導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

在學(xué)生愿意主動來到課堂學(xué)習(xí)的前提下，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更為重要。為了可以讓學(xué)生興趣盎然地參與到教學(xué)過程中來，教師在能講述知識的前提下，還要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，喚起學(xué)生的求知欲望。在這方面，教師可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，講述一些射頻集成電路在日常生活中的應(yīng)用。比如，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）總裁兼執(zhí)行長BrianToohey曾指出：“從物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、智能家居等市場都可以看出，半導(dǎo)體普遍出現(xiàn)在每一種產(chǎn)品類型中，而且正變得無處不在?！眱H僅在我們每天使用的智能手機(jī)中就包含RF收發(fā)器、功率放大器、天線開關(guān)模塊、前端模塊、雙工器、濾波器及合成器等關(guān)鍵射頻元件。而且有報告指出，2011年這些射頻器件的市場規(guī)模為36億美元，預(yù)計2011~2015年的年復(fù)合增長率為5.6%，到2016年主要的射頻器件市場將達(dá)47億美元。此外，目前應(yīng)用比較廣泛的WiFi及物聯(lián)網(wǎng)都與射頻集成電路有著密切的關(guān)系。這些切實(shí)應(yīng)用由于與學(xué)生的生活以及將來的就業(yè)息息相關(guān)，因此，相關(guān)內(nèi)容的講述能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二、如何讓學(xué)生成為課堂的主人

“以教師為中心”“以灌輸為主要形式”的傳統(tǒng)教學(xué)方式已經(jīng)無法適應(yīng)新時代的需求。如果教師僅根據(jù)教材對內(nèi)容進(jìn)行枯燥的講解，無法抓住學(xué)生的注意力，學(xué)生很容易溜號，影響課堂教學(xué)質(zhì)量。因此可以通過引進(jìn)研究型教學(xué)模式、師生互動來活躍課堂氣氛。所謂“研究型教學(xué)模式”即將教師由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，將學(xué)生由被動的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)。如何使學(xué)生成為課堂的主人，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的問題意識是課堂教學(xué)的有效手段，教師可以通過創(chuàng)設(shè)開放的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入主動探求知識的過程，使學(xué)生圍繞某類主體調(diào)查搜索、加工、處理應(yīng)用相關(guān)信息，回答或解決現(xiàn)實(shí)問題。比如，以射頻技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用為開放課題，學(xué)生通過查資料，分析整理，更深刻體會了射頻技術(shù)在智能家居、交通物流、兒童防盜等方面的應(yīng)用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動把“自我”融入到課程中，敢于承擔(dān)責(zé)任，善于解決問題。

三、讓學(xué)生走上講臺

學(xué)生是課堂的主人，因此，可以改變以往教師在講臺上講、學(xué)生坐在下面聽的傳統(tǒng)教學(xué)模式。讓學(xué)生走上講臺可以將傳統(tǒng)的講授方式轉(zhuǎn)換為專題研討的教學(xué)模式。教師可以提前布置專題內(nèi)容，如射頻器件模型、射頻電路設(shè)計、射頻技術(shù)發(fā)展、射頻技術(shù)的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢等。有個專題內(nèi)容作為核心，學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下通過檢索資料，組織分析資料，最終走上講臺向老師和其他學(xué)生講述相關(guān)的內(nèi)容。通過幾年的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這樣可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性、同時也能使學(xué)生對相關(guān)的問題發(fā)表各自的觀點(diǎn)，形成對問題各抒己見、取長補(bǔ)短的研討學(xué)習(xí)方式，大大拓寬學(xué)生的知識面以及綜合表述能力。

四、通過實(shí)踐教學(xué)加深理解理論教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)是掌握一門技術(shù)的基礎(chǔ)，但實(shí)踐教學(xué)也是必不可少的。學(xué)生在掌握一定的基礎(chǔ)理論的同時，須要通過設(shè)計實(shí)踐來強(qiáng)化鞏固。實(shí)踐教學(xué)的引入，不僅能夠加深學(xué)生對理論知識的深入理解，洞悉細(xì)節(jié)，提高學(xué)生的動手能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及科研能力。因此，教師可以通過設(shè)置幾個開放的課程設(shè)計內(nèi)容來讓學(xué)生主動研究探索。在本課程的教學(xué)中，本人已經(jīng)有計劃地進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)活動，例如，在實(shí)踐教學(xué)中，曾經(jīng)給學(xué)生布置了“用于GPS的低噪放電路設(shè)計”的實(shí)踐設(shè)計。在該設(shè)計過程中，學(xué)生須要深入理解多方面知識，比如明確GPS的頻段、確定低噪放的電路結(jié)構(gòu)，并有效評估電路性能等。為了課程設(shè)計的順利進(jìn)行，學(xué)生須要進(jìn)行查閱分析資料、軟件安裝、軟件學(xué)習(xí)、電路設(shè)計、課程論文撰寫等幾個環(huán)節(jié)的分析設(shè)計工作，并最終在實(shí)踐中系統(tǒng)深刻地理解掌握課程的理論內(nèi)容，為以后的工作及深造打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

五、鼓勵學(xué)生參與科研項目

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以往的擁擠度估計方法分為兩類：邊界框方法和總體布線方法。由于布線模型沒有確定，邊界框方法是一種粗略的估計方法?？傮w布線是一種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，通常是L型布線或Z型布線。本文采用總體布線的方法來進(jìn)行擁擠度的估計，模塊的邊的移動通過總體布線來控制。

2擁擠度驅(qū)動的模塊邊的移動

2.1確定布局區(qū)域的大小

改變布局區(qū)域的大小的目的是使其能夠滿足布線需求。首先，將整塊電路板劃分成m×n個布局區(qū)域，用Bij代表每個布局區(qū)域，i代表行（i=1…m），j代表列（j=1…n）。如圖3所示，xij和xij+1分別代表布局區(qū)域Bij的左邊和右邊，yij和yij+1分別代表布局區(qū)域Bij的上邊和下邊。uijl、uijr、uijt和uijb分別代表通過總體布線得到的布局區(qū)域左邊、右邊、上邊和下邊布線的數(shù)量。H、W、hTile和wTile分別代表電路板的高度、寬度、布局區(qū)域原始高度和原始寬度。（1）布通率約束。布線的容量與布局區(qū)域邊的長度相關(guān)聯(lián)，理想情況下，如果布局區(qū)域的邊足夠大，布線時就不會產(chǎn)生重疊。在布通率約束公式中，用xi,j+1-xij代表布局區(qū)域Bij的寬度，用f1（u）表示容納下u條線所需要的長度，u是通過總體布線得出的。（2）面積約束。此約束是用來確保布局區(qū)域可以容納下其中的所有單元，如果沒有此約束，假設(shè)布局區(qū)域的高是固定的，當(dāng)布局區(qū)域的邊不擁擠時，在X方向布局區(qū)域內(nèi)的單元就會產(chǎn)生大量的重疊。（3）移動約束。算法輸入的結(jié)果是一個已經(jīng)合法化的布局，所以優(yōu)化過程有必要不過多的影響原有布局結(jié)果，因此需要設(shè)置移動約束來限制邊的移動。在公式中，C代表邊移動的限度，設(shè)定C的大小為布局區(qū)域?qū)挾鹊囊话?。?）電路板大小約束。最后設(shè)定電路板約束來限制邊在移動時不要超出電路板之外，保證結(jié)果的合理性。

