導(dǎo)語：如何才能寫好一篇集成電路反向分析，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

一、集成電路布圖設(shè)計(jì)的概念

集成電路的布圖設(shè)計(jì)是指一種體現(xiàn)了集成電路中各種電子元件的配置方式的圖形。集成  電路的設(shè)計(jì)過程通常分為兩個(gè)部分：版圖設(shè)計(jì)和工藝。所謂版圖設(shè)計(jì)是將電子線路中的各個(gè)  元器件及其相互連線轉(zhuǎn)化為一層或多層的平面圖形，將這些多層圖形按一定的順序逐次排列  構(gòu)成三維圖形結(jié)構(gòu)；這種圖形結(jié)構(gòu)即為布圖設(shè)計(jì)。制造集成電路就是把這種圖形結(jié)構(gòu)通過特  定的工藝方法，“固化”在硅片之中，使之實(shí)現(xiàn)一定的電子功能。所以，集成電路是根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能而設(shè)計(jì)的。不同的功能對應(yīng)不同的布圖設(shè)計(jì)。從這個(gè)意義上說，對布圖設(shè)計(jì)的保護(hù)也就實(shí)現(xiàn)了對集成電路的保護(hù)。

集成電路作為一種工業(yè)產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)受到專利法的保護(hù)。但是，人們在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于集成電路本身的特性，大部分集成電路產(chǎn)品不能達(dá)到專利法所要求的創(chuàng)造性高度，所以得不到專利法的保護(hù)。于是，在一九七九年，美國眾議院議員愛德華（Edward）首次提出了以著作權(quán)法來保護(hù)集成電路的議案。但由于依照著們法將禁止以任何方式復(fù)制他人作品，這樣實(shí)施  反向工程也將成為非法，因此，這一議案在當(dāng)時(shí)被議會(huì)否決。盡管如此，它對后來集成電路保護(hù)的立法仍然有著重要意義，因?yàn)樗岢隽艘员Ｗo(hù)布圖設(shè)計(jì)的方式來保護(hù)集成電路的思想；在這基礎(chǔ)上，美國于1984年頒布了《半導(dǎo)體芯。片保護(hù)法》；世界知識產(chǎn)權(quán)組織曾多次召集專家會(huì)議和政府間外交會(huì)議研究集成電路保護(hù)問題，逐漸形成了以保護(hù)布圖設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)對集成電路保護(hù)的一致觀點(diǎn)，終于在一九八九年締結(jié)了《關(guān)于保護(hù)集成電路知識產(chǎn)權(quán)條約》。在此期間，其他一些國家頒布的集成電路保護(hù)法都采用了這一方式。

雖然世界各國的立法均通過保護(hù)布圖設(shè)計(jì)來保護(hù)集成電路，但關(guān)于布圖設(shè)計(jì)的名稱卻各不相同。美國在它的《半導(dǎo)體芯片保護(hù)法，）中稱之為“掩模作品”（maskwork）；在日本的《半導(dǎo)體集成電路布局法》中稱之為“線路布局”（cir— cuitlayout）；而歐共體及其成員國在其立法中稱布圖設(shè)計(jì)為“形貌結(jié)構(gòu)”（topography）；世界知識產(chǎn)權(quán)組織在《關(guān)于集成電路知識產(chǎn)權(quán)條約》中將其定名為布圖設(shè)計(jì)。筆者以為，在這所有的名稱中以“布圖設(shè)計(jì)”一詞為最佳。“掩模作品”一詞取意于集成電路生產(chǎn)中的掩模。“掩模作品”一詞已有過時(shí)落后之嫌，而“線路布局”一詞又難免與電子線路中印刷線路版的布線、設(shè)計(jì)混淆。“形貌結(jié)構(gòu)”一詞原意為地貌、地形，并非電子學(xué)術(shù)語。相比之下，還是世界知識產(chǎn)權(quán)組織采用的“布圖設(shè)計(jì)”一詞較為妥當(dāng)。它不僅避免了其他名詞的缺陷，同時(shí)這一名詞本身已在產(chǎn)業(yè)界及有關(guān)學(xué)術(shù)界廣泛使用。《中國大百科全書》中亦有“布圖設(shè)計(jì)”的專門詞條‘

二、布圖設(shè)計(jì)的特征

布圖設(shè)計(jì)有著與其他客體相同的共性，同時(shí)也存在著自己所特有的個(gè)性。下面將分別加以論述。

1.集成電路布圖設(shè)計(jì)具有無形性

無形性是各種知識產(chǎn)權(quán)客體的基本特性，，因此也是布圖設(shè)計(jì)作為知識產(chǎn)權(quán)客體的必要條件。布圖設(shè)計(jì)是集成電路中所有元器件的配置方式，這種“配置方式”本身是抽象的、無形的，它沒有具體的形體，是以一種信息狀態(tài)存在于世的，不象其他有形物體占據(jù)一定空間。

布圖設(shè)計(jì)本身是無形的，但是當(dāng)它附著在一定的載體上時(shí)，就可以為人所感知。前面提到布圖設(shè)計(jì)在集成電路芯片中表現(xiàn)為一定的圖形，這種圖形是可見的。同樣，在掩模版上布圖設(shè)計(jì)也是以圖形方式存在的。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，使得布圖設(shè)計(jì)可以數(shù)據(jù)代碼的方式存儲(chǔ)在磁盤或磁帶中。在計(jì)算機(jī)控制的離子注入機(jī)或者電子束曝光裝置中，布圖設(shè)計(jì)也是以一系列的代碼方式存在。人們可通過一定方式感知這些代碼信息。布圖設(shè)計(jì)是無形的，但是其載體，如掩模版、磁帶或磁盤等等卻可以是有形的。

2.布圖設(shè)計(jì)具有可復(fù)制性

通常，我們說著作權(quán)客體具有可復(fù)制性，布圖設(shè)計(jì)同樣也具有著作權(quán)客體的這一特征。當(dāng)載體為掩模版時(shí)，布圖設(shè)計(jì)以圖形方式存在。這時(shí)，只需對全套掩模版加以翻拍，即可復(fù)制出全部的布圖設(shè)計(jì)。當(dāng)布圖設(shè)計(jì)以磁盤或磁帶為載體時(shí)，同樣可以用通常的磁帶或磁盤拷貝方法復(fù)制布圖設(shè)計(jì)。當(dāng)布圖設(shè)計(jì)被“固化”到已制成的集成電路產(chǎn)品之中時(shí)，復(fù)制過程相對復(fù)雜一些。復(fù)制者首先需要去除集成電路的外封裝；再去掉芯片表面的鈍化層；然后采用不同的腐蝕液逐層剝蝕芯片，并隨時(shí)拍下各層圖形的照片，經(jīng)過一定處理后便可獲得這種集成電路的全部布圖設(shè)計(jì)。這種從集成電路成品著手，利用特殊技術(shù)手段了解集成電路功能、設(shè)計(jì)特點(diǎn)，獲得其布圖設(shè)計(jì)的方法被稱為“反向工程”。

在集成電路產(chǎn)業(yè)中，這種反向工程被世界各國的廠商廣泛采用。集成電路作為現(xiàn)代信息工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，已滲透到電子工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，其通用性或兼容性對技術(shù)的發(fā)展有著非常重要的意義。因此，而反向工程為生產(chǎn)廠商了解其他廠商的產(chǎn)品狀況提供了可能。如果實(shí)施反向工程不是單純地為復(fù)制他人布圖設(shè)計(jì)以便仿制他人產(chǎn)品，而是通過反向工程方法了解他人品功能、參數(shù)等特性，以便設(shè)計(jì)出與之兼容的其他電路產(chǎn)品，或者在別人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，制造出更先進(jìn)的集成電路，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是合理的。著作權(quán)法中有合理使用的規(guī)定，但這種反向工程的特許還不完全等同于合理使用。比如，合理使用一般只限于復(fù)制原作的一部分，而這里的反向工程則可能復(fù)制全套布圖設(shè)計(jì)。改編權(quán)是著作權(quán)的權(quán)能之一，他人未經(jīng)著作權(quán)人同意而擅自修改其作品的行為是侵權(quán)行為，但這里對原布圖設(shè)計(jì)的改進(jìn)則不應(yīng)視為侵權(quán)。

