子器件将某种特定功能的电路设计和制造出来。包括两大分支，即信息电子技术和电路电子技术。前者又包括两个分支，即模拟电子技术和数字电子技术；后者是处理电子信号的技术，发生、放大、滤波、转换信号是其主要的处理方式[1]。

电子电路由电子元件和电子器件两部分组成。前者是指电子设备中的开关、电阻器、变压器等，后者是指晶体管、电子管等。按组成方式，我们可以将电子电路分为分立电路和集成电路两种形式。单元电路是整个电子电路系统中一个重要组成部分，常用的有放大电路、振荡电路、数字电路等几种。设计训练单元电路的主要目的是促进整体电子电路设计水平的显著提升[2]。

2.电子技术单元电路的设计步骤

2.1 明确任务

将本单元电路的任务明确化是设计单元电路前均需要明确的，设计单元电路的最基本条件是将单元电路的性能指标详细拟定出来。在设计单元电路的过程中，我们应该将电压放大的倍数、输入输出电阻的大小计算出来，并尽可能做到简单明了、尽可能地节约成本、使单元电路具有较小的体积和较高的性能等。

2.2 计算参数

计算参数的目的是使单元电路的功能指标达到实际需求。专业化的电子技术知识是计算参数的必要条件，比如，只有将各电阻值及其放大倍数计算出来，才能有效设计放大器电路；只有将电阻电容及其震荡频率制定出来才能有效设计震荡器[3]。在计算参数的过程中，同一电路可能得出一组以上的数据，这是我们就应该给予数据选择方法以充分的重视，保证所选择的数据达到并符合完成电路设计的要求，并能够在实践中得到有效的应用。

2.3 画出电路图

在电子技术单元电路的设计过程中，我们需要将完整的电路图绘制出来，这样做的目的是对单元电路和整机电路的连接关系进行详细的表达。同时，设计者还应该依据单元电路之间的相互配合和前后之间的关系将电路结构尽可能地简化。比如，在确定各单元电路之后，应该给予单元电路之间的级联设计以充分的重视和考虑，从而将浪费及工作量减少到最低限度。给予各部分输入信号、输出信号和控制信号之间的关系以充分的重视，对输入、输出进行模拟，完全隔离输入、输出、电源、通道，分割直流电流、电压信号为多路不同或相同的电流、电压信号，从而使同时采集控制不同设备的目的得到切实的实现。首先，注意电路图的可读性。在绘图的过程中应该尽可能地在一张纸上画主电路图，在另一张纸上画比较独立和次要部分，标记号图的端口和两端，将各图纸之间的信号的引入和引出标出来；其次，注意信号的流向及图形符号。一般情况下，我们可以将起始点设在输入端和信号源，然后依据信号流向从左到右、从上到下将单元电路画出来。同时，还应该将适当的标注加在图中，保证图形符号的标准性；再次，注意连接线画法。用直线连接各元件，并尽可能地减少交叉[4]。一般情况下，应水平或垂直布置连接线，尽可能地不画斜线，用原点表示互相连接的交叉。

3.电子技术单元电路的设计方法

3.1 对于线性集成运放组成的稳压电源的设计

调整部分、取样部分、基准电压电路等是单元电路中串联反馈式稳压电路的主要组成部分。设计线性集成运放组成的稳压电源的主要功能是过流和短路保护，起到对电路的保护功能的标准为负载电路达到限额。在对其的设计过程中，直流电通过整流出来后，用滤波将其波文系数降低，从而对负载进行直接的带动，但是这种电路无法起到稳压的作用，因此，应该依据一定的技术指标设计稳压电源。

3.2 单元电路之间的级联设计

在确定各单元电路之后，设计者还应该给予单元电路之间的级联问题以充分的重视并认真考虑。阻抗匹配、负载能力匹配等是单元电路之间电气性能相互匹配的主要问题，设计者应该谨慎认真地思考这些问题。如果没有过高要求驱动能力，则可以运用运放构成的电压跟随器；如果对驱动能力要求高，则可以运用互补对称输出电路或功率继承电路；如果为数字电路，则可以运用单管反向器或达林顿驱动器等。从本质上来说，单元电路之间的级联设计问题就是模拟单元电路之间的相互干扰及匹配问题[5]，在整个电路的正常运行中起着至关重要的作用，值得我们予以充分重视。