2.2基于最長路徑的解決方法

快速有效的解決擁擠問題的方法是基于最長路徑技術(shù)。為了計算最長路徑，需要建立一個有向無環(huán)圖G（V，E），對于每一條布局區(qū)域邊Xij用頂點(diǎn)Vij來代替，對于每一種不同的約束這里用有向邊來代替，用邊Er代替布通率約束，用邊Ea代替面積約束，用邊Em代替移動約束，就可以找到從左至右最長的一條路徑，如圖4所示。因?yàn)樵趦蓚€頂點(diǎn)之間有三種約束，所以采用以下的方法計算出兩點(diǎn)間的最長路徑。其步驟如下：（1）按照布通率約束移動邊的時候，邊同時受到面積約束和移動約束，如果布通率約束得出的值同時滿足面積約束和移動約束，此時就將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為經(jīng)布通率約束得出的值（||Er||）。（2）如果得到的值僅滿足移動約束而不滿足面積約束，此時將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有面積約束得到的值（||Ea||）。（3）如果經(jīng)布通率計算得到的值滿足面積約束而不滿足移動約束，此時將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有移動約束得到的值（||Em||）。（4）如果由布通率計算得到的值對于其他兩種約束都不滿足，此時先將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由移動約束計算得到的值（||Em||），如果同時也滿足面積約束，則此值被確定下來，如果不滿足面積約束，兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由面積約束計算得到的值（||Ea||）?；谝陨系睦碚?，可以計算出任意兩點(diǎn)間的距離，最終確定出一行的長度：（L=Σ||E||）。選出所有行中最長的一行為最長路徑（LP）。如果該長度大于電路板的寬度（LP>W），需要壓縮此長度使其在電路板之內(nèi)。因?yàn)閮牲c(diǎn)間的距離有三種可能的值，定義經(jīng)布通率約束和移動約束得到的值（||Er||）、（||Em||）為可壓縮值，經(jīng)面積約束計算得到的值（||Ea||）為不可壓縮值。通過定義，將所有（||Er||）、（||Em||）乘以壓縮比例s（s=W/(LP-||Ea||）），就得到了滿足所有條件的結(jié)果。經(jīng)過上述操作，所有單元會整體向左偏移，并擠壓在原本不擁擠的區(qū)域，如圖5所示。為了避免這種情況，設(shè)布局區(qū)域邊未移動時的坐標(biāo)為Xi，j，經(jīng)過從左至右的最長路徑操作后得到的坐標(biāo)為Xli，j，然后將原本輸入的需要移動。根據(jù)布局區(qū)域改變前單元到區(qū)域左邊和區(qū)域右邊的比例確定新單元的位置，如圖6所示，L1/R1=L2/R2。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是在一臺CPU為2.4GHzIntelXeon，內(nèi)存4G的機(jī)器上完成，采用的ISPD2011比賽實(shí)例。選取的7個比賽實(shí)例以及由清華大學(xué)、國立交通大學(xué)、密歇根大學(xué)處理的結(jié)果，用總體布線工具NCTURouter2.0[11]確定估計的擁擠信息和評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對各院校比賽得出的布局結(jié)果進(jìn)行處理優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計在表1中，前綴如SC代表清華大學(xué)，VDA代表國立交通大學(xué)，simpl代表密歇根大學(xué)，后接的如superblue4為比賽中的實(shí)例名稱，組合在一起表示各大學(xué)對不同實(shí)例處理的結(jié)果。通過數(shù)據(jù)得出經(jīng)過優(yōu)化處理之后的結(jié)果在布線線長、布線重疊度、布線時間上都有很好的優(yōu)化，特別是經(jīng)清華大學(xué)處理的實(shí)例superblue4，提高極為明顯，由國立交通大學(xué)大學(xué)處理的結(jié)果也有很大的提高。

4結(jié)論

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信號處理電路本身也存在于低電壓手持心電的前置信號放大結(jié)構(gòu)中，其主要為手持心電的電極拾取飾件發(fā)出的信號進(jìn)行接受以及處理和分辨等工作，同時有效的對心臟跳動的信號進(jìn)行增益，對相關(guān)雜亂信號進(jìn)行降噪處理。具體來講，信號處理電路首先需要針對自身的抗極化電壓進(jìn)行設(shè)計，保證抗極化電壓能夠有效滿足信號放大的要求，保證信號處理電路能夠在滿足信號增益的過程中滿足低電壓手持心電的正常工作情況，其具體的抗極化電壓以及電路設(shè)置的增益情況應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。一般抗極化電壓設(shè)置為500mV；其次信號處理電路的設(shè)計需要保證電路的頻率不會對心臟跳動信號的頻率采集工作造成一定的影響，具有相應(yīng)的雜頻降噪功能，使用輸入緩沖電路中的高精度運(yùn)算放大器就能夠有效的完成這一工作。同時注意好信號處理電路的失調(diào)電壓設(shè)置工作，保證失調(diào)電壓不會出現(xiàn)飽和情況，常規(guī)下信號處理電路的失調(diào)電壓設(shè)置的最大線路為0.55mV。

2右腿驅(qū)動電路設(shè)計工作

右腿驅(qū)動電路的作用更多的是在低電壓手持心電的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中消除手持心電自身工作頻率對心臟頻率信號采集工作的干擾，使低電壓手持心電在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠提供更小的電能消耗以及擁有更小的輸出擺幅。具體來講，右腿驅(qū)動電路的設(shè)計應(yīng)該保證手持心電電壓最大的輸出范圍部隊對手持心電的功能發(fā)揮造成影響，保證其在60uA的靜態(tài)工作電流下仍然能夠有效的發(fā)揮手持心電的具體功能作用。

3起搏脈沖檢測電路設(shè)計工作

起搏脈沖檢測電路的功能主要是對低電壓手持心電中起搏脈沖信號的收集以及檢測再到最終與A/D轉(zhuǎn)換器的信號交換工作提供相應(yīng)的電能，因此起搏脈沖檢測電路的設(shè)計工作對于低電壓手持心電的具體工作沒有較大影響，只要注意到發(fā)揮其降低手持心電的功率消耗以及電能成本的優(yōu)點(diǎn)就行。

4電源電路的設(shè)計工作

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當(dāng)電纜沒有開路、錯位質(zhì)量故障時，A0～A31端的電纜等效電阻RT≤7000mΩ時，對A0～A31端分別取樣進(jìn)行精密測量。在綜合考慮IC100～I(xiàn)C131輸入端低電平應(yīng)≤0.7V和圖2中運(yùn)算放大器輸入靈敏度兼容情況下，取恒流源IS的輸出電流為10±0.5mA，Re0～Re31＝33Ω±5%，Vces≤0.1±0.05V。因此可以計算出VA采樣取值范圍是0.353～0.566V，VB的采樣取值范圍是0.348～0.384V。為此圖2中選用OPA335運(yùn)算放大器，其輸入電壓范圍是0～3V（單電源供電時），最大輸入失調(diào)電壓為5μV。圖2中運(yùn)算放大器輸出電壓V0～V31可由式（4）計算。由于OPA335的最大輸入失調(diào)電流是70pA，在設(shè)計中控制最大輸入電流在0.1～1mA之間，選擇RA＝RB＝2kΩ±5%，R1＝RF＝33kΩ±5%，電壓增益為16.5，輸出電壓范圍0～3.6V。

2測量分析電路設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換與分析電路設(shè)計在圖3中，A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809的輸入端IN0~IN7分別與圖2中運(yùn)算放大器的輸出端V0～V7連接，將模擬信號轉(zhuǎn)化為8位數(shù)字輸出信號，并傳送給單片機(jī)的D0～D7端口，由單片機(jī)進(jìn)行分析運(yùn)算。路模擬輸出信號共需要4塊ADC0809電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)P0.0～P0.7端口接收ADC0809輸出的8位數(shù)字信號后進(jìn)行分析。