綜之，無論何種載體，布圖設(shè)計(jì)是具有可復(fù)制性的。

3.布圖設(shè)計(jì)的表觀形式具有非任意性著作權(quán)客體的表現(xiàn)形式一般是沒有限制的。同一思想，作者可隨意采取各種形式來表達(dá)，因此著作權(quán)法對其表現(xiàn)形式的保護(hù)并不會(huì)導(dǎo)致對思想的壟斷。布圖設(shè)計(jì)雖然在集成電路芯片中或掩模版上以圖形的方式存在，具備著作權(quán)客體的外在特性，但是其表現(xiàn)形式因受諸多客觀因素的限制，卻是有限的或者非任意的。

首先，布圖設(shè)計(jì)圖形的形狀及其大小受著集成電路參數(shù)要求的限制。如果要求集成電路  具有較高的擊穿電壓，設(shè)計(jì)人在完成布圖設(shè)計(jì)時(shí)就必須將晶體管的基區(qū)圖形設(shè)計(jì)為圓形，以  克服結(jié)面曲率半徑較小處電場過于集中的影響。對于用于功率放大的集成電路，其功放管圖  形的面積必須較大，使之得以承受大電流的沖擊。

其次，布圖設(shè)計(jì)還受著生產(chǎn)工藝水平的限制。為了提高集成電路的集成度或者追求高頻 特性，常常需將集成電路中各元件的面積減小。這樣，布圖設(shè)計(jì)的線條寬度也相對較細(xì)。目前國。外已達(dá)到亞微米的數(shù)量級。但如果將線條設(shè)計(jì)得太細(xì)，以致工藝難度太大將會(huì)大大地降低集成電路成品率和可靠性，這是極不經(jīng)濟(jì)的；同樣地，如果一味，地追求功率參數(shù)，將芯片面積增大，也會(huì)降低集成電路的成品率。

此外，布圖設(shè)計(jì)還受著一些物理定律以及材料類及其特性等多種因素的限制。比如，晶體管可能因?yàn)榛鶇^(qū)自偏壓效應(yīng)而導(dǎo)致發(fā)射極間的電位不等。為克服基區(qū)自偏壓效應(yīng)，則需在加上均壓圖形。

雖然從理論上講，突破這些限制條件的圖形也可以受到著作權(quán)的保護(hù)，但由于布圖設(shè)計(jì)的價(jià)值僅僅體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，所以對那些完全沒有實(shí)用價(jià)值的、由設(shè)計(jì)人自由揮灑出來的所謂“布圖設(shè)計(jì)”實(shí)施保護(hù)是沒有任何意義的。這些圖形不是真正意義上的布圖設(shè)計(jì)，稱其為一種“抽象作品”或許更為恰當(dāng)。布圖設(shè)計(jì)在表現(xiàn)形式的有限性方面，與工業(yè)產(chǎn)權(quán)客體相似。

三、布圖設(shè)計(jì)權(quán)的特性

從上面的分析可知，集成電路布圖設(shè)計(jì)有其自身的特征，并同時(shí)兼?zhèn)渲鳈?quán)客體和工業(yè)產(chǎn)權(quán)客體的特性。在立法保護(hù)布圖設(shè)計(jì)、規(guī)定創(chuàng)作人的布圖設(shè)計(jì)權(quán)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮這一特點(diǎn)。

首先，布圖設(shè)計(jì)權(quán)應(yīng)具備知識產(chǎn)權(quán)的共同特性，即專有性；時(shí)間性和地域性。布圖設(shè)計(jì)具有無形性，同一布圖設(shè)計(jì)可能同時(shí)為多數(shù)人占有或使用。為保障布圖設(shè)計(jì)創(chuàng)作人的利益，布圖設(shè)計(jì)權(quán)應(yīng)當(dāng)是一項(xiàng)專有權(quán)利。另一方面，布圖設(shè)計(jì)的價(jià)值畢竟是通過其工業(yè)應(yīng)用才得以實(shí)現(xiàn)。僅就一特定的布圖設(shè)計(jì)而言，使用它的人越多，為社會(huì)創(chuàng)造的價(jià)值就越大。如果布圖設(shè)計(jì)權(quán)在時(shí)間上是無限的，則不利于充分發(fā)揮其對社會(huì)的作用，也不利于集成電路技術(shù)的發(fā)展。所以布圖設(shè)計(jì)權(quán)應(yīng)有一定時(shí)間期限。當(dāng)然，對時(shí)間期限的具體規(guī)定應(yīng)當(dāng)既考慮公共利益，又照顧到創(chuàng)作人的個(gè)人權(quán)益。只有找到二者的平衡點(diǎn)，才是利益分配的最佳狀態(tài)。地域性作為知識產(chǎn)權(quán)的共性之一，同樣為布圖設(shè)計(jì)權(quán)所具備，在世界知識產(chǎn)權(quán)組織的《關(guān)于集成電路的知識產(chǎn)權(quán)條約》第三條；第四條和第五條的內(nèi)容都涉地域問題，這實(shí)際上肯定了布圖設(shè)計(jì)權(quán)的地域性。

其次，布圖設(shè)計(jì)權(quán)還具有其獨(dú)特的個(gè)性。下面將其分別與著作權(quán)和工業(yè)產(chǎn)權(quán)相對照，從而分析其特點(diǎn)。

1.布圖設(shè)計(jì)權(quán)的產(chǎn)生方式與著作權(quán)不同，只有在履行一定的法律程序后才能產(chǎn)生。集成電路作為一種工業(yè)產(chǎn)品，一旦投放市場將被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，性能優(yōu)良的集成電路可能會(huì)因其商業(yè)價(jià)值引來一些不法廠商的仿冒。另一方面，由于集成電路布圖設(shè)計(jì)受到諸多因素的限  制，其表現(xiàn)形式是有限的，這就可能存在不同人完全獨(dú)立地設(shè)計(jì)出具有相同實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)的布圖設(shè)計(jì)的情況。這就是說，布圖設(shè)計(jì)具有一定的客觀自然屬性，其人身性遠(yuǎn)不及普通著作權(quán)客體那樣強(qiáng)。所以法律在規(guī)定布圖設(shè)計(jì)權(quán)的產(chǎn)生時(shí)，必須對權(quán)利產(chǎn)生方式作出專門規(guī)定，否則便無法確認(rèn)布圖設(shè)計(jì)在原創(chuàng)人和仿冒人之間，以及不同的獨(dú)立原創(chuàng)人之間的權(quán)利歸屬。

2.布圖設(shè)計(jì)權(quán)中的復(fù)制權(quán)，與著作權(quán)中的復(fù)制權(quán)相比，受到更多的限制。翻開各國集成電路技術(shù)的發(fā)展史，反向工程在技術(shù)的發(fā)展中有著不可取代的作用。如果照搬著作權(quán)法中關(guān)于復(fù)制權(quán)地規(guī)定，實(shí)施反向工程將被認(rèn)為是侵權(quán)行為。為了電子工業(yè)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)對復(fù)制權(quán)加以一定的限制，允許在一定條件下或合理范圍內(nèi)實(shí)施反向工程，美國《半導(dǎo)體芯片保護(hù)法》第906條第一款中規(guī)定，“僅為了教學(xué)、分析或評價(jià)掩模作品中的概念或技術(shù)，或掩模作品中所采用的電路、邏輯流和圖及元件的布局而復(fù)制該掩模作品者”；或進(jìn)行上述的“分析或評價(jià)，以便將這些工作的結(jié)果用于為銷售而制造的具有原創(chuàng)性的掩模作品之中者”均不構(gòu)成侵犯掩模作品專有權(quán)。與此相反，單純地為復(fù)制布圖設(shè)計(jì)而實(shí)施反向工程仍為侵權(quán)。反向工程是對復(fù)制權(quán)的一種限制。