3.3 对于运算放大器电路的设计

UA741、OP07等均是依据工业上的普通用途设定的运算放大器电路，具有中等的性能和极为便宜的价格。在设计运算放大器电路的过程中，应该将单双电源供电、电源电流选择出来作为基本参数，同时将失调电压、失调电流、电阻输入，对速率进行有效的转换，将时间确定下来。在运用运算放大器时，如果没有特殊要求，应该尽可能地运用通用性运算放大器。指标的先进性不应该成为设计过程中选择各种参数的唯一依据。当运算放大器作弱信号放大时，所选择的运算放大器应该具有极小的失调和噪声系数，同时保持等效直流电阻运放同相端和反相端对地。为了将运放的高频自激有效消除掉，设计者应该依据推荐参数将适当的电容消振介入规定的消振引脚之间，同时对两级以上放大级级联的情况进行有效的预防和避免，以将消振困难减小到最低限度[6]。

随着科技的飞速发展和社会的不断进步，电子电路的种类越来越多，因此需要各种不同的有针对性的设计方法。在集成发生电路的快速发展的过程中，各种专用功能的新型期间不断涌现出来，对电路设计工作提出了新的要求，集成块直接组装逐渐取代了传统的分立原件电路的设计方法。因此，设计者应该将注意力逐渐从设计单元电路向设计和规划整体方案转移，清楚明了各种集成电路的性能和指标，在选取集成器件的过程中严格依据实际需求，并能合理地进行单元连接，从而成功完成总体系统的设计，同时在日常工作中积极积累经验、深入研究其设计原理、努力改进及设计方法，为推动社会各方面的发展做出积极的贡献。

参考文献

[1]许开君，李忠波.模拟电子技术[M].机械工业出版社， 2009.

[2]邓木生.电子技能训练[M].机械工业出版社，2012.

[3]丘立尚，张琳.电工与电子技术基础[M].华南工学院出版社，2012.

[4]高吉祥.基本技能训练与单元电路设计[M].电子工业出版社，2011.

第5篇：电路设计方法范文

关键词：PROTEL；电路课程；CAD课程设计；教学方法

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01

实验教学的标准随着教育的改革不断提升，学生的创新精神和灵活运用所学知识的能力都是实验教学涵盖的内容，学生在实验过程中能够锻炼综合设计、实际应用、创新思维等方面的能力，学会自主思考分析和解决问题。

一、电路CAD课程设计的现状

电路CAD课程设计是电子信息工程专业课阶段理论知识的综合应用，教师在教学中，往往将其当作一门理论课来教学，通常会先给出一个具有某种功能的电路设计图，对设计图电路的主要部分工作原理和达到这一原理的主要功能进行讲解，最后要求学生在PROTEL软件中绘制电路系统的原理图和印制板图。这样的教学方法不仅制约了学生的自主学习能力，学生处于被动学习状态，学习能力和对知识的掌握能力下降，这样的课程设计完全失去了教学的意义。

因此应当对这样的教学方式进行改革，把教学目标设定为提升学生的动手操作能力，以学生为教学主体自主学习，教师辅以指导，启迪学生的创造性思维，学会运用不同的方法解决问题。

二、基于PROTEL的电路CAD课程设计

让学生通过所学的理论知识，设计一个实际应用的单片机测试系统，辅以电路设计工具软件PROTEL，绘制出电路原理图和PCB图。

（一）PROTEL软件的设计流程

PROTEL软件是一个完整的全方位电路设计系统，包含有电路原理图设计、PCB设计、PCB自动布线、可编程逻辑器件设计、模拟/数字信号仿真等功能模块，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构。其中PCB设计和电路原理图设计是其最具代表性的功能，提供了完备的电路仿真器，使从原理图的绘制到最终电路板设计的所有工作都能轻松完成。

该软件设计流程为是：首先是工作环境设置和页面设置，装入元件库，然后，将元件、电源符号、接地符号、连接线、网络标号和说明信息分别依次放置在图纸上合适的位置，再就是对电路图进行检查和调整，最后保存并输出。

（二）课程设计的内容

对于学生想要设计什么系统，教师不应限制，检测和设计系统时允许学生任意选择物理量，另外，教师要对设计系统中所包含的内容进行规定，以保证课程设计能达到最终目标。

第一，MCS-51系列单片机必须包含在设计的系统的芯片中；第二，测试的物理量必须要显示在4位LED中；第三，在检测量超过设定值后，系统能够自动发出警报；第四，要设置能够让测试系统根据实际情况作出相应调整的按钮；第五，要配有一路传感器和相应的调理电路；第六，要配备AD转换芯片使检测物理量的模数能够转换。

