單元電路論文精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的單元電路論文主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：單元電路論文范文

關鍵詞：FPGA；原理；硬件設計；應用技術

1 FPGA的簡介

當前使用硬件的描述語言完成電路設計，都可以通過簡單的匯總和合理的布局，然后快速燒錄到FPGA器件上進行基本的測試，這也是當代數字系統設計進行檢驗的主流技術。這些可編程器件可以用來實現基本邏輯門的電路，也可以實現一些更復雜的組合功能例如數學的方程式、解碼器等等。大多數的FPGA器件里，包含著一些記憶性元件，如觸發器，或者一些其它的更為完整、性能更為優越的記憶塊。

設計師可以根據自己的需要按照可編輯的鏈接將FPGA器件內部的邏輯模塊連接在一起，仿佛一整個電路的實驗板被裝在一個電子芯片內，這些出廠后的FPGA器件的連接方式以及邏輯塊的使用都可以根據設計者不同的設計而進行改變，從而能完成不同的邏輯功能。

當你在進行的電子設計使用到FPGA器件時，你不得不需要努力地解決好電源管理、器件配置、IP集成、完整信號輸出等硬件系統的設計問題。在進行硬件設計時，你需要注意以下幾個問題：

1.1合理分配I/O信號

無論是哪種情況，在進行I/O信號分配時，都必須牢記以下共同的步驟：

1）用表格列出所有需要分配的I/O信號，并按照他們的重要性依次進行排列，比如電壓、端接方法、I/O標準、相關時鐘等；

2）檢查校驗模塊之間的兼容性；

3）利用以上的表格和兼容準則，先把受限制最大的信號分配到引腳上，最后分配那些受限最小的信號。因為受限制大的信號往往只能分配到特定的引腳上；

4）將剩余的信號分配到較為合適的地方。

1.2注意靜態功耗的降低

雖然靜態電流所帶來的功耗和動態功耗相比可以忽略不計，但對一些供電設備卻十分重要。引發靜態電流因素眾多，比如沒有完全接通或關斷的I/O 端口、三態電的驅動器的下拉或上拉電阻，除此之外，保持編程信息也會需要一定靜態功率。

2 FPGA應用技術的設計原則

從上文中對FPGA內部的硬件結構分析可看出，FPGA器件的時序邏輯非常豐富，不同于其他的可編程器件。因而對于FPGA來說，應該有一整套能夠有效利用其內部豐富的時序邏輯功能的技術，而不同于其他一般的可編程器件的設計技術。由于其獨特的優越性，FPGA被越來越多的設計人員所使用，其設計技術被許多的設計者所掌握。在FPGA的實際應用中，使用最合理的設計方法，能很大程度的改善FPGA在應用中出現的漏洞和問題，進而全面提高設計性能。

2.1使用層次化的設計技術

使用層次化的設計的系統一般分成若干頂層模塊，而每一個頂層的模塊下又有若干個小模塊，并以此類推。層次化的設計模塊，可以是描述原理圖的結構圖，也可以是經過邏輯語言所描述、表現的實體。

使用層次化的設計對于系統的模塊劃分非常的重要，模塊劃分的不合理，將會導致整個系統的設計不合理，從而使系統的性能下降，這樣層次化的系統甚至要比沒有經過層次化設計的系統效果更差。

使用層次化設計的主要優點有以下兩個方面：增強設計可讀性，增加設計重復使用的可能性。

2.2使用同步系統設計技術

所有時序電路具有同一個性質――如果要使所設計的電路正常工作，必須嚴格的執行事先定義好的邏輯順序。如果不按照此順序執行，將會把錯誤數據寫進存儲單元，從而導致錯誤的操作。同步系統的設計方法，也就是使用全分布周期性的同步信號使系統中所有的存儲單元進行同時更新，這是執行這一時序有效進行的普遍的設計方法。電路的設計功能是通過產生時鐘信號并按照時序嚴格執行來實現的。

對于靜態的同步設計，必須滿足下面的兩個條件：

1.每一個邊緣敏感的部件其時鐘的輸入應該是一次輸入時鐘的某一個函數；并仍和一次時鐘輸入的時鐘信號。

2.所有的存儲單元都應該是具有邊緣敏感特性，在該系統中不存在電平敏感的存儲單元。

我們對于FPGA器件的同步設計的理解就是全部狀態的改變都是由主時鐘所觸發，同一個系統不同的功能模塊可以是部分異步的，但是模塊與模塊之間必須是同步的。正如CPU的設計一樣，所有的電路都和系統的主時鐘是同步的。相比于異步設計，同步設計具有很多的優點，但進行同步設計時仍然需要考慮很多方面的因素。例如，在選取時鐘時，需要考慮以下幾點：首先，由于大部分的器件都是由時鐘的上跳沿觸發，這要求時鐘信號的延差要很小；其次，時鐘信號的頻率通常很高；第三，時鐘信號一般是負載較重的信號，因此合理地進行負載分配是很重要的。除此之外，在進行FPGA器件的應用時，還要考慮模塊的復位電路、時序同步電路等實際問題。

參考文獻

[1] 周莉莉，周淑閣，井娥林. FPGA課程教學方法的探討與研究[期刊論文]. 實驗室科學，2013（3）.

[2] 夏陛龍，陳津平，胡春光. 基于FPGA的實時數據采集系統設計[期刊論文]. 計算機工程，2013（11）.

[3] 鄭爭兵. 雙時鐘FIFO在多通道高速傳輸系統中的應用[期刊論文]. 核電子學與探測技術，2013（5）.

[4] 李列文，桂衛華. 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM單元設計方法研究[期刊論文]. 高技術通訊，2012（12）.

[5] 鄭文榮，孫朝江，劉少偉. 復雜系統的多FPGA可重構設計與實現[期刊論文]. 電子測量技術，2012（9）.

[6] 胡圣領. 基于FPGA的多項式運算器設計[期刊論文]. 現代電子技術，2012（1）.

[7] 孫立波，雷加. 基于SRAM型FPGA測試技術的研究[期刊論文]. 國外電子測量技術，2011（5）.