3電纜等效電阻檢測程序設(shè)計

3.1標(biāo)準(zhǔn)等效電阻值確定

端子壓接后電纜等效電阻的標(biāo)準(zhǔn)值因電纜長度不同而有差異。可采用預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值和自動確定標(biāo)準(zhǔn)值兩種方法。對線徑為0.4mm的銅芯線電纜，預(yù)先設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值RT標(biāo)準(zhǔn)可按照式（5）進(jìn)行計算：RT標(biāo)準(zhǔn)=75+148•L（5）其中，L是電纜長度，單位為m；RT標(biāo)準(zhǔn)的單位是mΩ。自動確定標(biāo)準(zhǔn)值方法是以正常工藝在質(zhì)量穩(wěn)定情況下，將首根檢驗(yàn)的壓接端子的電纜作為樣品，對32個芯線等效電阻進(jìn)行自動檢測對比，選取其中的最小值，然后乘以系數(shù)1.05作為標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2自動設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值程序設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)等效電阻值存放于I2C存儲器AT24C08中。檢測程序設(shè)計多路通信電纜端子精密檢測的主程序流程圖如圖5所示。以下為采集的主要函數(shù)，假設(shè)通道數(shù)為36路。

4批量檢測結(jié)果分析

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1.1ARM處理部分

針對ARM內(nèi)核的高速可順序執(zhí)行特性，更適合處理復(fù)雜協(xié)議信息。ARM處理部分在設(shè)計中主要負(fù)責(zé)協(xié)議層處理工作，包括通信信息、人機(jī)交互設(shè)定、系統(tǒng)工作參數(shù)監(jiān)測、報警數(shù)據(jù)設(shè)定、監(jiān)測以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理等多方面的工作，整體采用搶占式進(jìn)行多任務(wù)分配，提高CPU利用率以及系統(tǒng)魯棒性。

1.2FPGA控制部分

總體來看，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)硬件設(shè)備底層驅(qū)動的讀寫，作為ARM的一個外部擴(kuò)展RAM進(jìn)行外設(shè)數(shù)據(jù)交換，所有FPGA采集、輸出的數(shù)據(jù)均可通過ARM的可變靜態(tài)存儲控制器(FlexibleStaticMemoryController，F(xiàn)SMC)總線讀寫。在設(shè)計中運(yùn)用FPGA獨(dú)特的可多任務(wù)并行執(zhí)行的特性，F(xiàn)PGA控制部分主要負(fù)責(zé)外部通信模式的選擇；外部模擬信號的采集、輸出溫度的控制、時鐘同步、時鐘移相、數(shù)碼管計數(shù)顯示等多項功能的處理。在外部模擬量、氫原子鐘內(nèi)爐溫度采集部分，由FPGA內(nèi)部硬件采用狀態(tài)機(jī)形式通過兩片AD7490D對外部32路模擬量采集，并直接用模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制處理；另一個狀態(tài)機(jī)通過熱敏電阻對內(nèi)爐頂，上，底等三部分溫度進(jìn)行采集；在溫度輸出控制部分，通過三路PWM控制方式，以外部溫控器作為驅(qū)動信號，調(diào)節(jié)加熱功率。在模數(shù)轉(zhuǎn)換部分由專用基準(zhǔn)電壓芯片REF192產(chǎn)生參考電壓，溫度轉(zhuǎn)換經(jīng)過帶有前置運(yùn)算放大器（Operationalamplifier，OP）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，并同時具有抑制50Hz抑制功能，以抵消測量中所產(chǎn)生的工頻干擾。在通信電路的設(shè)計部分由FPGA來選擇所采用的通信方式，其中串口通信采用隔離式電平變換芯片，避免電平不兼容或是不同設(shè)備間的靜電釋放（Electro-Staticdischarge，ESD）所帶來的放電損壞；以太網(wǎng)部分采用專用以太網(wǎng)接口模塊，可同時兼容TCP/IPv4、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）等。

1.串口通信接口的電路設(shè)計

原本的串口通信設(shè)計為了滿足兩路串口通信的技術(shù)指標(biāo)，采用AT89C52結(jié)合通用同步異步接收發(fā)送器8251A實(shí)現(xiàn)雙串口的擴(kuò)展。本文采用ADM3251E[3]來解決多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔離、單通道RS-232/V.28收發(fā)器、具有isoPower隔離電源的雙通道數(shù)字隔離器，設(shè)計中無需使用單獨(dú)的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。由于RIN和TOUT引腳提供高壓ESD保護(hù)，因此該器件非常適合在惡劣的電氣環(huán)境中工作，或頻繁插拔RS-232電纜的場合。ADM3251E采用ADI公司的芯片級變壓器iCoupler技術(shù)，能夠同時用于隔離邏輯信號和集成式DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此該器件可提供整體隔離解決方案。

2.ADC模擬量采樣電路設(shè)計改進(jìn)

原本的ADC采樣電路使用兩片ADC0816。ADC0816是逐次比較式16路8位A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部包含有一個8位A/D轉(zhuǎn)換器和16路的單端模擬信號多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB，轉(zhuǎn)換時間為100us（時鐘頻率為640KHz）。改進(jìn)設(shè)計中采用AD7490，它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同時AD7490采用單電源工作，電源電壓為2.7V至5.25V，最高吞吐量可達(dá)1MSPS；其內(nèi)置一個低噪聲、寬帶寬采樣/保持放大器，可處理1MHz以上的輸入頻率；轉(zhuǎn)換過程和數(shù)據(jù)采集過程通過CS和串行時鐘進(jìn)行控制，從而為器件與微處理器接口創(chuàng)造了條件。

3.溫度控制部分的設(shè)計改進(jìn)

溫度對于氫原子鐘來說是個很重要的因素，溫度控制不好會引起氫原子鐘穩(wěn)定度變差；溫度失控會直接導(dǎo)致氫原子鐘沒有中頻信號輸出。因此在溫度控制的設(shè)計中首先要做到可靠、穩(wěn)定。原先的溫度控制系統(tǒng)采用模擬控制多塊電路板各溫度區(qū)域獨(dú)立控制模式，其缺點(diǎn)是變?nèi)荻O管參數(shù)數(shù)值不在正常工作范圍內(nèi)之后，需要人為調(diào)整電路板的電位器，即通過人為改變電阻的模式來達(dá)到調(diào)整溫度的目的。在數(shù)字化智能溫控設(shè)計中采用AD7792[4]，AD7792具有兩個高精度的可編程恒流激勵源，內(nèi)置有可編程的儀表放大器，可以對不同的輸入信號選擇相對應(yīng)的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號的匹配。它內(nèi)置16位ADC，采用SPI串行接口，容易實(shí)現(xiàn)光耦隔離，有三路差分模擬輸入，可以滿足設(shè)計中分別對內(nèi)爐頂，上，底三部分溫度進(jìn)行采集的設(shè)計要求。AD7792為適應(yīng)高精度測量應(yīng)用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內(nèi)置一個低噪聲、帶有三個差分模擬輸入的16位Σ-Δ型ADC。它還集成了片內(nèi)低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號；內(nèi)置一個精密低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓源，而且也可采用一個外部差分基準(zhǔn)電壓。圖2中所示CHAN表示溫度區(qū)域，其中CH1代表內(nèi)爐頂，CH2代表內(nèi)爐上，CH3代表內(nèi)爐底；ACTU代表采樣溫度數(shù)值，SET代表設(shè)定溫度數(shù)值，OUT代表了輸出功率的大小。

4.移相同步精度設(shè)計改進(jìn)

傳統(tǒng)控制板同步精度為100ns±邏輯門延時（約幾個ns），移相分辨率為0.1us。經(jīng)過設(shè)計改進(jìn)后，采用獨(dú)特的先倍頻后同步技術(shù)，可大大提高移相同步分辨率。在本次應(yīng)用中，先對外部輸入的10MHz方波信號，經(jīng)過FPGA內(nèi)部的鎖相環(huán)（PhaseLockedLoop，PLL）的配置進(jìn)行零度移相五倍頻，得到和輸入信號零相位差的50MHz信號。上一幅為10MHz信號波形，下一幅為倍頻后的50MHz方波信號波形。