（三）测试系统的要求

为达到启迪学生创造性思维的教学目的，测试系统的设计有以下几点要求：

第一，学生必须制定多套测试系统绘制的方案，从中选择最终方案并阐述理由；第二，测试系统必须达到方案最优化和实际的效益最大化的要求；第三，传感器能够稳定工作，精度要准确，若出现问题，则要给出弥补方案；第四，在绘制PCB之前，学生必须弄清其设计规则，既要完成任务，又要保证所设计的测试系统原理图的功能的正确性和布局的美观性以便实际装配调试；第五，为设计提供完整详细的说明书，例如工作原理、选择元件的原因、PCB的设计规则等。

（四）测试系统的仿真分析和验证

很多学生在以前并没有接触过设计，缺乏经验，所以为了让学生顺利完成设计，需要仿真分析和校验设计的原理图，可以直接在PROTEL中对模拟电路、数字电路和数模混合电路进行仿真校验。电路仿真的流程一般是首先将仿真电路、电源等绘制出来，然后将仿真分析的参数进行设置，继而运行仿真分析，最后对结果进行观察。以仿真的结果为依据，校验传感器调理正确与否。因而，在原理图的设计和仿真分析之间需要反复校验电路放大倍数的合理性以及能否正常工作，再调整选择的参数，绘制出符合要求的原理图。

三、总结

基于PROTEL的电路CAD课程设计的教学方法是教育革新的具体表现，其不仅能让学生完全掌握理论知识，还锻炼了学生的实际操作能力，同时也让学生的创造性思维得到了发挥，提高了学生的综合素质，这一教学方法应该被广泛推广应用。

参考文献：

[1]黄秀珍.《电子系统CAD》课程设计教学改革探讨[J].科技资讯，2012（08）.

[2]李晗.关于PROTEL的教学方法的几点总结[J].科技信息，2007（34）.

[3]邵建昂. PROTEL教学实践探讨[J].实验室研究与探索，2007（02）.

第6篇：电路设计方法范文

关键词 石油测井；高温电子线路；设计方法

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0102-01

如何保障电子系统在高温环境下正常的运作，是本文研究的主要的问题。因为，在石油测井时，仪器通常都是在井下几千米以上的深井中工作，这种环境通常伴有：剧烈震动、压力大以及温度高等特点。电子线路将很难在这种环境下保持正常的运作。

1 温度对电路的影响

温度对电子线路的影响最主要还是对电子元件的影响。随着温度的变化，使得电子元件的一些特征和性能产生变化，从而影响到电路。

1）温度半导体元件的影响。设计高温电路，则必须先解决元件的问题。半导体是现代集成电路元件的主要材料，它一种热敏材料，随着温度升高，它的许多参数也将会随之变化，特别是本征承载流子的密度还与温度成正比，从而使得PN结的反向电流增加的很明显，进而导致功率损耗增加，噪声增大以及阻抗降低，最后，随着温度逐渐的升高，电子元件的内部结构受到破坏，致使电子元件的性能受损。有实验表明：随着半导体结温每10℃的增加，元件无故障时间将缩短一倍。所以，降低对半导体结温的要求，是设计高温电路的重点。

2）耐高温的电子元件。所有电子元件都有其的高温额制限度，由于元件工作自身也会产生温度，所以工作时元件的温度一般都会高于工作环境的温度。设计时，元件工作最高的温度不能超过其本身的温度允许值。所以，在设计时：①元件的选择上，应尽量额选择温度最高允许值大的的元件。在选择半导体元件时，应该注意不宜选用结温较低的锗件，而应该选用结温较高的硅件；②尽可能的减少电路系统功率的消耗，降低元件散热性的要求；③在设计上尽可能的增加热导和减少热阻，促使降低低功率消耗和最高允许结温的要求。元件的热阻是有两个部分组成的。其分别是，件外热阻：电子元件外壳到周围环境的热阻；件内热阻：电子芯片内部到外壳之间的热阻。确定件外热阻的因素有多种。一般是由：器件引线框材料和结构，半导体芯片的尺寸，压焊丝材料，芯片粘结材料，表面积的大小和直径以及器件外壳的材料所决定的。而件内热阻主要和组装件的组装密度、元件、结构材料、功率分布等等有关。

2 设计高温电路

高温电路的设计目前有三种方法可以实现。其分别是：传统、混合电路、HTASIC方法。

1）传统设计。传统的设计方法一般只是在设计和制造时将高温特性考虑进去的依照普通环境进行的系统设计方法。这种设计方法既要使用一些热设计去调整元件的功率，还得选用耐高温元件，但要在150℃以上的高温环境下正常工作还是很难实现的。别的高温元件也大概如此。不过可以用降温的方法来降低电路的温度，促使仪器内温度保持长时间在150℃以下，完成所需的测量。