[8] 周發標，楊海鋼，秋小強，王飛. FPGA測試配置完備性的分析評價方法[期刊論文]. 計算機輔助設計與圖形學學報，2011（10）.

第2篇：單元電路論文范文

摘要 ..........................................................................I

第1章緒論 .....................................................................4

1.1課題背景................................................................... 4

1.1.1智能建筑面臨的機遇與挑戰 .................................................4

1.1.1.1智能建筑發展現狀 .......................................................4

1.1.1.2主要技術發展趨勢及問題 .................................................5

1.1.2智能火災智能火災報警監測系統的新動向..................................... 6

1.2本論文的工作與論文結構......................................................7

第2章智能火災報警監測系統基礎..................................................8

2.1簡要介紹智能火災報警監測系統................................................8

2.2對傳感器的詳細介紹......................................................... 8

2.2.1與傳感器有關的常見術語....................................................9

2.2.2熱釋紅外探測器 ...........................................................9

2.2.2.1熱釋紅外探測器的基本概念.................................................10

2.2.2.2熱釋紅外探測器的工作原理和特性..........................................10

2.2.2.3熱釋紅外探測器的安裝注意事項............................................11

2.2.2.4熱釋紅外探測器的調試 ...................................................12

2.2.2.5熱釋紅外探測器的防寵物功能..............................................12

2.3對四運放集成電路LM324的介紹 ................................................13

2.4對芯片AT89C51的介紹 ........................................................15

第3章系統硬件分析與設計 .......................................................17

3.1復位電路部分 ...............................................................17

3.2時鐘電路與時序 .............................................................18

3.2.1內部時鐘方式 .............................................................18

3.2.2外部時鐘方式 .............................................................19

3.3 AT89C51的內外程序存儲器選擇控制端 .........................................20

3.4系統的選址單元電路 .........................................................20

3.5系統的報警信號產生電路 .....................................................20

3.6系統的多機通訊技術......................................................... 20

第4章電路的軟件設計 ...........................................................21

4.1軟件程序內容 ...............................................................21

4.2軟件總體流程圖 .............................................................22

4.3報警信號發生子程序......................................................... 24

4.4鍵盤接口子程序 .............................................................26

4.5數碼顯示子程序 .............................................................27

4.6本章小結 ...................................................................28

第5章電路調試與仿真 ...........................................................29

5.1硬件焊接 ...................................................................29

5.2調試....................................................................... 29

5.2.1硬件調試方法............................................................. 30

5.2.2軟件調試方法 .............................................................31

5.3仿真中出現的問題及解決辦法 .................................................31

5.3本章小結................................................................... 32

結論.......................................................................... 33

參考文獻....................................................... ................34

源程序 .........................................................................35

第3篇：單元電路論文范文

電壓電流檢測

如圖3-7所示，電路的控制及觸發信號的產生均由DSP芯片產生。電路的控制很簡單，在DSP檢測到充電電容的電壓達到要求值后，關斷IGBT的驅動信號即可。其檢測信號由霍爾電壓傳感器來完成。霍爾電壓傳感器把檢測到的電壓信號經過A/D轉換器輸入到DSP內，DSP把進來的電壓信號與設定的信號進行比較，當電壓信號大于設定值時發出控制信號，關斷PWM波輸出。

圖3-11 霍爾傳感器

端子說明：

IN+：輸入電壓正；

IN–： 輸入電壓負；

+：正電源；

-：負電源；

M：輸出端；

：公共地。

霍爾傳感器的輸出端M接A/D轉換器，把數字信號轉換為電壓信號輸入給DSP[10]。

輸出電流也采用霍爾電流傳感器采集信號，為DSP提供控制信號和保護信號.

IGBT的驅動

IGBT的驅動信號充分利用了DSP的功能，DSP產生PWM驅動信號，但此PWM信號的驅動能力較差，不能直接驅動IGBT。DSP的驅動信號需經放大信號放大在進行驅動。在此選富士電機公司的EXB841做為IGBT的驅動器。

圖3-12 EXB系列集成驅動器的內部結構框圖

EXB系列驅動器的各引腳功能如下：

腳1：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；

腳2：電源（ ＋20V ）；

腳3：驅動輸出；

腳4：用于連接外部電容器，以防止過流保護電路誤動作（大多數場合不需要該電容器）；

腳5：過流保護輸出；

腳6：集電極電壓監視；

腳7、8 ：不接；

腳9：電源；

腳10、11：不接；

腳14、15：驅動信號輸入（—，＋）[11]。

由于本系列驅動器采用具有高隔離電壓的光耦合器作為信號隔離，因此能用于交流380V的動力設備上。 a)過電流檢測器 b）關斷時集電極電流波形 c）柵極電壓產生

圖3-13 過電流檢測及相關電流波形

DSP的選擇 TMS320F24具有一個32位的中央算術邏輯單元和累加器。CALU具有獨立的算術單元和輔助寄存器算術單元，執行一系列的算術和邏輯運算。乘法部分由乘法器、乘積寄存器(PREG)。暫存寄存器(TREG)和乘積移位器四部分組成。高速乘法器使F240可以高效地完成卷積、相關和濾波等數字信號處理中的基本運算。在將乘積寄存器的值送入CALU之前，乘積移位器將對乘積寄存器值進行定標操作。TMS320F240還包含輔助寄存器算術單元。這類算術單元獨立于CALU。ARAU的主要功能是對8個輔助寄存器(從AR0到AR7)執行算術操作，該操作可與CALU中的操作并行進行。

為加強信號處理能力，TMS320F240采用改進的哈佛結構，即獨立的程序和數據存儲空間和總線結構。程序總線傳輸程序存儲空間內的指令代碼和立即操作數，數據總線將數據存儲空間與CALU。輔助寄存器等部分連接到一起。而且程序和數據總線都可以在一個指令周期內將片內數據存儲器、片內或片外程序存儲器中的數據送入乘法器以完成一次乘加運算。TMS320F240具有很高的并行機制，數據在CALU中被處理的同時，在ARAU中還可以進行算術操作。這種并行機制的結果是在一個指令周期內可以完成一系列算術、邏輯和位操作。