5.DDS電路設(shè)計部分

之前控制板在綜合器設(shè)計輸出時，采用AT89C52驅(qū)動三片74LS595串入并出輸出6位8421碼共24位數(shù)據(jù)信息經(jīng)25芯彎角插座（DR-25）將數(shù)據(jù)傳輸至接收機(jī)控制板，再由CPLD處理后輸出所需的頻率信號。而目前設(shè)計中選取AD9956[5]，使用直接數(shù)字式頻率合成器（DirectDigitalSynthesizer，DDS）技術(shù)直接從監(jiān)控板輸出所需的頻率信號，AD9956是由美國AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片，提供速度高達(dá)400MHz的內(nèi)部時鐘，可合成頻率高達(dá)160MHz，支持2.7GHz的時鐘輸入(可選2，4或8分頻)、內(nèi)部集成14位的D／A轉(zhuǎn)換器，具備快速頻率轉(zhuǎn)換、精細(xì)頻率分辨率和低相位噪聲輸出的性能，適用于快速跳頻頻率合成器的設(shè)計，本設(shè)計DDS輸出頻率信號可以根據(jù)鍵盤鍵入的頻率值不同而輸出不同的頻率值。

6.存儲器設(shè)計改進(jìn)

氫原子鐘必需具有對時間以及對所監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時保存的功能。然而外部存儲器的選擇也是多種多樣的，目前應(yīng)用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM這三種方案。我們目前使用的存儲器就是采用SRAM加后備電池的模式，型號62256，它是組織結(jié)構(gòu)為32K*8位字長的高性能CMOS靜態(tài)RAM。在設(shè)備掉電的情況下，存儲數(shù)據(jù)易丟失。同時SRAM加后備電池的方法增加了硬件設(shè)計的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性；EEPROM方式可擦寫次數(shù)較少(約10萬次)，且寫操作時間較長(約10ms)；而NVRAM的價格問題又限制了它的普遍應(yīng)用。因此越來越多的設(shè)計者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲器(FRAM)。鐵電存儲器具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：可以總線速度寫入數(shù)據(jù)，而且在寫入后不需要任何延時等待；有近乎無限次擦寫壽命；數(shù)據(jù)保持45年不丟失；具有較低的功耗。設(shè)計中采用的FM25L16是串行FRAM。其內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)形式為2k×8位，地址范圍為0000H~07FFH，F(xiàn)M25L16支持SPI方式0和方式3。具有先進(jìn)的寫保護(hù)設(shè)計，包括硬件保護(hù)和軟件保護(hù)雙重保護(hù)功能。FM25L16的數(shù)據(jù)讀寫速度能達(dá)到18MHz，可與當(dāng)前高速的RAM相媲美。結(jié)束語從設(shè)計的測試結(jié)果來看，全新的設(shè)計模式對電路的性能，可靠性，穩(wěn)定性等多方面都有很大的提高，具體表現(xiàn)如下所示：

（1）設(shè)計中采用AD7490替代ADC0816，從而使得ADC精度提高8bit升級到12bit，精度提高了16倍，并且無需經(jīng)過外接模擬開關(guān)，減少了信號經(jīng)過多個模擬芯片引起誤差。

（2）溫度控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化設(shè)計模式，提高測量精度，降低干擾，可避免處理運(yùn)放電路所造成的對溫度飄移的影響以及多級模擬帶來的累計誤差，最重要的一點(diǎn)就是不用再人為的通過改變電阻模式來達(dá)到調(diào)整溫度的目的。

（3）綜合器設(shè)計部分采用DDS處理技術(shù)，直接從監(jiān)控板輸出所需頻率信號，從而大大減少設(shè)計中潛在的故障點(diǎn)，大大提高了設(shè)計的可靠性，穩(wěn)定性。

篇6

控制電路可靠性的高低和使用的元器件關(guān)系很大，并不是越貴越好，應(yīng)該根據(jù)使用環(huán)境去選擇最合適的元器件[6]。在一般情況下，以保證控制電路的基本功能為前提，可以按照以下幾點(diǎn)要求設(shè)計。1）盡可能選用數(shù)字元器件，少用或者不用模擬器件；多選用集成度較高的器件，少用集成度較低的器件；盡量使用功耗小的元器件。2）盡量選用質(zhì)量等級高的器件，將繼電器、開關(guān)等器件的使用數(shù)量降至最低。3）選用無源器件，盡量少使用有源器件。5）應(yīng)該根據(jù)介質(zhì)損耗、頻率、耐壓、容量變化以及溫度系數(shù)等指標(biāo)選擇電容。少用鋁電解電容器；6）不選用未經(jīng)設(shè)計定型的新研元器件、已停產(chǎn)或?qū)⒁．a(chǎn)的電子元器件。7）在確定合適的器件后，在使用時應(yīng)符合降額設(shè)計的要求，不同的器件，降額的方法是不同的[7]?；痉椒ㄈ缦拢孩匐娮璧慕殿~方法是降低功率比；②電容是降低工作電壓；③半導(dǎo)體器件的降額方法是降低工作功耗；④數(shù)字集成電路則通過降低周圍環(huán)境溫度和電負(fù)荷來降額。

2電路可靠性設(shè)計

2.1電源保護(hù)電路設(shè)計

場監(jiān)雷達(dá)控制電路的供電電源可能傳輸距離較遠(yuǎn)，為了減少線路上的衰減，應(yīng)采用較大電壓（12V以上）的直流電源輸入，同時在控制電路的電源輸入點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計，如圖2所示。因?yàn)?2V電壓較大，防止出現(xiàn)短路時對電路造成較大傷害，故在輸入端串聯(lián)自恢復(fù)保險絲。控制電路一般需要5V和3.3V的電源品種，所以采用LDO器件進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。因?yàn)?V電壓會輸出到其他接口，在極限情況下會因?yàn)橥饨绲挠绊憣?dǎo)致電壓出現(xiàn)波動，而添加穩(wěn)壓二極管2CW5232可以對電路起到保護(hù)作用。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，當(dāng)穩(wěn)壓二權(quán)管兩端的反向電壓在—定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時，流過穩(wěn)壓管的反向電流突然劇增，穩(wěn)壓管反向擊穿。此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的，當(dāng)去掉反向電壓之后，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。在該電路中，采用了雙電容串聯(lián)設(shè)計，因?yàn)殡娙輷p壞后的失效模型大多表現(xiàn)為短路，當(dāng)電容損壞后，另一電容仍然可以起到濾波的作用。

2.2輸入信號的隔離設(shè)計

控制電路為了避免被監(jiān)測部件對自身的影響，對輸入信號均采用光耦進(jìn)行隔離，如圖3所示。在信號輸入端，為了對自身進(jìn)行保護(hù)，利用二極管的單向?qū)щ娦?，對輸入電平進(jìn)行了限位設(shè)計。如圖4所示。二極管具有正向?qū)?，反向截止的特性，利用這種特性，對輸入端的電平進(jìn)行限位。當(dāng)正常工作的時候，兩個二極管都處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電壓不再正常范圍內(nèi)時，其中一路二極管會導(dǎo)通，將電平拉到正常范圍內(nèi)，可對板內(nèi)的器件起到保護(hù)作用。