传统的设计方法，对于短期的应用时可行的，甚至一些很复杂的电路也能用到。然而在长期的高温下应用，可靠性不高。因为，电路的无源与有源部分之间的互联部分在长期的应用下很容易老化。

2）混合电路设计的方法。我们将同时在一块基体上应用现成集成芯片和薄厚膜技术的方法称之为混合电路设计的方法。它是一种介于HTASIC和传统之间的方法。相对于传统技术，混合电路的功耗要低；而且，在高温工作环境下的各种效果都要比传统电路要好。

3）HTASIC设计方法。相对于传统电路和混合电路，集成电路技术在高温条件下应用的效果肯定是最好的。在一些典型的高温环境系的特性它都有很好的表现。能适应的最高工作环境高达250℃。

应用集成电路的好处：①随着能够集成在芯片上的功能的增多，处于外部的电子元件的数量也将逐渐减少；②集成电路相对分离电路其内部元件的尺寸要小的多，所以，大大的降低了功耗，也避免了芯片内部过热；③由于芯片内所有功耗元件都可以通过物理延伸或调整到避免本地过热点产生，就使得集成元件在高温环境下有了更高的保证。

3 低功耗的设计

高温电路的设计，在于提高电路系统高温环境下正常工作的时间。上述在采用耐高温元件、优化电路结构的同时，还应该考虑降低系统的功耗，减少热量的释放。

减低集成电路芯片功耗的设计最主要的研究内容是：如何有效的降低芯片功耗和如何通过软件硬件的优化在保持本来性能的前提下，使得总体功耗在一个较低值上。集成电路芯片所产生的功耗，最主要的是来源于电路逻辑状态所产生的动态功耗。所以，降低功耗最直接有效的方法是降低供电电压。只是这样经常会增加电路输出延迟。另外一种方法就是降低频率，有选择的降低频率可以再降低功耗的同时，保证系统的性能不受影响。而降低负载容抗的的方法，是实际中降低功耗最有意义的方法。

所以，在电路实际中降低功率消耗，可以从硬、软件的设计采取

措施。

1）硬件设计。①元件上，尽可能的采用功耗小，可胜任高温工作要求的高温低供电集成芯片；②在电路性能得到保证的前提下，进可能的提高电源转化效率和降低电源工作电压；③在保证电路性能的情况下尽量的减少元件数量，简化电路；④如果仪器是智能型的，则可以充分的利用中央处理器的运算、处理功能代替硬件电路。

2）软件设计。①尽可能的硬件软件化来实现功能。这样有利于降低成本，降低功耗，偏于维护和升级，还能提高工作的可靠性；②电源管理功能最好使用微处理器自身所带的；③采用可用的各种手段减少耗电；④结合实际应用，尽量利用软件手段减少耗能。例如：石油井下测量采样时，可以于事先预算好最好的采样方针，在不影响测量效果的前提下，尽量减少功耗；⑤在应用的过程中应该注意：要仔细检查各元件，特别是集成电子芯片的工作状态。考察其是否能够正常运作以及其各种性能是否健全。如果不能，应当及时给予处理。

4 小结

经过对耐高温电子元件的选择、电子线路结构的优化和降低电路系统功耗的设计，基于PCB的高温电路时可以实现的。实践也证明该电子系统能够在250℃以下的高温环境下正常运作。

参考文献

[1]Akira Matsuzawa. Low-voltage and low-power circuit design for mixed analog/digital systems in portable equipment. IEEE Journal of Solid-State Circuit.1994,29(4).

[2]Moyer, B. Low-power design for embedded processors. Pronceedings of the IEEE Circuits and Systems Magazine,2001,1(1).

[3]童诗白.模拟电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.