圖3-14 DSP引腳圖

TMS320F240是該系列DSP控制器推出的第一個標準器件，它確定了單片數字電機控制器的標準。其指令執行速度是20MIP/S，幾乎所有的指令都可以在一個50ns的單周期內執行完畢。這種高性能使復雜控制算法的實時執行成為可能，例如自適應控制和卡爾曼濾波。非常高的采樣速率也可以用來使環路延遲達到最小。TMS320F240不僅有高速信號處理和數字控制功能所必需的體系結構特點，而且它有為電機控制應用提供單片解決方案所必需的外圍設備。F240是利用亞微米CMOS技術制造的，達到了較低的功耗。

作為一個系統管理者，DSP必須有強大的片內I/O端口和其他外圍設備。TMS320F240的時間管理器與其它任何DSP均不同，這個應用優化的外圍設備單元與高性能的DSP內核一起，使在所有類型電機的高精度、高效、全變速控制中使用先進的控制技術成為可能。事件管理器中包括一些專用的脈寬調制PWM發生函數。三個獨立的雙向定時器，每一個都有單獨的比較寄存器，可以用來支持產生不對稱的或對稱的PWM波形。

以下是F240的特點： （1）32位的中央算術邏輯單元(CALU);

（2）32位加法器; （4）三個定標移位寄存器;

（5）8個16位輔助寄存器，帶有一個專用的算術單元，用來做數據存儲器的間接尋址。

2．存儲器

（1）片內544 X 1 6位的雙端口數據/程序RAM;

（2）16K字X16位的片內PROM或閃存EPROM; （4）有軟件等待狀態發生器的外部存儲器接口模塊，具有16位地址總線和16位數據總線；

（5）支持硬件等待狀態。

3．程序控制

（1）4級管道操作;

（2）8級硬件堆棧;

（3）六個外部中斷:電源驅動保護中斷、復位、非屏蔽中斷NMI和三個可屏蔽中斷。

4．指令系統 （2）單指令重復操作；

（3）單周期的乘法/加法指令；

（4）程序/數據管理的存儲器塊移動指令；

（5）牽引尋址功能；

（6）基于2快速傅立葉變換的位反轉索引尋址功能。

5．電源

（1）靜態CMOS技術；

（2）4種低電源模式以降低電源損耗；

（3）仿真:與片內掃描仿真邏輯相連的正EE標準11491測試訪問端口；

（4）速度:50ns(20MIPS)的指令周期，多數指令為單周期。

6．事件管理器 （2）三個16位通用定時器，有6種工作棋式，包括連續遞增和連續加/減計數；

（3）三個16位全比較單元，有死區功能；

（4）三個16位簡單比較單元；

（5）四個捕獲單元，其中兩個有正交編碼器脈沖接口功能。

7．雙10位模數轉換器(ADC)。

8．28個獨立可編程的多路復用110引腳。

9．基于鎖相環的時鐘模塊。

10．帶實時中斷(RTI)的看門狗（WD）定時器模塊。 PWM波的形成

PWM波形的產生主要利用了TMS32OF240的事件管理器模塊［13］。現在重點介紹其中的通用定時器，與全比較和簡單比較單元相關的PWM單元。

事件管理器中有三個通用定時器。在實際應用中，這些定時器可以用作獨立的時間基準，如:控制系統中采樣周期的產生和為全比較單元以及相應的PWM電路產生比較/PWM輸出的操作提供時間基準。 輸出以及和比較單元的匹配信號等。

通用定時器的計數方式有六種，分別為：停止/保持、單個遞增計數、連續遞增計數、雙向遞增/遞減計數、單個遞增/遞減計數以及連續遞增/遞減計數。

要產生一個PWM信號，需要有一個合適的定時器來重復產生一個與PWM周期相同的計數周期，一個比較寄存器來保持調制值。比較寄存器的值不斷與定時器計數器的值相比較，當兩個值匹配時，在響應的輸出上就會產生一個轉換。當兩個值之間的第二個匹配產生或一個定時器周期結束時，響應的輸出上會產生又一個轉換。通過這種方法，所產生的輸出脈沖的開關時間就會與比較寄存器的值成比例。

圖3-15 DSP內部PWM發生電路框圖 為了獲得對稱PWM輸出，我們在軟件上只須做以下工作：

（1）配置ACTR來定義全比較輸出引腳的極性；

（2）配置 COMCON來使能比較操作和禁止空間向量模式，并設置ACTR和CMPRX的重載條件為下溢；

（3）GP定時器1置為連續加/減計數模式并啟動操作。

另外，為了避免同一橋臂上串聯的兩個功率開關器件的開啟時間不會互相重疊以至擊穿，6路PWM脈沖還帶有可編程死區。設置死區定時器的控制寄存器(DBTCON)的相應位來確定死區時間[13]。

電路的理想波形

如下圖3-16所示，分別是諧振電流波形Z，及Z和Z的理想驅動波形。

圖3-16諧振電流波形及Z、和Z、Z的驅動波形

電源輸出波形如圖3-17。

圖3-17 電源輸出電流波形

脈沖電容的理想波形如下圖3-18。

圖3-18 脈沖電容C上的電壓

本章小結

本章主要介紹了高壓軟開關充電電源的設計過程。詳細討論了串聯負載型DC—DC變換電路的工作原理和三種工作方式，并指出串聯負載型DC—DC變換電路是最適合與給高壓脈沖電容充電的電路形式。本章還介紹了用霍爾傳感器進行電壓和電流的檢測方法，以及用EXB841對IGBT進行驅動的方法，以及用DSP產生PWM驅動信號所要做的工作。給出了充電電源的理想驅動波形和電容電壓波形。

  ;   ;   ;   ;

結論

經過一個學期的學習和研究，我對開關電源的理論和設計方法有了更深刻的認識，結合作者在完成論文過程中所學到的知識及獲得的經驗，可得到以下結論：

1．串聯諧振開關電路工作于恒流源狀態。綜合考慮充電效率、電路實現難易程度、體積等該電路是最適合電容器充電的。在基本電路的基礎上進行技術革新,提高充電穩定度,能使其適應大范圍的重復頻率及儲能電容的容量變化。應用前景將十分廣泛是傳統充電電源的升級換代品。