3.與工業(yè)產(chǎn)權(quán)相比，布圖設(shè)計(jì)權(quán)產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)性條件也有所不同。專利法中“創(chuàng)造性”條件要求申請專利的技術(shù)方案具備“實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)”，而大多數(shù)集成電路達(dá)不到這一要求。比如，在設(shè)計(jì)專用集成電路時(shí)，常將一些已為人所熟知的單元電路加以組合，這種拼揍而成的集成電路大多難以滿足專利法的創(chuàng)造性要求，這使得大量集成電路得不到專利法的保護(hù)，這正是傳統(tǒng)專利制度與集成電路這一新型客體之間不協(xié)調(diào)的一面。所以集成電路保護(hù)法在創(chuàng)造性方面的要求不應(yīng)象專利法要要求那么嚴(yán)，但也不能象著作權(quán)法完全不要求任何創(chuàng)造高度要求，因?yàn)椴紙D設(shè)計(jì)的價(jià)值畢竟體現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用上。

篇2

關(guān)鍵字：集成運(yùn)放；差分放大；電壓放大；功率放大

1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元

集成運(yùn)算放大器是一種電子元器件，它是采用一定的制作工藝將大量半導(dǎo)體三極、電阻、電容等元器件及他們之間的連線制作在同一小塊單晶體的芯片上，并具有一定功能的電子電路。

輸入級由差分式放大電路組成，利用它的電路對稱性可提高整個(gè)電路的性能；中間電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它由一級或多級放大電路組成；輸出級的電壓增益為1，但能為負(fù)載提供一定的功率，電路還需要電源供電才可以工作。

2. 集成運(yùn)放的典型應(yīng)用

加法器、減法器：由集成運(yùn)放可以組成加法器、減法器。這二種電路在各種書刊上介紹得比較多，這里不再分析。

儀用放大器：由于各種傳感器輸出的信號一般比較微弱，所以要用高精度的儀用放大器對微小電平的直流信號進(jìn)行放大，儀用放大器由減法器拓?fù)涠鴣淼模昧送噍斎攵烁咦杩沟膬?yōu)勢。基本的儀用放大器如圖2所示，其中：R1＝R3，R2＝R4，Gain＝R2/R1。

濾波器：由集成運(yùn)放可以組成一階濾波器和二階濾波器，其中一階濾波器有20dB每倍頻的幅頻特性，而二階濾波器有40dB每倍頻的幅頻特性。為了阻擋由于虛地引起的直流電平，在運(yùn)放的輸入端串入了輸入電容Cin，為了不影響電路的幅頻特性，要求這個(gè)電容是C1的100倍以上，如果濾波器還具有放大作用，則這個(gè)電容應(yīng)是C1的1000倍以上，同時(shí)，濾波器的輸出都包含了Vcc/2的直流偏置，如果電路是最后一級，那么就必須串入輸出電容。圖3.是典型的低通濾波器，圖4是典型的高通濾波器。

方波、矩形波信號發(fā)生器：由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波信號發(fā)生器電路如圖5 所示, 這里的集成運(yùn)放器作電壓比較器。雙向穩(wěn)壓管VDz 的穩(wěn)定電壓為士Uz 。電路的正反饋系數(shù)F為。

電路中, 電壓比較器的輸出電壓有高電平和低電平兩種情況,即Uo=+Uz(Vp>Vn)或Uo=―Uz(Vp

在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，那純屬于偶然。輸出電壓偏于正向飽和，即Vo=+Vz時(shí)，加到電壓比較器同相端電壓為+FVz，而加于反相端得電壓，由于電容C上的電壓Vc不能突變，正能由輸出電壓Vo通過電阻R按指數(shù)規(guī)律向C充電來建立。顯然，當(dāng)加到反相端的電壓Vc略正于+FVz時(shí)，輸出電壓便立即從正向飽和翻轉(zhuǎn)到負(fù)飽和，-Vz又通過R對C進(jìn)行反向充電，知道Vc略負(fù)于-FVz值時(shí)，輸出狀態(tài)在翻轉(zhuǎn)過來。如此循環(huán)不已，形成一系列的方波輸出。

鋸齒波發(fā)生器：它是由同相輸入遲滯比較器和充電時(shí)間常數(shù)不等的積分器共同組成的。

同相遲滯比較器的上下門限和門限寬度為

當(dāng)電源接通時(shí)，有Vo1=――Vz，則-Vz結(jié)果R6向C充電，使輸出電壓按線性規(guī)律增長。當(dāng)Vo上升到門限電壓時(shí)，使Vp1=Vn1=0時(shí)，比較器輸出Vo1由-Vz上跳到+Vz，同時(shí)門限電壓下跳到值。以后Vo1=+Vz經(jīng)R6和二極管、R5兩條支路向C反向充電，由于時(shí)間常數(shù)減小，Vo迅速下降到負(fù)值。當(dāng)Vo下降到門限電壓使Vp1=Vn1=0時(shí)，比較器輸出Vo1又由+Vz下跳到-Vz。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。由于電容的正向和反向充電常數(shù)不相等，輸出波形Vo為鋸齒波形，Vo1為矩形波形，其振蕩周期為

當(dāng)R5、二極管支路開路，電路C的正、負(fù)向充電時(shí)間常數(shù)相等，此時(shí)鋸齒波變成三角波，其振蕩周期為

參考文獻(xiàn)：

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篇3

【關(guān)鍵詞】 實(shí)訓(xùn)機(jī)床設(shè)備;三相異步電動(dòng)機(jī);缺相起動(dòng);缺相運(yùn)行;缺相保護(hù)

隨著職業(yè)教育的快速發(fā)展,我院實(shí)訓(xùn)設(shè)備不斷增加,機(jī)床達(dá)400余臺;學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)的機(jī)床故障不斷增多,特別是電器故障占大多數(shù),其中電源開關(guān)的一極接觸不良或斷開、熔斷器一相熔斷、接線頭接觸不良或脫落、定子繞組一相斷線等,都會(huì)造成三相異步電動(dòng)機(jī)一相斷電,稱為缺相。本文結(jié)合作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),對常用實(shí)訓(xùn)機(jī)床電動(dòng)機(jī)的缺項(xiàng)故障進(jìn)行了探討。

一、缺相時(shí)的物理現(xiàn)象分析

三相異步電動(dòng)機(jī)三相繞組通以三相對稱的交流電時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)在缺相時(shí)兩相繞組串聯(lián)通以兩相交流電時(shí),相當(dāng)于單相繞組通單相交流電流,產(chǎn)生的磁場是一脈振磁動(dòng)勢,即該磁場軸線位置是固定的,而空間各點(diǎn)的磁勢大小隨時(shí)間變化而變化。脈振磁動(dòng)勢可以分解為兩個(gè)等幅值、等轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向相反旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F和F。這可以用圖解法加以說明(如圖1所示)脈振磁勢的分解可用圖示1的空間向量說明,空間向量F表示單相繞組的脈