第7篇：电路设计方法范文

关键词：电气控制线路设计；电气设备；方法

中图分类号：U463.6 文献标识码：A

1 电气控制线路设计的内容

生产中机械使用有效性与电气制动化有着非常紧密的联系，机电一体化已经成为现在生产企业的一种趋势。因此电气化的控制与机器设备之间的配合尤为重要，这就要求设计人员对机械的结构与原理有着深刻的认识，同时对于机械设计的工艺也要有所了解，这样才能符合电气控制的要求。

机械设备的控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，因此生产机械电气控制系统设计的基本内容有以下几个方面：

1.1 确定电力拖动方案

1.2 设计生产机械电力拖动自动控制线路

1.3 选择拖动电机及电器元件，制定电器元件明细表

1.4 进行生产机械电力装备施工设计

1.5 编写生产机械电气控制系统的说明书与设计文件

2 电力拖动方案确定的原则

对于生产机械电气控制的设计，首先是确定明确、选择出合理的方案。方案的确定要考虑两点。

第一是设备的工艺与设备的结构，根据生产的设备的调速来制定方案。

第二是考虑电动机的调速特性与负载的相适应。

2.1 生产机械不需要电气调速要求

通常情况下，在没有电气调速、启动的不频繁场合，鼠笼式异步电动机就应该被应用。如果在传动装置中负载转矩很大则考虑绕线式异步电动机。对于同步电动机的适合场合则是在负载平稳时，并且容量与起停的次数很少的时候，通过这种有效合理的传动机不但充分提高电动机的效率，同时也能调节励磁在过励的条件下从而让电网功率因数提高。

2.2 生产机械需要电气调速要求

这里的拖动方案的设计是根据生产机械的调速，在充分保证技术的基础上通过比较最终选择拖动方案。

速范围D＝2-3，调速级数3，调速级数≤ 2-4 时，一般采用改变磁极对数的双速或多速笼式异步电动机拖动。

调速范围D＜3，月不要求平滑调速时．采用绕线式转子感府电动机拖动们只适用于短时负载和重复短时负载的场合。

调速范围D＝3-10，且要求平滑调速时，在容量不大的情况下，可采用带滑差离合器的异步电动机拖动系统。若需长期运转在低速时，也可考虑采用品间管直流拖动系统。

调速范围D：10-100考虑使用直流拖动系统或交流调速系统。

三相异步电动机的调速，以前主要依靠改变定子绕组的极数和改变转子电路的电阻来实现。目前，变频调速和串级调速已得到广泛的应用。

2.3 确定电动机调速的性质

对于双速笼型异步电动机，当定子绕组由Δ连接改为YY接法时，转速由低速转为高速，功率都变化不大，适用于恒功率传动；当定子绕组由Y连接改为YY接法时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动、对于直流他励电动机，改变电枢电压调速为恒转矩输出；而改变励磁调速为恒功率调速。

如果采用不对应调速，恒转矩负载采用恒功率调速或者恒功率负载采用恒转矩调速，将电动机额定功率增大到D倍，（D为调速范围，）并且一部分转矩为充分利用，因此电动机调速性质是反应调速范围内转矩、功率与转速的关系。

3 电气控制方案的确定原则

明确控制方案是设计出合理适用的电力控制系统的前提保证。因此设计人员要按以下原则来进行：

3.1 拖动需要与控制方式相适应

控制方式不是越多就越好，主要看它的经济效益。当加工生产的程序变化很多时，采取编程序控制器，要是逻辑控制比较简单则可以采用稳定的生产设备即继电解除控制法。

3.2 控制方式与通用化程度相适应

通用化可以说是对不同生产对象通用程度，应该区别自动化。因此通用化程度低的但也许保持着较高的自动化，这类机床使用固定的控制电路较好。若是小的零件则采用数字程序。应为这样对于加工对象采用不同的程序提高通用与灵活性。

3.3 最大限度满足工艺要求

为了满足较高的工艺水平，确保机械的工作效率，可以在控制线路中加入自动循环、半自动循环、故障诊断等功能。

3.4 电路电源的可靠性

简单的电路采用电网式电源，相反元件多的话采用电压隔离降压的方法。如果要采用直流电源，则必须满足自动化程度高的设备，这么做也可以对空间进行节省，方便操作。在实际的生产中，最终的方案取决于设计人员经验，设计人员因此应该灵活运用方案。

4 电气控制线路的设计方法

虽然电气控制线路的设计方法有不同，但都要满足几点要求。首先应能满足生产机械的工艺要求。其次线路结构要简单，力求精简。再次操控，掌握，维修要简单。第四要具有应对安全隐患的措施，在发生事故时也能很好及时的完成任务。第五要能适应生产时所在的环境。

4.1 控制线路的设计方法简介

电气控制线路的设计方法有两种，一种是经验设计法，另一种是逻辑没汁法。

经验设计法：它是根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法，采用典型环节线路直接进行设计，先设计出各个独立的控制电路，然后根据设备的工艺要求决定各部分电路的联锁或联系。这种方法比较简单，但是对于比较复杂的线路，设计人员必须具有丰富的工作经验，需绘制大量的线路图，并经多次修改后才能得到符合要求的控制线路。

逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计，按此方法设计的线路结构合理．可节省所用元件的数量。

4.2 设计控制线路时应注意的问题

设计具体线路时，为了使线路设汁得简单且准确可靠，应注意以下几个问题。

首先尽量减少连接导线，设汁控制电路时，应考虑各元器件的实际位置，尽可能减少配线时的连接导线。

其次正确连接电器的线圈。电压线圈通常不能串联使用，由于它们的阻抗不尽相同，造成两个线圈上的电压分配不等。即使是两个同型号线圈，外加电压是它们的额定电压之和，也不允许这样连接，因为电器动作总有先后，当一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使线团烧毁。电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作，解决的方法是各用一个接触器的触点来控制。

结语

通过以上分析可以得出电气控制线路设计对于电气控制的影响力之深，不能简简单单从设计的角度来认识电气线路，要在实际的设计、生产、维护中总结出经验，同时设计者应该对电气线路进行深入的研究，对设计重视起来，从实际出发，依托自身的经验，设计出合理的线路来确保电气路线的准确性。

参考文献

[1]贺哲荣.机床电气控制线路图试图技巧[M].机械工业出版社，2005.

第8篇：电路设计方法范文

【关键词】市政道路；节点交通；交叉口；竖向；控制灯

城市的现代化经济建设在主要是借助于交通的力量，交通发展和完善就是为了促使车辆增多的城市能够减少车辆拥堵、分散人流的作用。而且城市的经济实力也是靠交通运输业带动起来的，如果城市道路的路网建设能够全面的把市政道路节点交通设计科学分配并加以完善，城市才能够尽快的实现现代化的建设。

1、 交叉口的交通组织渠化设计

1.1. 交通组织渠化与信号控制的结合

交叉通组织渠化是拓展路网空间资源的主要途径。这样的路网设计确立了一个大框架以便进行交叉口管理和控制。在此组织渠化的“框架”内可进行交叉口信号控制，以优化交叉口时间资源分配，提高道路通行能力。交通节点处人流与车流的控制效果直接取决于交通渠化与信号控制之间的配合程度。但是按照一般的设计理念，道路节点处组织渠化设计往往先于信号控制设计，因此进行组织渠化设计时应考虑周全，为后续信号控制设计预留足够的时间和空间。如针对左转车辆较多的道路节点，可适当增加左转专用相位设计，这就需要在前期渠化设计阶段提前开设专用左转车道；如果要控制右转车辆的相位，就应该预先了解右转车辆的相位是否和直行车辆一致，在不一致的情况下可独辟专用右转车道。

1.2 左转（调头）车道设置位置分析

在左转（调头）车流量达到一定程度时，应设置专用左转（调头）车道，其一般设置于靠近道路中心线的位置，即进口道最左边。左转（调头）车道设置在进口道靠近道路中心线的位置能够避免与同向直行车流的冲突，且符合驾驶员的一般行驶习惯。但在实际交叉口组织渠化设计中，也可以有条件的将左转（调头）车道设置于同向直行车道的右侧。

这种设置方法可以增大左转（调头）车辆的转弯半径，从而增加其通行能力，特别是在一 些路幅资源有限的交叉口，若将左转（调头）车道设置在靠近道路中心线的位置，将导致部分车辆调头困难，甚至无法有效调头，这时，就必须调整左转（调头）车道的设置位置。需要注意的是，一旦将左转（调头）车道设置于同向直行车道的右侧，将有可能导致直行车辆与左转（调头）车辆的冲突，也限制了交叉口的相位设计（不能采取同向直行、左转、调头同时放行的相位设计方法），因此，左转（调头）车道的具体设置位置，要根据实际交叉口情况和交通流特性，并结合交叉口信号配时情况综合考虑。

2、 交叉口的平面设计

2.1 路口视距三角形设计

停车视距、引道视距和交叉路口安全停车视距是适用于道路平面交叉的重要视距指标。停车视距是驾驶员在接近车道障碍物之前作出反应并制动停车所需的最小距离，由驾驶员反应距离及制动距离两部分构成。引道视距是通向平交路口引道上的停车视距，与停车视距数值相等。交叉路口安全停车视距是使主线上驾驶员发现支路车辆驶入平交路口将与自己发生碰撞时，作出反应距离并制动停车所需的最小距离，由主线车辆3 秒内行驶的距离和停车视距两部分构成，如表1 所示。