2．采用了當前比較流行的PWM與諧振變換相結合的主電路拓撲結構實現軟開關，這大大減小了開關損耗。采用高頻開關功率DC/DC變換技術，從而大大減小了電源的體積和電源的噪聲，基本消除了噪聲對環境的污染。

第4篇：單元電路論文范文

關鍵詞：硬件描述語言，VerilogHDL，ITL，Tempura

 

1、引言

幾十年前，人們所做的復雜數字邏輯電路及系統的設計規模比較小也比較簡單，其中所用到的FPGA或ASIC設計工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進行。為了滿足設計性能指標，工程師往往需要花好幾天或更長的時間進行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內部結構和外部引線特點，才能達到設計要求。這種低水平的設計方法大大延長了設計周期。

近年來，FPGA 和ASIC 的設計在規模和復雜度方面不斷取得進展，而對邏輯電路及系統的設計的時間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設計人員采用高水準的設計工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進行設計。

然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對于電路邏輯關系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時序的邏輯描述。這對于化簡和檢驗正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時序的形式化解決方法，對Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補充作用。

2、ITL簡介

區間時態邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區間或時段的邏輯系統，它是時態邏輯的一個分支。我們可以把一個區間(interval)看作是一個有限的狀態序列;這里的狀態就是從所有變量到其值的映射。區間的長度定義為該區間內狀態數減 1。因此，只含有一個狀態的區間的長度為0。一個區間s0… sn 的長度是n。一個只有單個狀態的區間的長度是0。

ITL 的基本表達式和公式的語法如下所示

表達式：

公式：

其中，μ為一個整數值;a 為靜態變量(在區間內不改變);A 為狀態變量(在區間內

值可變);g 是函數符號;p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發器為例來說明ITL的使用：

一個RS 觸發器是一個簡單的儲存和保持一位數據的記憶單元。兩個輸入決定了互補的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。

圖1 RS 觸發器結構圖圖2 RS 觸發器的真值表

按照傳統的方法，根據真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把邏輯關系（動作、謂詞）寫出來，再化簡：

把時間等參數變量考慮進去，我們就可以得到RS觸發器的結構方程：

3、Tempura

用ITL 能夠方便準確地描述基于時序的數字電路，然而缺乏可執行能力，運算公式不能直接進行計算機仿真和驗證。Tempura 則是ITL 強有力的可編程可執行的工具集，大大增強了ITL 的實用性。Tempura 是一種可直接執行的數字電路時序邏輯設計方式，是 ITL 的一個可執行子集。發展到今天，Tempura 已經能夠直接在Windows 環境下運行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對照著Tempura 自帶的指導工具，使語法公式一一對應就可以進行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。

下面我們還是以RS 觸發器為例來說明

用VerilogHDL采用門級描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行為描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根據前文所述的用 ITL描述的RS觸發器改寫成Tempura 語言，代碼如下：

為了檢驗設計結果，需要輸入仿真參量，代碼如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真結果如下，和真值表一樣。

圖3 仿真結果

傳統的數字電路設計方法繁瑣且不嚴謹，而且往往缺乏時序邏輯的描述能力。針對這個問題，HDL的使用為硬件設計師提供了一個非常好的分析和設計數字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數字硬件的功能而設計，往往比較適用于較低層級的設計。同時傳統的HDL 設計方法缺乏對數字硬件推理和證明的機制；對行為描述的能力較弱，缺乏形式設計或驗證的支持工具。形式化的設計方法則提供另一種強有力的數字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經取得一些引人注目的成就。但是在硬件設計領域，形式方法的應用研究和成就仍然在起步階段。在國內的面向市場的數字電路設計，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設計數字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設計速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設計領域將有廣闊的應用和發展空間。

參考文獻

[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007

[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009

[3]舒風笛。《面向嵌入式實時軟件的需求規約語言及檢測方法》，武漢大學，2004

[4]夏宇聞。《Verilog 數字系統設計教程》，2008年，北京：北京航天航空大學出版社。

第5篇：單元電路論文范文

關鍵詞：壓力傳感器，薄膜，敏感柵

 

隨著社會的發展，信息處理技術、微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。現在非電物理量的測試與控制技術，已越來越廣泛地應用于航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量、稱重等技術領域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網。可以說測試技術與自動控制技術水平的高低，是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統的感應單元，所以，它是自動化系統和控制設備的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。

傳感器亦稱換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學量，生物學量等）按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成，有時還需加上輔助電源。免費論文參考網。其原理如圖1所示。

其中：①敏感元件直接感受被測物理量，如在應變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量，是轉換元件，如固態壓阻式壓力傳感器；③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。

國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，是被測量信號輸入的第一道關口。對傳感器在技術方面有一定的要求，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發展的趨勢[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類：電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數。

壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示，將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外施壓力作用時，彈性敏感元件將產生應變，電阻應變片將它們轉換成電阻變化，再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應用較多的壓力傳感器之一，因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫學等諸多領域。

傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵，從而產生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應度、線性度等性能。另外，由于粘結劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結構選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導體光刻技術，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、電老化，待封裝應力趨于穩定后，進行電性能測試。

在制作薄膜電阻應變式壓力傳感器中，采用的工藝流程如圖3所示。

第6篇：單元電路論文范文

關鍵詞 回饋制動；超級電容；雙向DC/DC變換器；MATLAB/Simulink

中圖分類號U46 文獻標識碼A 文章編號 1674—6708（2012）76—0123—02

0引言

超級電容器是20世紀七八十年代逐漸發展起來一種新興儲能器件，與電池儲能相比，具有充放電電流不受限制，響應速度快，循環使用壽命長，環境友好等優點。

隨著新能源汽車研究的興起，制動能量回收作為延長其續駛里程一種可行方法備受人們關注，本文針對如何在不影響蓄電池性能的情況下對制動能量進行儲存和釋放這一問題，設計了一種基于超級電容器存儲，利用單片機控制的制動能量緩存裝置。仿真結果表明，該設計可有效實現制動能量的存儲與釋放。