振磁勢,其幅值位置在空間固定不變,大小隨時(shí)間脈振,在脈振過程中的每一瞬間都可以理解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)向量的相量相加,而且這兩個(gè)向量大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反,當(dāng)脈振磁勢的幅伯達(dá)最大時(shí).兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢的向量位置恰好與脈振磁勢的向量重合或同相。這兩個(gè)反向的旋轉(zhuǎn)磁勢F+和F-在空氣隙中建立正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場φ和φ。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正向和反向的電磁轉(zhuǎn)矩T+和T--。T+企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn);T-企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩疊加即為推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成轉(zhuǎn)矩T。

不論是T+還是T-它們的大小與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系和三相異步電動(dòng)機(jī)的情況一樣的。若電動(dòng)機(jī)沿正轉(zhuǎn)磁場方向的轉(zhuǎn)速為n,則對正轉(zhuǎn)磁場而言,轉(zhuǎn)差率S+=(n1一n}/ n1=S,而對反轉(zhuǎn)磁場而言,轉(zhuǎn)差率S-=(一n1一n}/ 一n1=2一S,即當(dāng)S+= 0時(shí),相當(dāng)于S-= 2;當(dāng)S=0時(shí),相當(dāng)于S+= 2 。T+和T-與S的關(guān)系曲線(如圖2中兩條虛線所示)三相異步電動(dòng)機(jī)缺相狀態(tài)下的T= f(S)曲線為T+= f( S)和T-=f (S)兩條特性曲線疊加而成的。從圖2可知,當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),正反向旋轉(zhuǎn)

磁場以等速n 和反向切割轉(zhuǎn)了繞組,在轉(zhuǎn)了繞組中感應(yīng)出大小相等而相序相反的電動(dòng)勢和電流,它們分別產(chǎn)生大小相等而方向相反的兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩,使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為零。即n=O, S= 1,T=T++T-=0,說明沒有起動(dòng)轉(zhuǎn),因此三相異步電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)不能起動(dòng)。這是因鐵芯中有磁通,所以發(fā)出“嗡嗡”聲響。

如果人為的使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子向正常方向轉(zhuǎn)動(dòng),正向磁場與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率S 處在10的范圍,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是正的,它拉著轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)是動(dòng)力轉(zhuǎn)矩;而反向磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率S 處在12的范圍,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是負(fù)的,它阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,只不過此時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小,電動(dòng)機(jī)有可能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)有人使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則正向磁場與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率S+處在12的范圍,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),它成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩;反向磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率S-在10的范圍,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有助于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),它成為動(dòng)力轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)。由此可見,在這種情況下,電動(dòng)機(jī)向兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性從圖2的曲線也可看出,只要電動(dòng)機(jī)向某方向轉(zhuǎn)動(dòng),S≠0時(shí),動(dòng)力轉(zhuǎn)矩總是大于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。至于能否在起動(dòng)后升至額定轉(zhuǎn)速,這取決與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩與合成轉(zhuǎn)矩T的大小之間關(guān)系,如果合成轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,則能。反之,則不能。

三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中,由于某種原因引起一相斷電,此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于缺相運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上作用著兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩,一個(gè)正向轉(zhuǎn)矩拉著轉(zhuǎn)子要使其繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),另外出現(xiàn)一個(gè)反向轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用,使總的合成轉(zhuǎn)矩減小,但只要電動(dòng)機(jī)的電磁合成轉(zhuǎn)矩還大于機(jī)軸上的阻力轉(zhuǎn)矩時(shí),電動(dòng)機(jī)還是可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的,但是轉(zhuǎn)速變慢。一般說來,假如三相異步電動(dòng)機(jī)在缺相前以額定負(fù)載運(yùn)行,并且電動(dòng)機(jī)在正'常狀況時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)大于2。那么在缺相后電動(dòng)機(jī)將能繼續(xù)運(yùn)行。

如果三相正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載,一相斷電后仍帶同樣的負(fù)載運(yùn)行,轉(zhuǎn)子電流和定子電流都將增大,此情況下約增大根號3倍。由于電流增大,轉(zhuǎn)子損耗和定子損耗都會(huì)增加,電動(dòng)機(jī)易過熱,威脅定子繞組的絕緣,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。

由于反向旋轉(zhuǎn)磁場的存在,三相異步電動(dòng)機(jī)在缺相運(yùn)行時(shí)定子電流中的無功分量增加,因而功率因數(shù)較低,效率也比三相運(yùn)行時(shí)低。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)電源缺相保護(hù)

三相異步電動(dòng)機(jī)電源缺相錯(cuò)相保護(hù)電路如圖3所示。該保護(hù)電路采用一塊厚膜集成電路TH221A組成三相電動(dòng)機(jī)缺相和錯(cuò)相保護(hù)電路,不需要使用互感器,可直接通過降壓電阻降壓后,直接接上380V電壓。通電后該裝置處于工作狀態(tài),三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),三個(gè)降壓電阻分別將三相異步電動(dòng)機(jī)的信號通過TH221A厚膜集成電路1,3,5輸入端送給取樣電路,經(jīng)過取樣電路進(jìn)一步降壓和變換,再送給缺相判斷電路和相序邏輯鑒別電路進(jìn)行判斷。

當(dāng)相序正確且無缺相時(shí),功率放大電路不工作,接在TH221A厚膜集成電路14和16腳綠色發(fā)光二極管發(fā)光,表示相序正確且無缺相,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常。當(dāng)相序不正確或有缺相時(shí),相序邏輯鑒別電路或缺相判斷電路將有信號輸出,此時(shí)功率放大電路開始工作,它將相序邏輯鑒別電路或缺相判斷電路送來的信號進(jìn)行放大,并控制外接的直流繼電器KA,使三相異步電動(dòng)機(jī)的供電電源斷電,同時(shí)接在TH221A集成電路15腳的紅色發(fā)光二極管發(fā)光,表示相序有錯(cuò)誤或有缺相情況發(fā)生。排除故障后,電動(dòng)機(jī)方可正'常運(yùn)行。外接的直流繼電器KA和TH221A集成電路所要的直流電源,是相電壓經(jīng)電容降壓、全波橋式整流、濾波、經(jīng)電阻分壓后,供給直流繼電器和TH221A集成電路的,因此,整個(gè)保護(hù)裝置線路簡單,外接元器件少,可靠性高。由于TH221A厚膜集成電路將取樣電路、相序邏輯鑒別電路、缺相判斷電路、功率放大電路集于一體,因此性能可靠.而且外部接線比轉(zhuǎn)簡單。

三、結(jié)束語

三相異步電動(dòng)機(jī)在缺相條件下無法自行起動(dòng),是因單相脈動(dòng)磁場不能產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下缺相的三相異步電動(dòng)機(jī),由于轉(zhuǎn)矩不為零和較正'常時(shí)減小,因此有時(shí)能繼續(xù)運(yùn)行,但轉(zhuǎn)速變慢,這不僅影響正'常生產(chǎn),而且定、轉(zhuǎn)子的溫升會(huì)劇增,威脅絕緣甚至燒毀電動(dòng)機(jī),因此在使用或維修機(jī)床時(shí)應(yīng)密切注意三相電流以防缺相,必要時(shí)應(yīng)裝設(shè)電源缺相保護(hù)裝置,確保實(shí)訓(xùn)設(shè)備正常運(yùn)行及快速維修。

參考文獻(xiàn)

[1]歐陽三泰.三相異步電動(dòng)機(jī)電源缺相錯(cuò)相保護(hù)電路電氣應(yīng)用

篇4

關(guān)鍵詞：集成施密特觸發(fā)器；輸出電平；焊接；工作電壓

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2007)8(S)-0056-3

人教社版《物理》選修3－2第六章“傳感器”是“新課標(biāo)”教材中新增內(nèi)容，它體現(xiàn)了《課程標(biāo)準(zhǔn)》對科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的密切聯(lián)系［1］。本章教學(xué)強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)傳感器在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用。由于是新增內(nèi)容，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室缺少有關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，教師也缺乏經(jīng)驗(yàn)，難以開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我發(fā)現(xiàn)用容易買到、在日常生活中常用的聲光控延時(shí)開關(guān)，經(jīng)簡單改裝可以完成本章的許多實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)將幾個(gè)精彩的例子奉獻(xiàn)給同行。