平面交叉口处两个行车方向的车辆停车视距能够形成视距三角形，这一范围内应尽量确保通视，路面以上0.9m～3m 的范围内禁止布设植物、建筑等设施，以免驾驶员行车视线被挡。

2.2 交叉口转角缘石的半径

为了保证右转弯车辆能以一定的速度顺利地转弯，交叉口转弯处的缘石应做成圆曲线或多圆心复曲线，以符合相应车辆行驶的轨迹。通常采用圆曲线，计算施工均较方便。

交叉路口转角处缘石曲线的线型与曲率半径大小应满足右转机动车或非机动车的行驶要求，宜采用单圆曲线、双圆曲线或三圆曲线，必要时也可采用插入缓和曲线的圆曲线等线型。采用多圆复曲线时，入口处的曲线半径应小于出口处的曲线半径。相邻曲线半径相差不宜过大，也不宜过小。三圆心复曲线的曲线半径之比可为R1：R2：R3=1.5：2.5：4.0。

3、交叉口的竖向设计

3.1、纵坡、横坡要求

平面交叉口范围内的道路纵坡不宜大于2.5%，也不宜小于0.5% ，横坡应为0.5%～.2.0%，以利于交通安全和地面雨水排放。

道路类型和等级相当的城市道路相交的平面交叉口在进行竖向设计时宜保持它们的纵坡不变而适当调整各自的横坡度，达到平缓过渡，平顺交接的目的。主要道路与次要道路相交的平面交叉口在进行竖向设计时则宜尽量保持主要道路的纵横坡度，而适当调整次要道路的坡度。

在进行城市道路平面交叉口竖向设计时，要争取相交路段中至少有一条路段的排水坡度是朝向交叉口外端的，同时要避免相交路段的路面雨水流过交叉口中相交路段共同路面部分，而必须在过街人行横道前或路缘石转角曲线的结合处布设雨水口拦截路段雨水。

3.2、交叉形式的选择

城市道路平面交叉口的竖向形式一般可参照覆盆式、盆式、斜坡式、马鞍式、山脊式、山谷式六种典型形式进行设计，每一种典型形式对应于一种相交路段纵坡坡向的组合，具有自己相应的排水特点，需要在典型部位布置排水雨水口，以利于路面雨水的排放。

4、针对道路的控制灯设计

市政道路的节点部分就是对信号控制灯的全面利用，而且道路的控制灯是对道路节点设计最明显也最有效的安排和设计，因为信号灯的出现就是人、车通行有序的必要保障，排除了不良天气下影响人力指挥的困难。信号灯起到了控制、整流、和立交分离的作用特点，在信号灯强弱明暗的信息指示下，道路的行人车辆才停走有序，市政道路的建设节点交通设计才有科学的依据，而且道路的控制灯设计就是将道路中最重要的平衡问题进行节制，始终能够在道路的节点环节上发挥重要作用，例如：在高峰期能够保持不变的将交通节奏稳定进行。而且交通信号灯也有更多新的创造和表现形式，例如：立体交叉、环形交叉等信号表现形式，从本质上将道路节点交通设计进行了最全面的保障。所以必须要实施交叉点的针对性设计和分析，因此信号灯控制的平面交叉路通状况更加的稳定一些，在总体上说道路交叉和道路节点设计是一样的，例题较差的出现，道路节点才有更多的设计实践工序。所以在城市的道路节点设计中一‘定要把交叉点和信号灯作为最主要的参考，才能够从实际上保证城市的道路建设通畅和谐有序。

5、结语

综上，进行交叉口设计，既要保证车辆在交叉口能以最短的时间顺利通过，使交叉口的通行能力能适应各条道路的行车要求，又要通过正确合理的竖向设计，保证转弯车辆的行车稳定，同时符合排水要求。节点交通设计中要统筹兼顾才能保证市政道路的畅通。

参考文献：

[1]朱胜雪，陆键公路平面交叉口安全评价指标及方法[J].交通运输工程与信息学报，2011，3

[2]白雪松.对城市道路交叉口的完善设计分析[J].科技资讯，2012，9

第9篇：电路设计方法范文

关键词：全寿命成本；输电线路设计；设计方法

中图分类号：TM621.5文献标识码：A

一，输电线路全寿命成本的预测模型

1，预测模型研究流程

对输电线路全寿命周期成本分析研究的本质是:在输电线路的设计阶段,在系统规划给定的决策信息条件下,基于输电线路的一般设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,以根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。