1超級電容存儲單元

超級電容器的單體電壓電容值較低，一般需要進行串并聯組合才能達到要求的電壓與電容等級。但單體器件參數差異，串聯單體電容電壓在工作過程中的存在不一致現象，導致一部分單體電容電壓偏低，容量不能被充分利用，而另一部分電壓過高，內部電解液發生分解而失效。因此，需要進行串聯均壓處理，來提高電容器的容量利用率和安全性。

超級電容串聯技術，就其工作原理可大致分為穩壓管法、開關電阻法、飛渡電容器電壓均衡法和電感儲能電壓均衡法等方法，各有其優缺點與適用場合。本文采用均衡效果相對較好單飛渡電容器電壓均衡法，利用一個小容量的普通電容器作為中間儲能單元，將電壓高的超級電容器中的能量向電壓低的超級電容器中轉移，適合在電動汽車等中小功率的應用場合中使用[1]。

2硬件電路設計

2.1雙向DC/DC變換器

由于在電機回饋制動系統中沒有隔離和絕緣的要求，故采用由IGBT、快恢復二極管與儲能電感組成的非隔離型雙向半橋DC/DC變換器。它具有開關元件電流電壓應力小，有源元器件導通損耗小，元器件數量少及電路結構簡單等優點。

2.2緩沖電路

利用電容電壓與電感電流不能突變的特性，本文設計了一種緩沖電路，抑制開關元器件在開關瞬間的電壓與電流變化率，同時把吸收的能量傳遞給負載，其原理圖如圖1所示。電感L1，電容C1、C2以及二極管D1，D2，D3組成緩沖電路，要求電感和電容的諧振頻率遠遠高于開關管頻率，二極管反向恢復時間足夠小。

2.3控制電路

ATMEGA48作為主控芯片，產生的PWM控制信號，經光耦隔離后，調節開關管S1與S2，并通過電流、電壓及溫度傳感器對裝置的瞬態運行狀況進行監測。

2.4元器件參數選取

為避免開關元件的損壞，變換器一般工作在連續導電模式下，且開關元器件的耐壓值應是實際峰值的1.5～2倍。因此需確定儲能電感的參數，以保證其在升壓模式（Boost）與降壓模式（Buck）下均能儲存足夠能量。兩種模式下電感計算公式分別為：

與分別為雙向DC/DC變換器高壓側和低壓側的電壓；（、、）和（、、）分別為Buck與Boost運行模式下的占空比、工作頻率及電感脈動電流。

由（1）（2）可得儲能電感值：

濾波電容直接影響負載R的電壓脈動，以電壓的極限脈動量為臨界值，選用最大占空比可求得電容極大值為：

3控制策略分析

超級電容存儲單元串接在變換器的低壓側，高壓側接入電機驅動電路的直流母線。當電機啟動或加速時，開關管S1工作，變換器處于Boost模式，可提供額外功率支持。電機減速或制動時，開關管S2工作，變換器處于Buck模式，超級電容器對制動能量進行吸收存儲。同時通過溫度傳感器對超級電容采取實時溫度監測，當大于臨界值時，即執行中斷程序。

3.1 Buck模式

采用超級電容側充電電流環和電壓環的雙閉環PI控制。當電容電壓較低時，電壓環輸出值飽和，此時超級電容處于恒流充電狀態；而當超級電容電壓達到預定值時，電壓環起作用，此時處于恒壓充電狀態。圖2為Buck模式下變換器控制框圖。

3.2 Boost模式

采用超級電容側充電電流環和高壓側輸出電壓外環的雙閉環PI控制。參考電壓設置與蓄電池電壓同步相同。圖3為Boost模式下變換器控制框圖。

4實驗與仿真

利用MATLAB/Simulink構建電動汽車制動能量緩存裝置的仿真模型。其仿真參數為：高壓側為初始電壓300V的電容，超級電容容量12.5，串聯內阻0.28，并聯內阻10，參考充電電壓和電流為70V與50A，儲能電感0.01H，濾波電容0.001F，輸出參考電壓200V。

圖4為Buck模式下低壓側電壓波形，圖5為Boost模式高壓側輸出電壓波形。

5 結論

本文在雙向DC/DC變換電路的基礎上，設計了一種基于超級電容的制動能量緩存裝。仿真結果表明，可有效實現回饋制動能量的存儲與釋放，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1]李海東.超級電容器模塊化技術的研究[D].北京：中國科學院電工研究所博士論文，2006.

[2]吳延平.超級電容器儲能系統的直流變換技術研究[D].大連：大連理工大學碩士論文，2011.

[3]王司博，韋統振，齊智平.超級電容器儲能的節能系統研究[J].中國電機工程學報，2010，30（9）：105—110.

第7篇：單元電路論文范文

關鍵詞 汽車電控系統 單片機 課程考核 計算機仿真

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.12.012

Assessment Reform Research for the Course of Automotive

Electronic Control Unit and Interface Technology

ZHANG Zhiyong， LIU Zhiqiang， DU Ronghua

（College of Automobile and Mechanical Engineering， Changsha University

of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract The course of automotive electronic control unit and interface technology is a specialized course which integrates the single chip microcomputer principle and the automotive electric control system. The traditional method of test paper method can only study the single chip microcomputer principle， the basic concept of the control system， the master degree of programming language， which cannot investigate the students for the control system designing， program debugging and other practical ability. Course assessment reform integrated with the classroom quiz， after-school simulation experiments， classroom experiments， the on-computer test together， which can comprehensively study of the degree of students knowledge， as well as the practical ability of the design and control system.