2.3控制信號的冗余設(shè)計

控制電路負(fù)責(zé)雷達(dá)的天線轉(zhuǎn)動，發(fā)射開關(guān)機(jī)等關(guān)鍵控制，誤操作會帶來嚴(yán)重的后果，所以可靠性顯得尤為重要，根據(jù)二極管的PN結(jié)較大，不易被擊穿的特點(diǎn)，采用二極管來實(shí)現(xiàn)輸出信號的冗余設(shè)計，具體設(shè)計如圖5所示。從FPGA的兩個引腳中輸出同一信號，經(jīng)過驅(qū)動后，分別通過兩個二極管后并聯(lián)在一起，通過一個下拉電阻（等效阻值為10kΩ）后，輸出給被控制件，具體分析如下：1）正常工作時，雙路同時輸出到一點(diǎn)，因?yàn)槎O管的單向?qū)щ娦?，從最大程度上阻止了輸出端的電流倒灌，保護(hù)了接口芯片；2）當(dāng)并聯(lián)輸出的兩路，任何一路發(fā)生斷路時，二極管的正向壓降不足以使二極管導(dǎo)通，則該路的二極管一直處于截止?fàn)顟B(tài)，同時，另外一路可正常工作。3）當(dāng)并聯(lián)的兩路任何一路發(fā)生短路時，并且為低電平時，該路的二極管的正向壓降不足以使二極管導(dǎo)通，則該路的二極管一直處于截止?fàn)顟B(tài)，同時，另外一路可正常工作。4）當(dāng)并聯(lián)的兩路任何一路發(fā)生短路時，并且為高電平時，該路的二極管一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出恒為高，造成的結(jié)果就是機(jī)箱監(jiān)控一上電，該路的輸出電平恒為高，此時會出現(xiàn)故障。在這種情況下，可通過回讀到FPGA里的信號判斷出哪路發(fā)生故障，并對相應(yīng)故障路的buffer器件使能信號進(jìn)行自動關(guān)閉，同時另外一路可以進(jìn)行正常的控制。5）綜上所述，本電路只有在兩路同時故障時，輸出才會表現(xiàn)為故障，相對于單路輸出控制電路，實(shí)現(xiàn)了熱冗余設(shè)計，可靠性大大提升。

3結(jié)束語

篇7

1.1TEC工作原理

半導(dǎo)體制冷器（TEC）是以帕爾貼效應(yīng)為基礎(chǔ)研制而成，其最基礎(chǔ)的元件是利用一只P型半導(dǎo)體和一只N型半導(dǎo)體連成的熱電偶。當(dāng)通電后在兩個接頭處就會產(chǎn)生溫差，電流從N流向P，形成制冷面；電流從P流向N，形成制熱面。若干組熱電偶對串聯(lián)就構(gòu)成了一個簡單的半導(dǎo)體制冷器。在制冷面或制熱面增加一個熱交換器就可以完成半導(dǎo)體制冷器與外界環(huán)境的能量交換。

1.2半導(dǎo)體激光器溫控電路設(shè)計

1.2.1半導(dǎo)體激光溫控電路原理

高穩(wěn)半導(dǎo)體激光器一般都有內(nèi)置半導(dǎo)體熱電制冷器（TEC）和溫度傳感器等相關(guān)的溫控元件來保證激光器管芯溫度可控。半導(dǎo)體激光器內(nèi)置溫控系統(tǒng)基本工作原理如圖1所示。將溫度傳感器（常用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻）與激光器管芯安置在同一熱沉上，起到實(shí)時監(jiān)測激光管芯溫度的作用。在常溫25℃時（在25℃時激光器的整體性能最為優(yōu)良），通過調(diào)節(jié)由R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)定比較器的參考電壓值，在這里稱之為基準(zhǔn)電壓。以25℃為參照，若LD管芯溫度相對升高，則熱敏電阻的阻值變小，比較器的負(fù)輸入端電壓相對變小，輸出電壓也隨著變化。TEC驅(qū)動源將驅(qū)使電流從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體形成制冷面，實(shí)現(xiàn)對LD管芯進(jìn)行制冷。若LD管芯溫度相對降低，則熱敏電阻的阻值變大，比較器的輸入電壓相對變大，輸出電壓也隨著變化，TEC驅(qū)動源將驅(qū)使電流從P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，形成制熱面，實(shí)現(xiàn)對LD管芯制熱。

1.2.2TEC驅(qū)動源類型

半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)需要滿足溫度控制精度高、響應(yīng)速度快且穩(wěn)定性高的要求，同時要能實(shí)現(xiàn)制冷和制熱雙向控制，以適應(yīng)外界溫度變化和半導(dǎo)體激光器本身工作條件變化。一般情況下，TEC驅(qū)動源按驅(qū)動工作模式可以分為線性工作模式和脈寬調(diào)制工作模式（PWM）兩種類型。TEC驅(qū)動源線性工作原理：通過控制三極管的開關(guān)狀態(tài)可以控制驅(qū)動TEC的電流大小和方向，這種驅(qū)動方式的效率一般低于50%，需要為三極管提供良好的導(dǎo)熱通道，且有控溫“死區(qū)”。但這種模式有噪聲低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。TEC驅(qū)動源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理：在PWM方式下，三極管工作在飽和狀態(tài)，而不是線性區(qū)域，只有當(dāng)需要向負(fù)載供電時才導(dǎo)通。電路通過4個三極管來控制電流的方向和大小，電路結(jié)構(gòu)呈H橋型。PWM方法可以有效地提高效率和降低功率部件的熱量，工作效率一般大于80%，能實(shí)現(xiàn)無“死區(qū)”溫控。但這種模式有著噪聲高和可靠性低等缺點(diǎn)。兩種驅(qū)動源在實(shí)際使用中各有利弊，具體采用何種驅(qū)動方式需要根據(jù)實(shí)際情況來最終確定。

2航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計方案

2.1MAX1968功能及其特點(diǎn)

MAX1968是MAXIM公司研制生產(chǎn)的一款高度集成具有紋波噪聲抑制功能的脈寬調(diào)制TEC驅(qū)動芯片，調(diào)制頻率為500kHz/1MHz；單電源供電，供電電壓范圍為3~5.5V；能夠?qū)崿F(xiàn)最大3A雙向TEC驅(qū)動電流，完成對LD管芯的制冷或制熱。MAXIM公司研制生產(chǎn)的MAX1968芯片具有體積小、效率高、價格低和可實(shí)現(xiàn)雙向無死區(qū)溫控等優(yōu)點(diǎn)，但也存在封裝材料簡單（塑料器件）和工作溫度范圍較窄等缺陷。

2.2MAX1968芯片設(shè)計電路及失效分析

2.2.1MAX1968芯片設(shè)計電路分析

MAX1968芯片資料有應(yīng)用芯片電路推薦，從推薦電路應(yīng)用方案來看，電路的設(shè)計在濾波、抑制紋波噪聲、LC濾波諧振電路等都做了詳細(xì)的考慮。在COMP引腳與GND之間焊接了0.01μF的電容，確保電流控制環(huán)的穩(wěn)定工作。FREQ引腳接高電位，即內(nèi)部振蕩器的開關(guān)頻率選擇為1MHz，這樣可以減小電容和電感值。按芯片資料推薦電路搭建芯片電路，將芯片使能引腳（SHDN）直接連接高電位，即當(dāng)MAX1968芯片上電后芯片就需要工作，根據(jù)CTLI引腳的電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即實(shí)施。在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，在給該溫控電路上電瞬間，時有MAX1968失效的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為電源輸出電流急劇增大。

2.2.2MAX1968芯片失效分析

用立體顯微鏡、金相顯微鏡和晶體管特性圖示儀等儀器對兩只失效的MAX1968芯片進(jìn)行了詳細(xì)分析，失效的情況完全相同，都是芯片的第5、6端之間以及第23、24端之間存在異常電應(yīng)力，導(dǎo)致這幾端之間的鋁條燒壞短路所致。使用晶體管特性曲線圖示儀對這兩塊芯片進(jìn)行引腳間特性測試，發(fā)現(xiàn)兩電路第6、8、10端（LX2）與第5、7端（PGND2）之間短路，第19、21、23端（LX1）與第22、24端（PGND1）之間短路。第9端（PVDD2）與第5、7端（PGND2）之間未見短路現(xiàn)象。將這兩塊芯片進(jìn)行開蓋，在開蓋過程中，由于內(nèi)部芯片尺寸較大，電路個別引腳經(jīng)腐蝕后脫落，但經(jīng)測試，短路現(xiàn)象依然存在，未破壞原始失效現(xiàn)象。在金相顯微鏡下，對兩塊芯片表面進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)兩塊芯片第5、6端以及第23、24端之間存在燒毀現(xiàn)象，如圖2所示。芯片為多層金屬化結(jié)構(gòu)，從燒毀形貌分析，可能是下層鋁條燒毀后，導(dǎo)致上層鋁條燒毀短路。由于兩塊芯片失效現(xiàn)象一致，因此可以排除器件偶然缺陷導(dǎo)致失效的可能，應(yīng)該是芯片失效與外部異常電應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)部場效應(yīng)管擊穿。