既然本项目是对输电线路全寿命成本进行先期的预测性研究,因此,应界定输电线路全寿命成本预测分析基本的前提假设条件,即在设计阶段,输电线路的全寿命成本预测是在输电线路的正常设计、正常施工及正常运营的情况下进行的,不考虑输电线路全寿命周期中的不可预测的偶然事件影响。

本文推荐的全寿命成本预测模型研究流程是:在输电线路部分确定性己知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本计算。

依据输电线路设计过程进行的输电线路全寿命成本计算思路，在实质上,无论是在输电线路哪个设计过程及设计层次,通过已知的确定设计条件及根据设计经验确定的后续其它部件设计的模糊条件,构成输电线路一般设计的所有条件,由此,在足够的设计信息下根据同一分析方法进行同样的输电线路全寿命成本计算。

2，全寿命成本表示方法

依据输电线路的设计过程,在各类确定的及模糊的部件设计条件及设计参数下,其全寿命成本的的现值是与路径相关的成本现值、导地线的全寿命成本现值、杆塔的全寿命成本现值、基础的全寿命成本现值、绝缘子的全寿命成本现值、金具的全寿命成本现值、防雷及接地的全寿命成本现值、其它成本的全寿命成本现值等之和。

二，基于全寿命成本的输电线路设计方法

设计作为输电线路项目全寿命周期管理的龙头环节,全寿命周期设计意味着,在设计阶段就要考虑到产品寿命历程的所有环节,以求产品全寿命周期所有相关因素在产品设计阶段就能得到综合规划和优化。输电线路设计不仅是设计功能和结构,而且要考虑到电网的规划、线路本体的设计、线路的施工安装、线路的运行、维修保养、直到回收处置的全寿命周期过程。

根据全寿命成本的预测分析及输电线路的分层次设计方法,可建立基于全寿命成本的输电线路设计方法,其本质是:在系统规划给定的决策信息条件下,在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上,通过一般性的设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,从而可根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。该方法的设计流程可见下图基于全寿命成本的输电线路“分层循环反馈”设计流程：

由上图可知,输电线路的设计是基于全寿命成本的分层次设计,即各个层次的设计均需全寿命成本的循环比较来进行具体设计的选择,可称为“分层循环反馈”设计方法。应用本设计方法,输电线路的设计和全寿命成本的预测是共同进行的,即各个层次的输电线路设计及全寿命成本预测均是在部分确定的己知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本预测,从而对设计方案的选择提供全局性的经济指标。

三，实例分析

本节以导线方案优选举例说明基于全寿命成本的输电线路设计方法。

1，前提条件的确定

经过预测模型研究流程分析,架空导地线路全寿命成本的具体分析是在输电线路路径已选择完成的情况下,经过导地线的具体设计已掌握了部分必要的已知条件,它们包括了:输电线路设计的具体长度；输电线路路径的不同地形比例及气象信息分区；输电线路经过地区的各类状况；输电线路导地线的型号及相应长度；输电线路导地线的预期设计使用寿命；输电线路导地线的失效模式及相应的失效概率。

2，成本模型的建立

导地线包括了导线与地线,由于两者的使用寿命不一致,因而需分别进行建模。导地线成本主要包括了建设成本(即初始材料成本及初始建造成本)、检测维护成本、维修更换成本、失效成本、线路能耗成本及残值等。

以某5O0kV输电线路工程导线方案比选为例,已知该项目的路径长度为119km,采用双回路,主要气象条件为最大风速32m/S,覆冰厚度10mm;系统输送功率额定为1200MW.通过计算比较发现：是依据本文推荐的“分层循环反馈”设计流程,完全可以精确预测整个项目方案的全寿命成本。

本文推荐的全寿命成本预测模型研究流程是:在输电线路部分确定性已知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本计算。根据全寿命成本的预测分析及输电线路的分层次设计方法,可建立基于全寿命成本的输电线路设计方法一“分层循环反馈”,其本质是:在系统规划给定的决策信息条件下,在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上,通过一般性的设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,从而可根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。最终本文以导线方案优选举例说明基于全寿命成本的输电线路设计方法。

结语

在输电线路设计中提出了基于全寿命成本的输电线路设计方法一分层循环反馈方法。根据输电线路的确定性已知条件和模糊性假定条件,建立了输电线路主要部件全寿命成本的分层循环反馈预测模型。该模型通过仿真计算输电线路全寿命周期内的所有成本,并对输电线路的设计流程加入反馈功能实现对设计方案的改进,使之符合输电线路建设的全寿命理念。通过案例分析,证明了基于全寿命成本的分层循环反馈方法切实可行。

参考文献