1 聲光控延時(shí)開關(guān)電路分析

市面上銷售的聲光控延時(shí)開關(guān)燈座，雖然牌子眾多外形不盡相同，但其內(nèi)部電路都相同。其內(nèi)部電路如圖1，原理是：交流220V電壓經(jīng)燈泡ZD后，由D1～D4組成的整流橋整流，電阻R1、R10分壓，電容C1濾波后，在其兩端產(chǎn)生12V左右的直流電壓，給控制電路供電。

光線較亮?xí)r，光敏電阻（CdS）的阻值較低（在路測約1.2kΩ），使集成施密特觸發(fā)器IC（TC4081BP）的1腳呈低電平；又由于R6、R8電阻分壓后，為三極管BG1（9014）的b極提供了正偏電壓，BG1一直處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其c極（IC的2腳）為低電平，使IC的3腳輸出高電平，4腳輸出低電平，二極管D5反偏截止，使IC的10腳輸出高電平，IC的11腳輸出低電平，可控硅WCR因沒有觸發(fā)信號而截止，燈泡不亮。

在晚上光線較暗時(shí)，光敏電阻的阻值變大使集成塊IC的1腳呈高電平；但由于話筒MIC沒有聲音輸入，三極管BG1極處于導(dǎo)通狀態(tài)，其c極仍為低電平，所以IC-1、IC-3仍輸出高電平，IC-2、IC-4仍輸出低電平，燈泡ZD不亮。當(dāng)有聲音或腳步聲時(shí)，話筒MIC將聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號，通過電容C2耦合到三極管BG1的b極，使BG1瞬間截止，IC的2腳為瞬間高電平，又因IC的1腳為低電平，在IC的4腳輸出高電平時(shí)，經(jīng)二極管D5向電容C3充電。同時(shí)IC的11腳輸出高電平，經(jīng)電阻R2和R3分壓后，產(chǎn)生一個(gè)2V左右的觸發(fā)信號，使可控硅WCR導(dǎo)通，燈泡ZD發(fā)光。此時(shí)若外部沒有聲音信號輸入，三極管BG1導(dǎo)通，IC的3腳輸出高電平、IC的4腳輸出低電平，二極管D5反向截止，電容C3通過電阻R9開始放電，由于電阻R9的阻值較大，放電電流很小，電容C3上所充電壓要間隔一定時(shí)間才能放完。這樣就使IC-3、IC-4保持原輸出電平，等電容C3放電結(jié)束后，IC的8、9腳為低電平，經(jīng)IC-3非門反相后促使IC-4也輸出低電平，從而使可控硅WCR在電源電壓過零時(shí)截止，切斷燈泡ZD的電源回路，達(dá)到了燈泡發(fā)光延時(shí)自動(dòng)關(guān)斷的目的。

集成施密特觸發(fā)器的型號很多，除了74LS14、74LS00外還有HFC40839E、TC4081BP等，他們的封裝形式引腳排列完全相同。

2 應(yīng)用實(shí)例

（1）光控開關(guān)演示實(shí)驗(yàn)，教材71頁。做法是：

方法一：用電烙鐵和12號注射器針頭，將GB1的集電極懸空，然后用導(dǎo)線將集成電路的2腳接地（與7腳相連），改動(dòng)后的電路如圖2，這樣聲控電路就不工作了，集成施密特觸發(fā)器的2腳恒為低電平，光敏電阻得到光照時(shí)1腳為低電平，11腳輸出低電平燈不亮。用手遮住光敏電阻時(shí)1腳為高電平，11腳輸出高電平可控硅導(dǎo)通燈泡點(diǎn)亮。

改動(dòng)后的電路如圖2，虛線表示改動(dòng)的線路。

方法二：考慮安全性，斷開交流電路，改用學(xué)生電源供電。具體做法是：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，將12V學(xué)生電源的正極連接至IC的14腳，負(fù)極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）在IC的3腳與BG1的集電極間反向接入12V的發(fā)光二極管（3）其它做法同方法一。

改動(dòng)后的電路如圖3，虛線表示新增加的元件，圖4是改動(dòng)后的等效電路。方法一的好處是：電路改動(dòng)少，可以用原電路的可控硅控制燈泡，與實(shí)際應(yīng)用相符。缺點(diǎn)是：電路板上有220V的交流電壓。方法二的優(yōu)點(diǎn)是與教材上原理一致，但改動(dòng)稍多些。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負(fù)極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）用針頭與烙鐵將IC的3腳、BG1的集電極、光敏電阻一端懸空（3）在IC的1與7之間，2與7之間分別串聯(lián)一開關(guān)，IC的3腳與7腳之間串入一電壓表。使用時(shí)將開關(guān)斷開是高電平、閉合時(shí)低電平。

改動(dòng)后的電路如圖5，圖6是其等效電路。

（3）用示波器觀察話筒的工作，教材62頁。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負(fù)極連接至IC的7腳（2）用針頭與烙鐵將IC的2腳懸空，（3）準(zhǔn)備一只10μF電解電容器，將BG1的集電極用導(dǎo)線與電容器的正極相連、負(fù)極與示波器的Y輸入相連，發(fā)射極與示波器的地相連。

改動(dòng)后的電路如圖7，圖8是改動(dòng)后的等效電路圖，這樣可以利用三極管的放大作用使示波器上的波形更清晰。

（4）演示三極管的放大作用，教材74頁。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負(fù)極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）懸空BG1的基極，串入靈敏電流表，懸空IC的3腳，懸空R7的任意腳串入電流表。（3）懸空R8任意腳換接一100KΩ的可調(diào)電阻。

圖9是改動(dòng)后的等效電路圖，改造后的電路可以免去教材上提供的實(shí)驗(yàn)電路需要兩組電源的麻煩（見物理選修3－272頁圖6.5－5），看似麻煩其實(shí)容易。

以上四個(gè)實(shí)例只是針對教材對聲光控延時(shí)開關(guān)電路的開發(fā)利用，聲光控延時(shí)開關(guān)電路中的施密特觸發(fā)器有四個(gè)非門，還可以開發(fā)出許多實(shí)驗(yàn)電路，如“簡單的邏輯電路”的“與”“或”“非”門，就可以用施密特觸發(fā)器組合而成，又如通過增加熱敏電阻、電磁繼電器、光電耦合器等元件，可完成本章大多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。上述的四個(gè)實(shí)例的制作過程，用文字表述看上去有些繁瑣，其實(shí)只是懸空幾個(gè)元件的引腳，焊上幾個(gè)元件或?qū)Ь€，只要會(huì)使用烙鐵就能順利操作，并不麻煩。市面上銷售的聲光控延時(shí)開關(guān)燈座價(jià)格便宜，筆者從小攤販那里購得的燈座只要4元錢，因此實(shí)驗(yàn)成本低廉易于實(shí)現(xiàn)。

篇5

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(jì)。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(jì)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(shí)應(yīng)符合降額設(shè)計(jì)的要求，不同的器件，降額的方法是不同的[7]。基本方法如下：①電阻的降額方法是降低功率比；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(jì)

2.1電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)

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(shí)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(jì)，如圖2所示。因?yàn)?2V電壓較大，防止出現(xiàn)短路時(shí)對電路造成較大傷害，故在輸入端串聯(lián)自恢復(fù)保險(xiǎn)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(huì)輸出到其他接口，在極限情況下會(huì)因?yàn)橥饨绲挠绊憣?dǎo)致電壓出現(xiàn)波動(dòng)，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(shí)，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，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(jì)，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(jì)