2.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計方案

2.3.1完善MAX1968芯片電路設(shè)計

通過上述分析，結(jié)合芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和TEC驅(qū)動源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理，我們基本能判斷是芯片內(nèi)部燒毀的通道發(fā)生在場效應(yīng)管上。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，芯片失效是一個慢性漸變的過程，可以用14引腳（OS2）、15引腳（OS1）分別與GND的阻抗R和R'來表征，隨著上電次數(shù)逐漸增多，R和R'的阻值從開始的兆歐數(shù)量級慢性漸變到歐數(shù)量級，并最終失效。失效的原因認(rèn)為是MAX1968芯片上電后，芯片就根據(jù)CTLI引腳電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即進(jìn)行工作，上述過程在上電的一瞬間就會完成。這種輸入與輸出同時實(shí)施勢必會導(dǎo)致芯片內(nèi)部有大的紋波電壓或大電流產(chǎn)生，因發(fā)熱而導(dǎo)致芯片失效。通過完善MAX1968芯片電路設(shè)計，在MAX1968的使能引腳中引入了毫秒級的延時，致使MAX1968芯片完成加電后再實(shí)施輸出工作。具體新的設(shè)計電路方案如圖3所示。通過大量的試驗(yàn)證明阻抗R和R'的阻值不衰退，這說明對MAX1968芯片電路的完善是有效的。

2.3.2MAX1968新設(shè)計方案電路試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)完善電路特性搭建了對電路性能驗(yàn)證比較的試驗(yàn)平臺，試驗(yàn)的基本思路是讓兩種電路（完善前和完善后）在帶同樣負(fù)載的情況下，分別對完善電路和未完善電路進(jìn)行上下電連續(xù)沖擊，上、下電頻率同為13Hz，如圖4所示。在兩組電路的驗(yàn)證中，完善之前的設(shè)計電路在經(jīng)過約32min之后電源輸出電流突然增大，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)MAX1968芯片已經(jīng)失效。完善之后的設(shè)計電路在經(jīng)過28天之后，測試MAX1968芯片的電性能依舊正常。由此可見對MAX1968設(shè)計電路的完善是有效的。

2.3.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計工程驗(yàn)證

航天高穩(wěn)激光源溫控電路，在某項航天測試（包括振動、沖擊、熱循環(huán)和熱真空等試驗(yàn)）中各項指標(biāo)都正常，最終順利完成了航天相關(guān)試驗(yàn)。

3結(jié)束語

篇8

物理學(xué)是自然科學(xué)的重要學(xué)科之一，是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)。在實(shí)驗(yàn)研究中，測量是基本的、大量的工作之一。

"伏安法測電阻"作為中學(xué)物理的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，又隨著測量技術(shù)的發(fā)展，對測量電阻準(zhǔn)確度的要求也越來越高。而由于在中學(xué)物理中，我們對電阻的測量并未考慮到電表內(nèi)阻，若能采取一定的措施，在測量電阻時不測量電表內(nèi)阻也能較準(zhǔn)確測量電阻。

本文在中學(xué)伏安法測電阻（內(nèi)接法、外接法）的基礎(chǔ)上，對測量結(jié)果進(jìn)行了誤差分析，并根據(jù)歐姆定律對電路進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，對兩種測量方案的結(jié)果進(jìn)行了不確定度、相對誤差、精確度的比較。同時，在測量過程中，根據(jù)現(xiàn)階段數(shù)字測量的發(fā)展，也對電阻進(jìn)行了一定的數(shù)字測量，對模擬化測量與數(shù)字化測量進(jìn)行了比較。本文創(chuàng)新電路的設(shè)計，基本解決了測量系統(tǒng)中電表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響。

伏安法測電阻作為中學(xué)物理測量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，將不斷成熟和完善，免測電有內(nèi)阻伏安法測電阻的應(yīng)用，不僅可以在普通物理實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，也可在一些技術(shù)性項目尤其是在缺乏實(shí)驗(yàn)條件的情況下，達(dá)到較準(zhǔn)確測量電阻的目的。

關(guān)鍵詞：伏安法、歐姆定律、電表內(nèi)阻

Abstract

Thephysicsareoneofnaturalsciencesimportantdisciplines,isanestablishmentintheexperimentalfoundationscience.Intheexperimentalstudy,thesurveyisbasic,oneofmassivework."Thevoltammetrymeasuredtheresistance"takesoneofmiddleschoolphysicsfoundationexperiments,alsoalongwiththesurveytechnologydevelopment,tosurveystheresistanceaccuracytherequestmoreandmoretobealsohigh.Butbecauseinthemiddleschoolphysics,weconsiderstheelectricinstrumentbynomeanstotheresistancesurveyinternalresistance,ifcantakethecertainmeasure,whensurveyresistancethemishapelectricinternalresistancealsocanthemoreaccuratesurveyresistance.Thisarticleinthemiddleschoolvoltammetrymeasuredresistance(inconnection,outsideconnection)inthefoundation,hascarriedontheerroranalysistothemeasurementresult,andcarriesontheinnovationdesignaccordingtotheohm''''slawtotheelectriccircuit,hascarriedonuncertainly,therelativeerror,theprecisioncomparisontotwokindofsurveysplansresult.Atthesametime,insurveyprocess,accordingtopresentstagenumeralsurveydevelopment,alsohascarriedonthecertaindigitalsurveytotheresistance,tosimulatedthesurveyandthedigitizedsurveyhascarriedonthecomparison.Thisarticleinnovatestheelectriccircuitdesign,basicallyhassolvedinthemeasurementsystemtheelectricinstrumentnternalresistancetothemeasurementresultinfluence.Thevoltammetrymeasuredtheresistancetookthemiddleschoolphysicssurveyexperimentthefoundation,unceasinglymatureandwillbeperfect,exemptsmeasuredtheelectricitywillhaveinternalresistancethevoltammetrytomeasuretheresistancetheapplication,notonlywillbeallowedtocarryonintheordinaryphysicalexperiment,alsomightinlacktheexperimentalconditioninparticularinsometechnicalprojectinthesituation,willachievethemoreaccuratesurveyresistancethegoal.

Keyword:Voltammetry,ohm''''slaw,electricinstrumentinternalresistance

我們這次畢業(yè)設(shè)計的課題是"免測電表內(nèi)阻伏安法測電阻"，它屬于電測量電阻領(lǐng)域，特別是屬于伏安法測電阻的范圍研究。

在"伏安法測電阻"中，電阻是一個基本的重要的物理量，又是必要的重要的基本的電學(xué)測量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)實(shí)驗(yàn)也在其重要的位置上發(fā)揮著作用，而"伏安法測電阻"作為普通物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，一直處在重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)、研究位置。

1820年，法國物理學(xué)家安培（1755.1.22─1836.6.10）發(fā)現(xiàn)了"安培定律"，奠定了電動力學(xué)的基礎(chǔ)；1827年，德國物理學(xué)家歐姆（1787.3.16─1854.7.6）在所發(fā)表的《電路的數(shù)學(xué)研究》一文中，提出了歐姆定律。歐姆定律在電路中是最基本的定律，為電學(xué)新時代拉開了序幕。之后，人們開始對電阻測量進(jìn)行了一系列的研究，最基本的測量方法還是"電流表內(nèi)接法和外接法"，其次是半偏法，還有就是替代法、補(bǔ)償法（電流補(bǔ)償、電壓補(bǔ)償）、電橋法（單電橋、雙電橋）。例如：惠斯通電橋是英國發(fā)明家克里斯蒂在1833年發(fā)明的，但是由于惠斯通第一個用它來測量電阻，所以人們習(xí)慣上就把這種電橋稱作了惠斯通電橋；開爾文電橋是1856年開爾文為了成功地裝設(shè)海底電纜中進(jìn)行研制的。

