模拟电路性能减弱问题检测与诊断策略探讨

彭丽君

（天门职业学院，湖北 天门431700）

1 概述

在20 世纪60 年代初期，国外著名学者伯科维茨首次发表了网络参数的可解性研究报告，从那以后电子领域大批的学者与专家投入到模拟电路故障诊断方面的研究工作上，取得了较大的研究成果，并先后提出多种诊断方法。现阶段针对模拟电路故障诊断方面世界上普遍认同的方法有两种，分别是测前模拟法以及测后模拟法[1]。其中，测前模拟法主要表示为正式测试工作开始前进行的故障仿真模拟，并在测试过程中获得故障对比表，再以该对比表为基础对测试获得的数据资料进行复核，以此来获得较为准确的故障信息，该类模拟法中较为经典且应用普遍的方法为故障字典法。测后模拟法是在完成电路测试后，根据取得的数据信息开展模拟分析工作，并获取诊断数据与结果，该类模拟法中较为经典的方法为参数分析法以及故障检验法[2]。现阶段针对模拟电路诊断方面的研究主要倾向于故障检测以及定位，但是对故障参数辨别方面的研究不多。为了解决弥补这样的空缺，本文从单一故障以及多故障诊断两个方面对退化型故障进行定位以及参数辨别，为提高模拟电路性能减弱问题检测与诊断水平提供帮助。

2 模拟电路问题概述

本文研究的模拟电路性能减弱性故障主要是指由于元件参数出现漂移造成的电路功能性障碍[3]。该电路不仅能够增添测试信号，同时还可以对电路中的响应节点进行检测，并将这些节点称为可及测试点，简称为测试点。

假如研究的模拟电路L 中总共涵盖了m 个需要检测的元件Rm以及n 个测试点，其中m 大于1，n 数量介于1 和m 之间。此外假设在h 节点以及f 节点之间只存在一个电路元件Rhf，其中h 与f 的数值不相等，并且均大于1。在进行模拟电路故障检测前，已经明确了网络拓扑结构以及所有元件参数数值，设定激励源形式为电流源。假如模拟电路中m′个元件出现了漂移故障，其中m′介于1 和m 之间，通过各个测试点获得的电压值，准确且迅速查找出问题元件，同时核算出该元件的漂移数值[4]。

3 模拟电路问题检测与诊断策略

3.1 模拟电路单故障诊断方法

假如模拟电路中h 节点与f 节点范围内的某个元件Rhf 出现漂移，使得导纳从Yhf变化成Yhf+ΔYhf，并同步导致了该范围内的测试点电压从ei转变成ei+Δei，由此可以获得测试点i 处的电压变化数值为：

通过对上述公式分析可得，假如模拟电路的拓扑结构以及测试点总数与方位固定不变时，只对激励节点方位进行变更，由此可以获得相对于的对比电路，这时模拟电路中任意一个元件Rhf相比较与初始电路以及对比电路的测试点i′均可以得到一个电压灵敏性数值，两者之间的比值等同于各个模拟电路中i测试点以及i′测试点处的电压增量比值[5]。

3.2 模拟电路多故障诊断方法

模拟电路故障字典主要适用于单一故障的元件定位与诊断，当电路中出现多个故障点时，则不能够直接利用故障字典来查找问题元件[6]。为了解决这样的问题，本研究中引入了网络撕裂法，能够很好的满足模拟电路多故障的诊断要求。具体来说，这种方法是主要利用变化电路中的某个激励节点，从而产生一个新的对比电路，紧接着基于相同的方法以及相同的位置将初始电路和对比电路拆分成若干个子电路，并且保证每个子电路中不会出现两个以上的问题元件，通过这种方式将多问题电路成功划分为多个单故障电路，在这种情况下就可以利用故障字典来查找与定位各个问题元件。

通过变化激励节点方位，可以得到一个全新的对比电路L（1），见图1。

图1 对比电路L（1）

采取网络撕裂法，将多问题模拟电路转变为若干个子电路，分别为和，对应的电路图如图2 和图3 所示。

图2 对比电路L（1）中的子电路

图3 对比电路L（1）中的子电路

假设在进行故障诊断过程中，某个子电路中查找出两个及以上的问题元件，则需要将该电路继续划分为两个二级子电路，紧接着变化激励节点方位，得到相对应的二级对比电路，再利用单问题电路故障检查方法进行问题元件定位，若只检测出单个问题元件，则该子电路问题元件检测工作结束；若在二级子电路中查找到两个及以上问题元件，则再将其划分为两个三级子电路，以此类推，直至诊断出所有的问题元件[7]。

4 实例仿真模拟

如图4 为线性模拟电路L 示意图，节点1～4 为测试点，电路图中元件的额定参数值分别为：R1、R5 以及R9 均为18Ω；R2、R6 为8Ω；R3 为38Ω；R4、R7 以及R8 均为38Ω；电流Is 为0.8A。改变激励节点方位，得到比较电路图，如图5 所示。

图4 线性模拟电路L

图5 对比电路L（1）

利用仿真电路可以知道L 以及L（1）两个电路的节点电压的灵敏度数值，采用Aim以及Aim’表示，通过分析灵敏度数值可以获得故障字典，如表1。

表1 故障字典

5 结论

综上所述，以往的模拟电路故障检测主要是针对故障检测与定位，而本文重点进行问题元件定位以及漂移量确定，并从单故障电路与多故障电路两个方面分别探究了模拟电路性能减弱问题的诊断方法，为提高模拟电路开发水平提供帮助。