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娦裕瑢斎腚娖竭M(jìn)行了限位設(shè)計(jì)。如圖4所示。二極管具有正向?qū)ǎ聪蚪刂沟奶匦裕眠@種特性，對輸入端的電平進(jìn)行限位。當(dāng)正常工作的時(shí)候，兩個(gè)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(shí)，其中一路二極管會(huì)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(jì)

控制電路負(fù)責(zé)雷達(dá)的天線轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)射開關(guān)機(jī)等關(guān)鍵控制，誤操作會(huì)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(jì)，具體設(shè)計(jì)如圖5所示。從FPGA的兩個(gè)引腳中輸出同一信號，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)后，分別通過兩個(gè)二極管后并聯(lián)在一起，通過一個(gè)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(shí)，雙路同時(shí)輸出到一點(diǎn)，因?yàn)槎O管的單向?qū)щ娦裕瑥淖畲蟪潭壬献柚沽溯敵龆说碾娏鞯构啵Ｗo(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(shí)，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(shí)，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(shí)，并且為低電平時(shí)，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(shí)，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(shí)，并且為高電平時(shí)，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(shí)會(huì)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(dòng)關(guān)閉，同時(shí)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(shí)故障時(shí)，輸出才會(huì)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(jì)，可靠性大大提升。

3結(jié)束語

篇6

伍水梅 廣東省國防科技技師學(xué)院 廣州同和 510515

【文章摘要】

電源是電路的核心，是電子電路制作過程中必不可少的設(shè)備。一個(gè)好的直流穩(wěn)壓電源能讓電路制作事半功倍，效果顯著。一般直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等幾個(gè)部分組成。本文介紹了一種簡單實(shí)用的直流穩(wěn)壓電源的制作。

【關(guān)鍵詞】

直流穩(wěn)壓電源；變壓器；整流；濾波； 穩(wěn)壓；7806

【Abstract】

Power which is the core of the circuit is the essential equipment for making electronic circuit. It will get twice the result with half the effort if a good DC power is supplied for the production of circuit.Generally speaking,DC power supply is mainly composed of transformer, rectifying,filtering and voltage-stabilizing. This article describes a simple and practical construction of DC power supply.

【Keywords】

DC Regulated Power Supply;Transformer; Rectifying;Filtering;Voltage-stabilizing; 7806

0 引言

科技在不斷進(jìn)步，人們對小型電器的需求越來越大，但不管是那種電器設(shè)備， 電源都是必不可少的，而且越是高端的電器，對電源要求越是嚴(yán)格。電源技術(shù)核心是電能變換與處理，廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，而直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)中常用的儀器設(shè)備之一，幾乎所有家用電器和其它各類電子設(shè)備都在使用直流穩(wěn)壓電源，它占著舉足輕重的位置，是大部分設(shè)備與電子儀器的重要組成部分，是電子科技人員及電路開發(fā)部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)研究不可缺少的電子儀器。但實(shí)際生活中通常是由 220V 的交流電網(wǎng)供電， 直流電源需要通過電源系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換成低電壓直流電以供給各類電器設(shè)備使用。

直流穩(wěn)壓電源對電路調(diào)試、電路制作有決定性的作用，一個(gè)好的直流穩(wěn)壓電源，能讓工作事半功倍。直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)主要由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分電路組成，其原理和制作過程比較簡單， 如圖1 所示。本文主要介紹一個(gè)能提供+6V、+1A 的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的制作過程。

1 合適變壓器的選擇

變壓器作為一個(gè)降壓元件，主要是將初級電壓（市電220V）轉(zhuǎn)換為電路所需壓降。根據(jù)電路要求提供+6V、+1A 的直流電源，所以在選擇變壓器的次級電壓和次級電流時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大，原則上次級電壓應(yīng)在所需電壓的基礎(chǔ)上多加3V，即次級電壓應(yīng)選6V+3V=9V，而次級電流應(yīng)在所需電流的基礎(chǔ)上乘以1.7 倍，即1.7A ；變壓器的功率P 是初級線圈P1 和次級線圈功率P2 之和的一半，即：

P=（P1+P2）/2，

按照所選擇的電壓可計(jì)得：

P2=U2×I2=9×1.7=15.3W

P1=P2/ （0.8 ～ 0.9）=18W

這樣可以選擇變壓器的參數(shù)是功率為18W，初級輸入電壓220V，次級輸入電壓9V。變壓器應(yīng)進(jìn)行基本檢測，如初級、次級線圈的分辨，最常用的方法有兩個(gè)： 第一種是根據(jù)線圈電壓與線圈匝數(shù)的比值V1:V2=n1:n2 可知線圈細(xì)的那邊應(yīng)為初級線圈（輸入端）；另一種方法是用萬用表的電阻檔比較兩線圈的電阻值，阻值較大的那一端為初級線圈（輸入端）。

2 整流電路的配備

整流電路的主要作用是利用二極管的單向?qū)ㄌ匦詫⒆儔浩鬏敵龅慕涣麟妷恨D(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流，是直流形成的第一站，它所提供的電壓比最大輸出電壓值

圖4.2 1ms 調(diào)頻周期信號頻譜 要略高，所以在選用四個(gè)二極管時(shí)要注意耐壓值應(yīng)比變壓器的次級輸出電壓大3 倍以上，耐流值應(yīng)略大于變壓器的次級電流。按照變壓器所取的數(shù)據(jù)：U2=9V、I2=1.7A，所選取的二極管耐壓應(yīng)大于27V，耐流值最小應(yīng)等于變壓器的次級電流。二極管需要承受較大的反向電壓，假如二極管反接，將會(huì)造成二極管損壞，電路無法工作等嚴(yán)重后果，因此安裝前要對二極管進(jìn)行檢測，確保極性。二極管的檢測：用萬用表測量二極管的正反向電阻， 根據(jù)二極管的單向?qū)ㄌ匦钥梢暂p易的判斷出小電阻的那次黑筆所接是正極，紅筆所接是負(fù)極；對于外觀完好的二極管也可以從銀色圈圈在哪邊從而判出負(fù)極。

3 選用不同的電容器實(shí)現(xiàn)濾波

濾波電路是利用電容器將整流電路所輸出的脈動(dòng)直流存在的交流成份濾掉， 使輸出波形變得平滑。不同類型的電容器有著不同特性，在電路中能起不同作用， 因此不同的電路應(yīng)該選擇不同的電容器； 但不管何種電容器，在電路中承受的電壓都不能超過它自身的耐壓值，否則電容器將受到損壞，甚至產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象。根據(jù)變壓器的次級電壓等于9V，選擇電容器的耐壓值應(yīng)為1.42 U2，即13V，電容器的容量應(yīng)為（1500 ～ 2000）I2 （I2 為變壓器次級電流），即電容器可選用3300 ～ 4700μF 的。在本文所設(shè)計(jì)的電路中，前面的濾波電容C1 可適當(dāng)選大到3300μF 以上，穩(wěn)壓出來的濾波電容C2 就要相對減小，可選擇幾十微法的。利用萬用表的電阻檔檢測電容的好壞，判斷電容有無短路、斷路和漏電等現(xiàn)象：按電容量的大小用萬用表不同的電阻檔，紅、黑表筆分別接電容器的兩引腳，在表筆接通瞬間觀察表針的擺動(dòng)，若表針擺動(dòng)后返回到“∞”，說明電容良好，且擺幅越大容量越大；若表針在接通瞬間不擺動(dòng)，則說明電容失效或斷路； 若表針在接通瞬間擺幅很大且停在那里不動(dòng)，說明電容已擊穿（短路）或漏電嚴(yán)重；若表針在接通瞬間擺動(dòng)正常，只是不能返回到“∞”，說明電容有漏電現(xiàn)象。對電解電容更要分清楚正負(fù)極，避免反接。