國內(nèi)對測電阻的應(yīng)用研究是從19世紀(jì)80年代清華大學(xué)對測電阻的研究開始的，同時結(jié)合國外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用歐姆定律R=，在基本的電流表外接法、電流表內(nèi)接法的基礎(chǔ)上，不斷測量電阻電路進(jìn)行了創(chuàng)新，使得測量電阻能夠電路更簡單、計算更方便、精度更高。其中各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中補(bǔ)償法相對于其它測量方法，其準(zhǔn)確度比較高，計算也比較簡單，但是測量電路比較復(fù)雜，調(diào)節(jié)過程也相對繁瑣。

本課題先對電流表內(nèi)外接法進(jìn)行了測量，結(jié)合誤差理論，其誤差主要是系統(tǒng)誤差，所以我們這次畢業(yè)設(shè)計"免測內(nèi)阻伏安法測電阻"，也是希望能夠在前人的技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，找到一種適合我們普通高校的，方便我們學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、研究的方法，來更好的測量電阻，提高測量電阻的精確度。

畢業(yè)設(shè)計作為一門普通高校畢業(yè)生的必修課程，受到了越來越廣泛的重視時，讓我們畢業(yè)生能夠通過一種比較好的方式，學(xué)會自我學(xué)習(xí)和自我創(chuàng)新。"免測內(nèi)阻伏安法測電阻"做的重要工作之一就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。而測量是基本的大量的工作之一。所以此次畢業(yè)設(shè)計從科學(xué)實(shí)驗(yàn)講，也讓我們更好地學(xué)會了科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

本次的"免測內(nèi)阻伏安法測電阻"通過對普通的伏安法測量（電流表內(nèi)接法、電流表外接法）的分析比較，通過對儀器儀表的學(xué)習(xí)使用，總結(jié)了物理實(shí)驗(yàn)中的常用的數(shù)據(jù)處理方法（本次主要用到了最小二乘原理），并對伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了一定的創(chuàng)新性設(shè)計。

此外，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的過程中，參閱了國內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料，吸收了眾多研究者的經(jīng)驗(yàn)和長處，所錄參考文獻(xiàn)如有疏漏處，請給予諒解。在此，還要特別感謝本次畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師張昆教授的辛勤指導(dǎo)。

儀表結(jié)構(gòu)和原理

儀表是磁電系張絲支承結(jié)構(gòu)，磁系統(tǒng)采用鐵環(huán)軛式結(jié)構(gòu)，漏磁較小，并且具有良好的防御外磁場影響性能，磁鋼用鋁鎳鈷合，并經(jīng)過特殊的穩(wěn)定處理，使儀表能長時期保持準(zhǔn)確度，儀表的可動部分采用新型的張絲支承，用兩根高強(qiáng)度合金張絲固定在減震彈片上，并裝有限止器，使儀表具有良好的抗震性能。此外，可動部分采用張絲支承后，偏轉(zhuǎn)時不存在摩擦，使儀表的靈敏度和使用壽命大大提高。指針尖采用特種形影玻璃絲，能保證良好的直線性，刻度板下裝有消除視差的反光鏡，可保證儀表讀數(shù)的準(zhǔn)確。測量機(jī)構(gòu)裝在膠木外殼的單獨(dú)密封小室內(nèi)，可防止外來的機(jī)械力作用和臟物侵害。儀表的量程轉(zhuǎn)換采用插塞，使用方便。

3.以下是用數(shù)字萬用表測得的C31型電表的內(nèi)阻值

C31─A型電壓表RX0=0.7Ω

量程

45mV

75mV

3V

7.5V

15V

測量值

15.8Ω

31.3Ω

1.502KΩ

3.75KΩ

7.50KΩ

量程

30V

75V

150V

300V

600V

測量值

15.01KΩ

37.5KΩ

75.0KΩ

149.9KΩ

0.299MΩ

C31─V型電壓表RX0=0.6Ω

量程

75mA

15mA

30mA

75mA

150mA

300mA

測量值

4.2Ω

3.0Ω

1.9Ω

1.2Ω

0.9Ω

0.8Ω

量程

750mA

1.5A

3A

7.5A

15A

30A

測量值

0.7Ω

0.6Ω

0.6Ω

0.6Ω6AAM.阻"的設(shè)計中，對電阻的測量，也間接的用到了歐姆定很

0.6Ω

0.6Ω

目錄

緒論-5-

第一章伏安法測電阻-7-

一、電表-7-

1.產(chǎn)品的技術(shù)特性-8-

2.儀表結(jié)構(gòu)和原理-9-

3.以下是用數(shù)字萬用表測得的C31型電表的內(nèi)阻值-9-

4.直流電流表-9-

5.直流電壓表-10-

二、可調(diào)電阻-10-

1.旋轉(zhuǎn)式電阻箱-10-

2.變阻器-12-

三、電流表內(nèi)接法、外接法-12-

1.電流表外接法-13-

2.電流表內(nèi)接法-15-

第二章三種典型測量方法簡介-17-

一、替代法-17-

1、電流表與電阻箱加電鍵組合測待測電阻（替代法）-17-

2、電壓表與電阻箱和電鍵的組合測待測電阻（替代法）-17-

二、電橋法-18-

三、補(bǔ)償法-18-

第三章免測電表內(nèi)阻伏安法測電阻-19-

第1節(jié)電路原理、測量方法及步驟-19-

第2節(jié)測量數(shù)據(jù)處理-20-

一、5.1Ω標(biāo)稱電阻-20-

二、2KΩ標(biāo)稱電阻-21-

第3節(jié)與伏安法測電阻的對比分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)論-21-

第四章指針式儀表與數(shù)字式儀表的比較研究-23-

第1節(jié)推陳出新是歷史之必然-23-

第2節(jié)模擬電表與數(shù)字電表-23-

第3節(jié)數(shù)字電表的特點(diǎn)-23-

第五章創(chuàng)新電路在不同電路系統(tǒng)中的應(yīng)用-25-

一、創(chuàng)新電路在變壓器測電阻中的應(yīng)用-25-

注意事項-25-

規(guī)范要求-25-

有關(guān)換算-26-

實(shí)例分析-26-

二、毫歐姆級電阻測量-27-

第六章數(shù)字電路概述-28-

一、數(shù)字萬用表的敘述-28-

一.概述-28-

二.安全事項-28-

三.技術(shù)特性-28-

四.電阻測量-29-

二、數(shù)字萬用表對5.1Ω、2KΩ電阻的測量及數(shù)據(jù)處理-29-

第七章電阻的數(shù)字化測量-31-

一、比例運(yùn)算法-32-

二、比率法-32-

TheProblemofMeasurement,ElectricalInstruments-33-

英譯漢：電氣儀表的量度問題-35-

電氣儀表-36-

主要電氣儀表及其用途-36-

結(jié)束語-38-

參考文獻(xiàn)-40-

附錄-41-

一、電阻箱的誤差限-41-

二、電壓、電流波動引起的誤差限、-41-

篇9

由于微小平面度的高精度測量對測頭需要小型化和輕量化，因此采用measurement公司MHR050型LVDT傳感器，輕質(zhì)鐵芯有助于減小應(yīng)力以及保證鐵芯激勵組件結(jié)構(gòu)的完整性。線圈和鐵芯之間的緊密電氣耦合可得到高度靈敏的測量效果。整體質(zhì)量6g，線性量程±1.27mm，激勵電壓3Vrms，工作頻率范圍2kHz~20kHz。LVDT傳感器輸入的是磁芯的機(jī)械位移，輸出是與磁芯位置成正比的交流電壓信號，結(jié)合信號調(diào)理芯片AD698使用能夠以較高精度和重復(fù)性誤差將傳感器的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為單極性或雙極性直流電壓。