Key words Automotive electronic control system； single chip microcomputer； course assessment； computer simulation

0 前言

“汽車電控單元與接口技術”是車輛工程和汽車服務工程兩個專業本科生的專業核心課程，為學生將來從事汽車電子與控制技術工作提供理論基礎。通過對本課程的學習，使學生熟悉目前國內外汽車電控系統發展的最新動態，掌握嵌入式控制系統的基本結構、工作原理和軟硬件設計知識，培養學生運用嵌入式控制芯片、電子元件設計控制系統、人機接口界面的實踐能力。因此，在有限的課時中如何讓學生既掌握嵌入式控制系統的特點、工作原理、設計方法，同時還要使學生具備一定的實踐能力，如分析問題、解決問題的能力，是本課程教學過程中需要考慮的重點，而課程考核方式是促成以上目標的重要手段。合適的課程考核方式不僅能引導學生如何去學習，提高學習積極性，同時也促進教師在教學過程中結合先進的教學方法和手段，更新教學內容等。然而，現有的“汽車電控單元與接口技術”課程考核方法仍以傳統的考卷筆試為主，但這種筆試方式僅能對單片機原理、控制系統的基本概念、編程語言的掌握程度進行考查，無法考查學生的控制系統的設計、程序調試等實踐能力。另外，現在的教學方法很大程度上仍繼承于普通專業基礎課程的教學模式，即分別利用獨立章節教授獨立的內容。顯而易見，這樣的教學方法不適應內容綜合性強，且存在多學科交叉的課程教學。

鑒于該課程考核方式和教學體系存在的問題，本課程考核改革旨在探索汽車電子類課程群考核的適用模式，以及汽車電控單元與接口技術課程形成性考試和期終考試的目標、形式、題型和題量。通過本課考核的改革，指導學生在學習過程中理解把握課程的重點內容，培養學生的自學能力和創新能力。同時，引導師生樹立緊貼生產實際的課程考核理念，明確課程考核目標，鼓勵學生主動學習，積極主動思考，積極培養學生實際動手操作能力，提高學生素質，進一步推進由傳統教學模式向應用型創新汽車人才培養模式的轉變。

1 網絡教學平臺

本課程采用多媒體教室授課，基本知識介紹以講授為主，在進行應用實例編程時，采用小組討論的方式，各小組重點針對應用實例實現的目標、手段、技術等討論，最終完成電路設計、程序設計并以電子文本的形式上交。對常用單片機類型和操作系統、編程語言等發展趨勢等概述性內容進行講解時，對學生采用文獻綜述報告的形式進行學習內容的考核。鼓勵學生利用網絡資源，查找和了解最新汽車電控單元的發展趨勢，最終通過獨立思考、總結形成綜述性論文。另外，本課程的作業根據不同題型的特點，采用網絡電子版作業與紙質版作業相結合的方式。對于問答、判斷等題型，采用網絡提交作業，對于計算題，則采用紙質版形式上交作業。另外，在網絡課程的討論區積極發言與回復問題，也作為課程考核的內容之一。

本課程考核方式采用多種立體式考核方式，考核形式包括上課考勤、實驗動手能力與實驗報告完成情況考核、網絡課程討論區發言、綜述性論文以及期終考試等五部分。上課情況與網絡課程討論區活躍度的考核成績占總成績的15%，實驗動手能力與實驗報告完成情況占總成績25%，綜述論文成績占總成績的10%，期終考試成績占總成績的30%，平時上課出勤率在90%以上方能參加期終考試。

2 形成性考核方式

為了全面考核學生的綜合素質，采用的形成性考核內容的設計遵循下列原則：（1）簡便性原則。考核形式簡便，不拘泥于形式，可隨機提問考核，可課堂做作業，便于老師掌握學生理解知識的程度；（2）針對性原則。考核內容符合學生實際，緊密結合課程教學的實際需要，解決教學中的重點難點問題；（3）靈活性原則。對考核內容可適當拓寬，引導學生閱讀與課程內容和教學進度相關的參考書，體現注重培養自學能力的特點。

形成性考核成績占考核總成績的40%，其中大作業共計安排4次，單次考核按20分制進行評定，4次考核合計40分，24分及格，分別包括控制系統設計和實驗或仿真實驗。

（1）第一次形成性考核。考核內容：指令系統及匯編語言程序設計；考核形式：以指令系統中的數據傳送指令運用為基礎，分組假設數據傳送條件，掌握基本的數據傳送指令運用方法；考核時期：完成相應章節的教學任務后，在課堂外完成。

（2）第二次形成性考核。考核內容：單片機I/O口功能運用的Proteus仿真；考核形式：結合單片機I/O口的工作方式，選擇數碼管驅動方案，并給予說明；考核時期：完成相應章節的教學任務后，在課堂外完成。

（3）第三次形成性考核。考試內容：單片機中斷系統的Proteus仿真；考試形式：完成相應章節的教學任務后，引導學生設計中斷觸發方式和中斷響應處理方案；考試時期：完成相應章節的教學任務后，在課堂外完成。

（4）第四次形成性考核。考試內容：定時器/計數器的Proteus仿真；考試形式：完成相應章節的教學任務后，引導學生設計定時器/計數器的應用案例；考試時期：在課堂外完成。

其中形成性考核評分標準為：（1）8～10分：按時交作業，程序與電路設計正確，仿真結果正確，電路正確規范；（2）6～7分：按時交作業，程序與電路設計基本正確，仿真結果基本正確，電路基本規范；（3）3～5分：交作業滯后，程序與電路設計不夠全面，但仿真結果部分正確，電路設計無大錯；（4）0～2分：嚴重拖交作業，程序與電路設計錯誤較多，仿真結果不正確，電路設計錯誤。

3 教學內容與方法改革

為了與課程考核方式相適應，在教學內容和方法也應該做相應的改革。（1）在教學內容上，除了嚴格按照相關教學大綱的要求完成規定的教學內容之外，課程借鑒了國內外同類課程的內容體系，選擇性地介紹國外內關于嵌入式系統、操作系統、先進控制方法等方面的最新成果和未來發展趨勢。（2）為了配合網絡平臺教學和形成性考核，在課堂教學引入軟件仿真技術，可直觀地、實時地和可重復地將知識點形象化、具體化，同時還能與同學們進行互動，啟發同學們去思考。在網絡課程討論區里面，有針對性地提出啟發性的問題；在網絡資源中上傳了很多經典的單片機應用實例仿真程序，引導學生利用網絡自主學習。（3）在課件中融入了各種視頻、圖片文件，充分利用網絡公開課資源，演示單片機的各資源的工作原理，使教學不再空洞、枯燥，學生能利用資源對單片機原理有充分的認識和了解，進一步拓展了教學形式。

4 結論

本課程考核改革于2011-2012第二學年在車輛工程專業、汽車服務專業兩個教學班實施，授課學生人數為127人。通過本課程考核改革，學生學習積極性明顯增強，表現在上課出勤率、課后提問數量、試驗完成率等指標明顯提高。最后基于形成性考試方法，學生考試及格率達到100%，且成績分布服從正態分布，證明了該考核方法的有效性。

論文資助項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目（湘教通[2014]247號），學生能力導向的機械類專業工程訓練改革與實踐，回歸工程實踐的機械類專業工程教育人才培養模式改革與實踐

參考文獻

[1] 張志勇，李岳林，劉志強，等.汽車電控單元與接口技術教學方法研究[J].科教導刊，2013（10）：169-170.