4 穩(wěn)壓電路的研制

穩(wěn)壓電路是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能使輸出電壓保持穩(wěn)定的電路。根據(jù)電路的連接方式可分為并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源所用元器件少，較經(jīng)濟(jì)；輸出短路時(shí)元器件不易損壞，但效率低，調(diào)壓范圍小，負(fù)載變化容易引起輸出電壓的變化，適用于負(fù)載電流變化不大或極易發(fā)生短路的場合。相比之下串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源可用在負(fù)載變化較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調(diào)等場合，所以建議安裝串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。常用的穩(wěn)壓元件有穩(wěn)壓管、LM317、CW78××× （CW79×××）。

穩(wěn)壓管是特殊加工而成的二極管，和普通二極管一樣具有單向?qū)ㄌ匦裕饕ぷ饔诜聪驌舸﹨^(qū)，起穩(wěn)壓作用，通常并在負(fù)載兩端使用。當(dāng)它兩端所加的反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，管子導(dǎo)通，電流急劇上升，達(dá)到穩(wěn)壓效果。只用穩(wěn)壓管工作的穩(wěn)壓電路一般較簡單，性能也較差， 適用于輸出電流不大，穩(wěn)壓要求不高的場合。為改善穩(wěn)壓效果，穩(wěn)壓管常會(huì)和復(fù)合管一起用，但穩(wěn)壓效果還是不理想。

LM317、CW78×××（CW79×××） 同屬三端集成穩(wěn)壓器，都是將穩(wěn)壓電路通過半導(dǎo)體集成技術(shù)壓制在一塊半導(dǎo)體芯片中形成集成穩(wěn)壓電路[9]。LM317 是一種常用的三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路，輸出電流為1.5A，輸出電壓可在1.25 － 37V 之間連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)整使用方便。CW78××× 系列為輸出正電壓的固定式三端穩(wěn)壓器， CW79××× 系列為輸出負(fù)電壓的固定式三端穩(wěn)壓器，兩者都包含了輸入、輸出、公共接地端三個(gè)引出端，具有限流和熱保護(hù)的功能，且根據(jù)后序××× 不同各有不同的的輸出電壓和輸出電流，第一個(gè)“×” 代表額定電流--- 字母L 表示輸出電流為100mA，字母S 表示輸出電流為2A， 沒有字母表示輸出電流為1A ；后面兩個(gè)×× 表示額定電壓---05 表示額定電壓為5V，12 表示額定電壓為12V，如此類推。根據(jù)要求，本文選用7806 集成穩(wěn)壓器（如圖5 所示），其額定電壓+6V，輸出電流1A ；若是79S12 則額定電壓為-12V，輸出電流2A。在使用所選IC 前，應(yīng)注意區(qū)分7806 的三個(gè)管腳和判斷其好壞。區(qū)分管腳時(shí)可將三端穩(wěn)壓器正面豎起來面對自己， 從左到右依次為輸入端、接地端、輸出端， 使用加電壓法測試三端穩(wěn)壓器好壞，在7806 的1 腳和2 腳按極性加上直流電壓（9—35V），用萬用表測3 腳和2 腳的電壓， 如果所測電壓數(shù)值與穩(wěn)壓值相近（大小不超出2V），則說明穩(wěn)壓器性能好。

5 附加電路的選用

根據(jù)電路的要求不同，也為了讓電路能更好的工作，可以在原電路的基礎(chǔ)上增加一些冗余電路，如電源指示電路，輸出電壓顯示電路，散熱電路等。

當(dāng)電路完成后應(yīng)重新檢查一次所有元器件，如二極管的方向、電解電容的極性、集成電路的各管腳等，在檢查無誤后則可以進(jìn)行通電調(diào)試，接通開關(guān)后若指示燈顯示正常，則+6V、1A 直流穩(wěn)壓電源即可正常使用，其原理圖如圖2 所示。

6 結(jié)束語

通過對直流穩(wěn)壓電源的分析制作，總結(jié)出直流穩(wěn)壓電源的制作應(yīng)從選材入手， 根據(jù)電路要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。只要認(rèn)真扎實(shí)的進(jìn)行制作，就能從中悟出很多有關(guān)直流穩(wěn)壓電源的制作技巧，使一些積累問題迎刃而解，推導(dǎo)出開關(guān)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路、輸出正負(fù)電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路等的制作，提高創(chuàng)作水平。

【參考文獻(xiàn)】

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篇7

隨著集成電路微型化，超大規(guī)模集成化的要求，線寬已經(jīng)發(fā)展到納米級，摻雜工藝非離子注入莫屬。如何精確控制結(jié)深，劑量，消除電荷積累對器件的損傷成為離子注入機(jī)設(shè)備和工藝改進(jìn)的關(guān)鍵。本文將通過對離子注入機(jī)的特點(diǎn)、原理及應(yīng)用的探討對現(xiàn)今的離子注入機(jī)的設(shè)備參數(shù)和工藝關(guān)聯(lián)問題進(jìn)行論述。

一、離子注入機(jī)的原理

（一）離子注入機(jī)的組成

離子注入機(jī)由離子源、離子束聚焦部分、靶室及終端臺三個(gè)主要部分構(gòu)成。此外，還包括質(zhì)量分析器、加速器和四級透鏡，以及反向偶合電子器。

（二）離子注入機(jī)的工作原理

離子注入機(jī)運(yùn)作原理是：當(dāng)某種離子束射向固體材料的時(shí)候，因?yàn)楦咚俚淖矒簦率构腆w表面的分子或是原子的偏離，在一定角度下，粒子束會(huì)嵌入到固體材料一定深度，使被注入固體材料由于注入他種材料的離子形成新的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)而發(fā)生了性變，這樣的過程就叫做離子注入。離子機(jī)就是運(yùn)用這樣的原理實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件所需各種特性的目的。

集成電路制程中離子注入機(jī)起著極其重要的作用，尤其是制造的前期工序。作為關(guān)鍵設(shè)備，離子注入機(jī)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)、與產(chǎn)品質(zhì)量有著密不可分的關(guān)聯(lián)，由于既涉及設(shè)備又涉及工藝，往往讓從業(yè)人員無所適從，因此備受關(guān)注。

二、離子注入機(jī)設(shè)備和工藝質(zhì)量改進(jìn)

離子注入機(jī)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)，對工藝質(zhì)量有著極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，只有了解和懂得參數(shù)對應(yīng)的工藝問題，才能有效的調(diào)整設(shè)備和工藝菜單，達(dá)到高品質(zhì)的工藝改進(jìn)。

我們可以從以下幾個(gè)方面入手：

（一）設(shè)備的改進(jìn)

離子注入機(jī)的改進(jìn)應(yīng)從真空，離子源和離子束三個(gè)主要部分著手。

離子注入機(jī)的高真空有三個(gè)基本區(qū)段，離子源腔體，粒子束腔體和工藝腔體，由于離子源腔體由于有高溫通常用擴(kuò)散泵來實(shí)現(xiàn)高真空，近來由于發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散泵的泵油氣體會(huì)部分影響離子源的純凈，后改進(jìn)用低溫冷泵通過管道偏裝隔熱實(shí)現(xiàn)高真空，已經(jīng)被廣為采用。而工藝腔體的真空直接影響到工藝穩(wěn)定性而被高度重視，因此改用大口徑的低溫冷泵來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高真空，離子注入起始真空指的就是工藝腔體的真空。

