探析模擬電路故障原因與診斷方法

1、探析模擬電路故障原因與診斷方法摘要：隨著電路系統(tǒng)集成度的不斷增大，模擬電路中的故障本錢占據(jù)集成電路總診斷本錢的絕大局部，因此加強模擬電路故障診斷與排除的研究非常重要。首先分析模擬 故障的類型與原因，隨后詳細介紹幾種故障的診斷方法。關鍵詞：模擬電路故障診斷一、模擬電路故障電路(系統(tǒng))誕失規(guī)定功能稱為故障，在模擬電路中的故障類型及原因如下：從故障性質來分有早期故障、偶爾故障和損耗故障。早期故障是由設計、制造的缺陷等原因造成的、在使用初期發(fā)生的故障，早期故障率較高并隨時間而迅速下降。統(tǒng)計說明，數(shù)字電路的早期故障率為310，模擬電路的早期故障率為15，晶體管的早期故障率為0.752，二極管的早期故障率

2、為0.21，電容器的早期故障率為0.11。偶爾故障是由偶爾因素造成的、在有效使用期內發(fā)生的故障，偶爾故障率較低且為常數(shù)。損耗故障是由老化、磨損、損耗、疲勞等原因造成的、在使用后期發(fā)生的故障，損耗故障率較大且隨時間迅速上升。從故障發(fā)生的過程來分有軟故障、硬故障和間歇故障。軟故障又稱漸變故障，它是由元件參量隨時間和環(huán)境條件的影響緩慢變化而超出容差造成的、通過事前測試或監(jiān)控可以預測的故障。硬故障又稱突變故障。它是由于元件的參量突然出現(xiàn)很大偏向(如開路、短路)造成的、通過事前測試或監(jiān)控不能預測到的故障。根據(jù)實驗經(jīng)歷統(tǒng)計，硬故障約占故障率的80，繼續(xù)研究仍有實用價值。間歇故障是由老化、容差缺乏、接觸不良

3、等原因造成的、僅在某些特定情況下才表現(xiàn)出來的故障。從同時故障數(shù)及故障間的互相關系來分有單故障、多故障、獨立故障和附屬故障。單故障指在某一時刻故障僅涉及一個參量或一個元件，常見于運行中的設備。多故障指與幾個參量或元件有關的故障，常見于剛出廠的設備。獨立故障是指不是由另一個元件故障而引起的故障。附屬故障是指由另一個元件故障引起的故障。二、測前橫擬法sbt測前模擬法又稱故障字典法fd(faultditinary)或故障模擬法，其理論根底是形式識別原理，根本步驟是在電路測試之前，用計算機模擬電路在各種故障條件下的狀態(tài)，建立故障字典；電路測試以后，根據(jù)測量信號和某種判決準那么查字典。從而確定故障。選擇測

4、試測量點是故障字典法中最重要的局部。為了在滿足隔離要求的條件下使測試點盡可能少，必須選擇具有高分辨率的測試點。在大多數(shù)情況f，字典法采用查表的形式，表中元素為di=l，2，n，j=1，2，n是假設故障的數(shù)目，是測量特性數(shù)。故障字典法的優(yōu)點是一次性計算，所需測試點少，幾乎無需測后計算，因此使用靈敏，特別適用于在線診斷，如在機艙、船艙使用。此法缺點是故障經(jīng)歷有限，存儲容量大，大規(guī)模測試困難，目前主要用于單故障與硬故障的診斷。故障字典法按建立字典所根據(jù)的特性又可分為直流法、頻域法和時域法。(一)直流故障字典法。直流故障字典法是利用電路的直流響應作為故障特征、建立故障字典的方法，其優(yōu)點是對硬故障的診斷

5、簡單有效，相比照擬成熟。(二)頻域法。頻域法是以電路的頻域響應作為故障特征、建立故障字典的方法，其優(yōu)點是理論分析比擬成熟，同時硬件要求比擬簡單，主要是正弦信號發(fā)生器、電壓表和頻譜分析儀。(三)時域法。時域法是利用電路的時域響應作為故障特征而建立故障字典的方法。主要有偽噪聲信號法和測試信號設計法(輔助信號法)。當故障字典建立后，就可根據(jù)電路實測結果與故障字典中存儲的數(shù)據(jù)比擬識別故障。三、測后模擬法sat測后模擬法又稱為故障分析法或元件模擬法，是近年來雖活潑的研究領域，其特點是在電路測試后，根據(jù)測量信息對電路模擬，從而進展故障診斷。根據(jù)同時可診斷的故障是否受限，sat又分為任意故障診斷(或參數(shù)識別

6、技術)及多故障診斷(或故障證實技術)。(一)任意故障診斷。此法的原理是利用網(wǎng)絡響應與元件參數(shù)的關系，根據(jù)響應的測量值去識別(或求解)網(wǎng)絡元件的數(shù)值，再根據(jù)該值是否在容差范圍之內來斷定元件是否故障。所以此法稱為參數(shù)識別技術或元件值的可解性問題，理論上這種方法能查出所有元件的故障，故又稱為任意故障診斷。診斷中為了獲取充分的測試信息，需要大量地測試數(shù)據(jù)。(二)多故障診斷。經(jīng)歷證明，在實際應用中(高可靠電路)，任意故障的可能性很小，單故障概率最高，假如考慮一個故障出現(xiàn)可能導致另一相關故障，假定兩個或幾個元件同時發(fā)生的多故障也是合理的。另外對于模擬lsi(largesaleintegratin，大規(guī)模集

7、成電路)電路加工中的微調，也是以有限參數(shù)調整為對象的。因此在1979年以后，sat法的研究主要朝著更實用化的多故障診斷方向開展。即假定發(fā)生故障的元件是少數(shù)幾個，通過有限的測量和計算確定故障。因該法是先假定故障范圍再進展驗證，所以又稱為故障證實技術。四、其他方法(一)近似技術。近似技術著重研究在測量數(shù)有限的情況下，根據(jù)一定的判別準那么，識別出最可能的故障元件，其中包括概率統(tǒng)計法和優(yōu)化法。此法原理與故障字典法非常類似，屬于測前模擬的一類。采用最小平方準那么的結合判別法和迭代法，采用加權平方準那么的l2近似法，采用范數(shù)最小準那么的準逆法等。這些方法都屬于測后模擬，由于在線計算量大，運用不多。(二)模

8、糊診斷。對于復雜電路，由于元件容差、電路噪聲以及元件參量與特性之間的非線性，用傳統(tǒng)的電路理論難以獲得準確解和唯一解，出現(xiàn)了模糊現(xiàn)象，而這種模糊現(xiàn)象與隨機現(xiàn)象不同，不便于用統(tǒng)計分析方法來解決。另外，對于故障診斷來說。往往不要求準確解，只要滿足故障隔離要求即可，于是提出把復雜電路看作模糊系統(tǒng)，用模糊信息處理的方法進展故障診斷。模糊診斷的原理是模糊形式識別。測前，利用隸屬度函數(shù)按照不同的準那么構成判別函數(shù)；測后，再利用判別函數(shù)判別所測得的特性向量對各種故障狀態(tài)的隸屬度程度。為了進步診斷效率，模糊識別應該具有自學習和修正功能，最簡單的方法是根據(jù)實際診斷的結果，以適當?shù)姆绞?、自動地修正隸屬度函數(shù)或判別函數(shù)，以便不斷自我完善。(三)人工智能技術。近年來，隨著人工智能的開展，診斷自動化、智能化的要求逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。其中基于知識的專家系統(tǒng)(簡稱專家系統(tǒng))的研究起步最