[2] 張志勇，李岳林，劉志強，等.基于軟件仿真的單片機課程啟發式教學方法探索[J].科教導刊，2011（10）：52，64.

第8篇：單元電路論文范文

【關鍵詞】激光三角法 可控型水龍頭 光電轉換

微電子技術和傳感器已經成為二十一世紀信息社會的重要標志。隨著激光傳感器的廣泛應用及新型光電掃描與光電探測技術的不斷提高，工業、農業、家庭、軍事、醫學等應用領域的傳統方法得到了改善。激光傳感可控型水龍頭將激光位移傳感器與電子信號處理技術結合，應用在了水資源節約領域。市場上的傳統插卡式熱水龍頭在使用時難以估定水瓶內的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費問題。該項日利用激光位移傳感技術檢測并定位水的高度，經過數字信號處理器將信號反饋到電子電路，自動切斷電源。和傳統插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節約型水龍頭具有測量精度高、可靠性好、非接觸、自動化、安全等突出優點，有極重要的現實和環保意義。在前期的推廣中，這項技術先應用于學校水房保溫瓶水位的測試。隨著后期技術的成熟和市場的開發，可推廣向工廠水箱水位測定等更廣的領域，發揮更大的經濟和應用價值。

一、激光位移傳感器的研究現狀

現今光電技術的發展、微機的控制、數據的處理及PSD、CCD、四象限位移探測器的改善，使傳統的三角測量法有了廣泛的應用。具體包括質量的檢測、設備的維護、機械和生產自動化、流程和設備的監控等各個領域。

目前在國內，激光位移傳感的主要應用包括：對靈敏度和精確度的分析，如何提高其使用范圍以及位移、角度、同軸度的非接觸測量和校準領域。不過，我國對激光位移傳感器的研究仍處于實驗階段。國外很多專家對其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移傳感器的系統中，發現周圍的雜光對測量的精度有影響，并給出了相應的消除方法。目前，國內外有很多這樣的產品，廣泛地應用在軍事技術、航空航天、檢測技術等諸多領域。美國研制出紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環境下仍能測量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運用紅外光電傳感器進行路段事故檢測和故障排除的指揮。總體來說，國外傳感器的測量范圍大，線性度好，分辨率高，穩定性好。國內對激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國家，但是卻在研究的種類上屢創新奇。

二、激光三角測量技術的原理

激光三角測量法是指從光源發射一束光線到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，成像位移和實際位移存在一定的換算關系，通過這個關系式可以計算出被測物體表面的實際位移。由于入射光和反射光構成一個三角形光路，因此被稱為三角測量法。按照入射光線與被測物表面法線的關系，可分為直射式和斜射式。本項研究采用的是直射式激光三角測量法。

如圖l所示，激光發射器發射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發生反射后，從另一個方向通過成像透鏡，光斑成像在CCD位置傳感器上。隨著熱水瓶水面高度的變化，反射光的角度在發生變化，光斑成像也隨之發生位移。設光斑在CCD成像面上相對位移為X’，被測表面（即水面高度）的實際位移為X，則兩者關系如下式：

在傳感器的選擇上，本項研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應用于激光三角法測距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光電耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于橫向光電效應來實現光能、位置的轉換，CCD是一種新型光電轉化元件，主要由光敏單元、信號輸入單元和信號輸出單元組成。CCD以電荷作為信號，實現電荷的存儲、轉移和檢測。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩定性好、時效性高等特點。基于上述考慮，最終選定了CCD激光位移傳感器。

三、基于激光位移傳感器的可控型水龍頭系統結構

本項目研究的激光位移傳感器硬件系統包括：激光電源、半導體激光器、線陣CCD驅動電路、輸出信號的處理系統、單片機測量系統和水龍頭閥門控制系統。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統的總框圖。

3.1 光源的選擇

激光器有很多種：氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，氣體激光器單色性和方向性好，但體積和重量大，需要外部高壓電源，不易安裝在小型光學測頭上。半導體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉換率高、便于安裝等優點。激光光束在傳播中存在散射，當測量目標越遠，光能量分布不均勻，從而導致誤差出現，半導體激光位移傳感器可以進行體積小的短距離測量。

3.2 線陣CCD驅動電路

目前，應用于激光三角測距系統的光接受元件主要有兩種：CCD――光電耦合器件和PSD――位置敏感元件。本測距系統設計中采用精度高、穩定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測器，根據被測物體的移動距離，間接進行測量。

3.3 輸出信號的處理系統

圖像采集后，CCD輸出的信號疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經過預處理電路后在進行二值化處理。預處理即是將CCD輸出進行前置放大后進行濾波處理，放大電路將微弱的信號放大同時干擾的噪聲信號也得到了放大。

所以經過低通濾波器將放大電路處理后信號中的高頻成分濾除，常用低通濾波器包括：三角濾波法、高斯低通濾波器、中值濾波器等不。最后將輸出的信號送入電壓比較器進行二值化處理得到穩定的數字信號。最后將數字信號送到單片機系統進行脈沖計數就能得到像點位置信息。系統將計算后的結果顯示在顯示器界面上。

3.4 水龍頭閥門控制系統

在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統測出水面高度為X，當x的值接近L時，系統通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。

四、結束語

激光三角法采用非接觸測量，以其實時性強、精度高、對被測物體表面沒有特殊要求等優點得以廣泛應用，本論文利用直射式激光三角法，對系統的結構參數和所選器件做出了合理的設計和選擇。論文的主要工作包括以下幾個方面：