電信號經(jīng)低噪聲AD8476差分運(yùn)算放大器送至A/D轉(zhuǎn)換器。預(yù)達(dá)到平面度誤差0.1um~0.01um的精度，所需A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n。由于線性量程為±1.27mm，即在3mm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最小0.01um的分辨率，經(jīng)計算需21位的ADC芯片，考慮到噪聲和濾波的影響，因而采用24位AD7190模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。該芯片是一款適合高精密測量應(yīng)用的低噪聲完整模擬前端，可以配置為兩路差分輸入或四路偽差分輸入，最高輸出速率為4.8kHz,最高無噪聲分辨率為22.5位，失調(diào)漂移為5nV/C。本系統(tǒng)中對于單片機(jī)的要求并不高，選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器。該芯片采用貼片封裝、體積小，有利于系統(tǒng)集成。

二、電源電路設(shè)計

雖然開關(guān)電源具有體積小、效率高等特點(diǎn)，但是存在一定的紋波并且開關(guān)噪聲較大，因此系統(tǒng)采用線性電源，線性電源先將交流電經(jīng)過變壓器再經(jīng)過整流、濾波、電壓反饋調(diào)整得到高精度穩(wěn)定的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有±12V線性電源，由于電路中的芯片還需要±9V和+5V供電電壓。因此采用線性穩(wěn)壓器件調(diào)整得到所需電壓值，TPS7A4901是一款輸入為3V至36V超低噪聲，輸出可調(diào)的低壓降線性穩(wěn)壓器，結(jié)合TPS7A3001調(diào)節(jié)接入電阻使得輸出為±9V，LM7805為輸入5V至18V固定輸出5V穩(wěn)壓器。在芯片兩端添加小電容，減少噪聲干擾，達(dá)到濾波。為了減小模擬電源與數(shù)字電源間的相互干擾，采用電感將它們隔離開，并通過0Ω電阻將模擬地與數(shù)字地相連。

三、實(shí)驗(yàn)測試

將扭簧表和測頭固定，工作臺一端同時擠壓扭簧表和測針，即可在相同條件下用扭簧表的實(shí)測位移和測頭讀值表示當(dāng)前位移變化。測試原理如圖2所示。測試數(shù)據(jù)如下表1所示。最小二乘法擬合出直線方程：y=kx+b，經(jīng)計算k=0.023854，b=1538.757即分辨率為0.02464μm。

四、結(jié)論

篇10

1.1 信號線間距離的影響

計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是電子設(shè)計領(lǐng)域一次新的突破，對計算機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展有著極大的作用。但是，在現(xiàn)階段計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中卻存在一定的問題。例如，信號線間距離對計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計的影響，一般情況下，信號線間的距離會隨著印刷版電路密集度的增大而變化，越來越狹小，而在這個過程中，也會導(dǎo)致信號之間的電磁耦合增大，這樣就不會對其進(jìn)行忽略處理，會引發(fā)信號間的串?dāng)_現(xiàn)象，而且隨著時間的推移會越來越嚴(yán)重。

1.2 阻抗不匹配的問題

阻抗是信號傳輸線上的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)階段計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計的過程中，卻存在信號傳輸位置上的阻抗不相匹配的現(xiàn)象，這樣極易引發(fā)反射噪聲，而反射噪聲將會對信號造成一定的破壞，使得信號的完整性受到極高速數(shù)字電路設(shè)計是電子技術(shù)行業(yè)發(fā)展的重要結(jié)晶，通過多個電子元件組成，更是將電子技術(shù)發(fā)揮的淋漓盡致，而且，計算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的應(yīng)用也極為廣泛。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)卻受到一些因素的影響，例如，信號線間距離的影響、阻抗不匹配的問題、電源平面間電阻和電感的影響等，都會對計算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，要提升計算機(jī)高速數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用效率，必須解決這些影響因素，對此，本文主要對計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進(jìn)行研究。摘要大的影響。

1.3 電源平面間電阻和電感的影響

計算機(jī)高速數(shù)字化電路設(shè)計技術(shù)是根據(jù)實(shí)際的情況，利用先進(jìn)的電子技術(shù)設(shè)計而成，在諸多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于電源平面間存在電阻和電感，使得大量電路輸出同時動作時，就會使整個電路產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流，這將會對極端級高速數(shù)字電路地線以及電源線上的電壓造成極大的影響，甚至?xí)a(chǎn)生波動的現(xiàn)象。

2計算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的研究分析

2.1 合理設(shè)計，確保計算機(jī)高速數(shù)字電路信號的完整性

通過以上的分析得知，現(xiàn)階段計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中，由于受到阻抗不匹配的影響，對電路信號的完整性也造成一定的影響，因此，要對計算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計，確保計算機(jī)高速數(shù)字電路信號的完整性。主要分為兩方面研究，一方面是對不同電路之間電路信號網(wǎng)的傳輸信號干擾情況進(jìn)行研究，也就是以上所提到的反射和干擾的問題，而另一方面，要對不同信號在傳輸?shù)倪^程中，對電路信號網(wǎng)產(chǎn)生的干擾情況進(jìn)行分析。計算機(jī)高速數(shù)字電路在運(yùn)行的過程中，會受到阻抗不相匹配的因素而影響到電路信號的傳輸效率，而且，現(xiàn)階段計算機(jī)高速數(shù)字電路運(yùn)行的過程中，阻抗很難控制，經(jīng)常會出現(xiàn)阻抗過大或過小的現(xiàn)象，都會對電路信號傳播的波形產(chǎn)生一定的干擾，從而對計算機(jī)高速電路傳輸信號的完整性產(chǎn)生直接的影響。為了避免這類情況的發(fā)生，要對計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)展開研究，從正常理論來看，高速數(shù)字電路設(shè)計難以使電路與臨街阻抗的狀態(tài)相互符合，可以對計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，保持系統(tǒng)處于過阻抗?fàn)顟B(tài)，這樣就能保證計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計不會受到阻抗不等的狀態(tài)而影響到計算機(jī)高速數(shù)字電路信息傳輸?shù)耐暾浴?/p>

2.2 對高速數(shù)字電路電源進(jìn)行合理設(shè)計

電源是計算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的重要組成元件，通過以上的分析得知，計算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于受到電源平面間電阻和電感的影響，使得電源運(yùn)行過程中會出現(xiàn)過電壓的故障，也就是電源的波形質(zhì)量受到影響，嚴(yán)重影響到計算機(jī)高速數(shù)字電路運(yùn)行的可靠性。從理論上來看，如果高速數(shù)字電路設(shè)計中，電源系統(tǒng)中不存在阻抗的話是電路設(shè)計最理想的狀態(tài)，這樣整個信號的回路也不會存在阻抗耗損的問題，系統(tǒng)中的各個點(diǎn)的點(diǎn)位就會保持恒定的狀態(tài)。但是，在實(shí)際中卻不會存在這種理想狀態(tài)，計算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，就必須要考慮到電源的電阻和電感因素，而要減少電源面的電阻和電感對電源系統(tǒng)的影響，就必須對其采取降低的處理措施。從當(dāng)今計算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)電源材質(zhì)的分析了解到，電路系統(tǒng)中大多數(shù)都是采用大面積銅質(zhì)材料，如果結(jié)合電源系統(tǒng)要求來分析的話，這些材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到計算機(jī)高速數(shù)字電路電源的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中勢必會受到一定的影響，對此，要將所有影響因素進(jìn)行綜合性的考慮和研究，可以采用樓電容應(yīng)用到電路中，這樣可以有效的避免或降低電源面電阻和電感對系統(tǒng)的影響，從而有效的提高計算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3總結(jié)