（1）通過對激光測距系統在國內外的發展現狀研究，并結合本系統情況，確定了本系統的測量原理。

（2）數據采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發射一束激光到被測物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置。通過線陣CCD對光電信號進行采集，從而計算出水面到瓶口的距離X。

（3）信號處理將采集到的數據經過濾波放大電路處理，然后將輸出的結果由模擬信號轉化為數字信號，最后將信號送人單片機系統。

（4）數據結果輸出：通過單片機的計算被測物體的位移量，當X-H趨近于零時，將其距離顯示在顯示器界面上，通過電路控制水龍頭閥門的關閉。

后期工作展望：

第9篇：單元電路論文范文

關鍵詞：寬帶 領結偶極子天線 匹配電路

中圖分類號：TN821 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)07-0077-02

偶極子天線是一種最基本的單元天線形式，自從無線電發明以來，應用非常廣泛。簡潔、高效的特征是偶極子天線得以普遍應用的主要原因，它既可以獨立使用，又可以作為天線陣的組成單元，還可以用作復雜天線的饋源。但是偶極子天線不管是何種形式，其頻帶是很窄的，一般而言只有約1%～5%，這使其應用受到很大限制。目前已經發展了很多展寬偶極子頻帶的技術，形成了許多新型偶極子天線，比如錐天線、雙偶極子天線等[1]。

現代偶極子天線的應用要求實現小型化、寬頻帶、高增益、隱蔽性強、與載體共形等特性。我們可以通過改變天線的結構、形狀、材料等特性，對匹配電路進行優化設計，提高天線的工作性能。

偶極子天線設計的重點是展寬帶寬，目前，展寬偶極子天線帶寬的方法主要有：套筒加載、將天線輪廓設計為漸變結構、優化饋電巴倫等[2]。本文展寬偶極子的帶寬沒有采用常規的辦法，找到了新的匹配方法。我們在偶極子天線基本原理的基礎上，設計出了一種寬帶領結偶極子刀形機載天線[3]，可用于民航或軍用飛機上。該天線使用十分方便，可以安裝在由復合材料制成的飛機的垂尾里面或者機翼里面。這樣的天線不外伸，又與飛機蒙皮齊平，甚至可以與飛機共形。

1、偶極子天線簡介

偶極子天線也稱為振子天線，其得名來自于對稱的兩個振子——由饋電點中心平分天線兩臂[4]。偶極子天線為平衡天線，即天線兩極對稱，它由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成，信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產生一定的電流分布，這種電流分布就會在天線周圍空間激發起電磁場。偶極子的振子可以水平放置，也可以垂直放置，方向圖以饋電點為對稱中心。最簡單的偶極子天線由導線組成，中心饋電，如圖1。

對于窄帶偶極子天線，常用相對帶寬表示工作帶寬即×100%，其中為中心頻率，，天線參數變化不超過規定范圍的最高工作頻率和最低工作頻率。

2、寬帶領結偶極子天線的設計

根據偶極子天線的特性，結合工程實際，設計出的寬帶領結偶極子天線內部電路如圖2所示。陰影部分為輻射體，采用領結形輻射臂，改善了天線阻抗匹配，同時也擴展了工作帶寬；黑色矩形內為匹配電路，這是此天線設計的重點；天線由同軸電纜為其饋電。把領結形輻射體印制在環氧板上，覆銅厚度為0.02mm，天線外形尺寸為320mm*130mm*8mm。

此天線的工作頻段為機載飛機通信頻段。若取領結偶極子天線的高度為，尺寸太大，外伸式天線不能使用，安裝在垂尾里面也顯得太大，所以選取天線的高度為，這個高度天線外伸式也可以用，裝在機翼里面也可以用。

為了展寬帶寬，除了設計出領結形輻射體外，還設計出振子的張角為，實驗證明，此時帶寬最寬。經實際測試和理論計算，得出高度為的領結偶極子輻射電阻=49，而高度為時的輻射電阻只有12，而且也很小，天線顯容性。我們要用電感來匹配，電感的量值和安裝位置是設計和調試過程的重點。

3、領結偶極子天線的等效電路

天線設計的目標是輸出最大能量進出電路，需要仔細設計天線與自由空間以及電路的匹配，天線匹配程度越高，其輻射性能越好。

通常在天線終端用變換器或并聯調諧電路來有效改善和提高匹配帶寬，也可以采用集總電路元器件（變壓器、電感器和電容器）或分布電路元器件（傳輸線），作為阻抗的變換或調諧電路的實現[5]。

領結偶極子天線匹配前的等效電路如圖3（a），其值很小，可以忽略不計，但值不能忽略，需要用一個感性元件與之匹配。

經過大量的實驗和仿真，使用新型感性元件后設計出的匹配電路和天線總的等效電路如圖3（b）所示。

4、測試結果

對設計出的領結偶極子天線進行實際測試，天線在、、、頻點處水平方向的方向圖如圖4所示。測試顯示，此天線水平面方向圖的不均勻度均小于2dB，其增益比同類同高度的天線高出1～2dB。經過功率容量測試，該天線能承受的功率可以達到100W。

圖5為我們實測的領結偶極子天線駐波圖，橫坐標為，從圖中可以看出在機載天線通信工作頻段內，天線無反射板時駐波均在2.5以下，達到設計要求。而且實際測試顯示，有無反射板對天線駐波影響不大。

5、結語

本文設計的領結偶極子刀形機載天線，經過多次試驗，運用新的匹配方法，展寬了頻帶。該天線具有結構緊湊、饋電簡單、易于制作等特點，而且有其自身優點，安裝在復合材料制成的飛機蒙皮里面，可減少氣動阻力和部分環境對天線的影響，具有工程實用性。

參考文獻

[1]肖金祥,李國劍.雙面印刷C形超寬帶天線[A].2009年全國天線年會論文集（上）[C].2009年.

[2]李晉陽,張小苗,楊倩,趙旭東,王銀行.帶有新型寄生單元的印刷偶極子天線[A].2009年全國天線年會論文集（上）[C].2009年.

[3]John D. Kraus & Ronald J. Marhefka，章文勛譯.天線（第三版）[M].電子工業出版

社,2006.8