離子源是產(chǎn)生參雜離子的發(fā)生器，如何保持燈絲與離子腔高阻隔離，燈絲材料對燈絲的壽命影響，燈絲形狀對電子發(fā)射以及提高撞擊雜質(zhì)分子幾率都至關(guān)重要，前兩者直接關(guān)聯(lián)離子源保養(yǎng)的次數(shù)，提高設(shè)備的利用率，第三者直接關(guān)聯(lián)離子產(chǎn)生幾率。現(xiàn)代從業(yè)者已經(jīng)廣泛采用改良型的長壽命燈絲提升設(shè)備的使用效率。

離子束的控制影響產(chǎn)品參雜純凈，工藝時(shí)間長短，以及電荷積累的消除等非常重要的環(huán)節(jié)，它包含有質(zhì)量分析器、加速器和四級透鏡，以及反向偶合電子器。

質(zhì)量分析器通過偏轉(zhuǎn)磁場過濾掉大部分不需要的雜質(zhì)離子，從而保證離子的純凈，如何保證其偏轉(zhuǎn)通道的干凈和暢通是關(guān)鍵。加速器決定參雜能量，定期校正是必須的。反向耦合電子器往往被業(yè)者人士忽略，在低束低能量低劑量參雜時(shí)，它的作用不明顯，但在高劑量高能量注入時(shí)，由于目標(biāo)靶不能及時(shí)釋放電荷而在硅片表面產(chǎn)生電荷積累，形成電壓，會(huì)對元器件造成電路擊穿。因此必須采用反向電子耦合器發(fā)出的電子來中和掉積累的電荷。

此外還有為了測定離子束的大小而使用的法拉第系統(tǒng)。控制注入角度的機(jī)械控制系統(tǒng)等類似的許多裝置都是為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能而存在的。

設(shè)備高真空度發(fā)揮著很大的作用。當(dāng)真空度過低的時(shí)候，離子束就不會(huì)達(dá)到要求，會(huì)影響離子注入的速度，進(jìn)而使得設(shè)備內(nèi)離子的純凈度受到影響，當(dāng)真空度低于要求時(shí)，測定結(jié)果通常電阻下降；當(dāng)真空度太高一方面影響設(shè)備使用效率，另一方面測定結(jié)果電阻上升。最后的結(jié)果就是工藝參數(shù)得不到滿足。通過生產(chǎn)實(shí)踐和工藝結(jié)果證明，現(xiàn)代注入起始真空度需要達(dá)到4×10-6Torr以上，此時(shí)的真空度就算比較理想。

（二）工藝技術(shù)的改進(jìn)

離子注入工藝技術(shù)人員必須明確掌握注入機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝結(jié)果的一一對應(yīng)關(guān)系，在編輯工藝菜單時(shí)，反復(fù)試驗(yàn)每一種工藝需求，比如：產(chǎn)品實(shí)際需要的注入能量（對應(yīng)結(jié)深），注入劑量（對應(yīng)電阻率），起始注入真空度（對應(yīng)設(shè)備效率，間接影響電阻率），調(diào)整所需的反向電子電流（過大過小都會(huì)損傷產(chǎn)品），設(shè)備特殊參數(shù)的監(jiān)控（SPC），防止參雜物質(zhì)的相互污染，參與產(chǎn)品從零件到成品的所有環(huán)節(jié)，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)人員的能力、態(tài)度可以說是問題的源泉。首先，能夠進(jìn)入該團(tuán)隊(duì)，說明都是一些有能力之人。因此，在具備相關(guān)知識能力的基礎(chǔ)上，工作人員應(yīng)該端正自己的態(tài)度，杜絕粗心大意，防微杜漸，將來可能出現(xiàn)的問題，潛在因素扼殺在孕育的過程中。

其次在產(chǎn)品檢查的時(shí)候，常常會(huì)因?yàn)闄z查人員的檢查力度，從而忽略很多的細(xì)節(jié)，為了防止工作中的隨意性導(dǎo)致的一系列問題，應(yīng)該設(shè)立與之相關(guān)的條文，這樣有利于提高工作人員的積極性，防止因人而異所造成的質(zhì)量失控。

（三）其他方面的改進(jìn)

除了工作人員和設(shè)備本身的問題，影響離子機(jī)質(zhì)量的原因還包括：法則、物料和環(huán)境。其中法則就包括在整個(gè)制造過程中，使用的工藝指導(dǎo)書、工序指引、生產(chǎn)產(chǎn)品使用的模型圖紙、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以及在操作過程中的規(guī)程等等。離子注入機(jī)設(shè)備精密，因此，在生產(chǎn)過程中要遵循相應(yīng)的規(guī)章制度，不能有絲毫差錯(cuò)的。走好每一步，才能生產(chǎn)出完美的產(chǎn)品

設(shè)備的穩(wěn)定性是衡量工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的一大標(biāo)準(zhǔn)。而環(huán)境對設(shè)備的穩(wěn)定性有著極大的影響。設(shè)備周圍的溫度、濕度和清潔度等環(huán)境問題也應(yīng)該受到關(guān)注和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

篇8

【關(guān)鍵詞】傳輸門邏輯；CMOS門邏輯；NMOS管；PMOS管

1.引言

21世紀(jì)是信息科學(xué)的世紀(jì)，電子科學(xué)與技術(shù)是信息科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科。半導(dǎo)體集成電路作為電子科學(xué)與技術(shù)的核心，是電子類相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。而半導(dǎo)體集成電路這門課程中，靜態(tài)邏輯電路[1-3]這一塊又是比較重要的一部分。靜態(tài)邏輯電路分為靜態(tài)CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路。現(xiàn)有的絕大多數(shù)教材表明傳輸門邏輯電路的理解設(shè)計(jì)方法和靜態(tài)CMOS邏輯電路的理解設(shè)計(jì)方法是不一樣的。人們總結(jié)出了的一套設(shè)計(jì)靜態(tài)CMOS復(fù)合邏輯門電路的通用方法[3]，其步驟如下：

（1）調(diào)整布爾代數(shù)式（也叫邏輯關(guān)系式），使得輸出為負(fù)邏輯。

（2）當(dāng)邏輯關(guān)系式為“或”時(shí)，PMOS管串聯(lián)，NMOS管并聯(lián)。

（3）當(dāng)邏輯關(guān)系式為“與”時(shí)，PMOS管并聯(lián)，NMOS管串聯(lián)。

（4）改變尺寸可調(diào)整速度或輸入閾值。而對于傳輸門邏輯[3]，其理解和設(shè)計(jì)的方法是二叉判決圖BBD。這兩類方法不統(tǒng)一，給學(xué)生在理解和設(shè)計(jì)邏輯電路造成很大的麻煩。本論文提出一種能夠簡易地理解傳輸門邏輯和靜態(tài)CMOS門邏輯的方法。運(yùn)用這種方法，學(xué)生也可以簡易地設(shè)計(jì)傳輸門和靜態(tài)CMOS邏輯電路。

2.方法

下面我們介紹一下這個(gè)方法。我們這個(gè)方法分為如下三個(gè)部分：

（1）對于單個(gè)NMOS管而言，漏極輸出C等于源極輸入A和柵極輸入B的“與”。邏輯表達(dá)式為。圖1顯示了單個(gè)NMOS管。根據(jù)NMOS管高電壓通、低電壓阻的特性，我們可以得到。

（2）對于單個(gè)PMOS管而言，漏極輸出C等于源極輸入A和柵極輸入B的“非”的“與”。邏輯表達(dá)式為。圖2顯示了單個(gè)PMOS管。根據(jù)PMOS管高電壓阻、低電壓通的特性，我們可以得到。

（3）對于兩個(gè)MOS并聯(lián)而言，總的輸出等于各個(gè)MOS輸出的“或”。我們以兩個(gè)NMOS管并聯(lián)說明這種情況。圖3顯示了兩個(gè)NMOS并聯(lián)的情形。我們可以得到：

3.結(jié)果和討論

（1）我們先用上述的方法來理解靜態(tài)CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路。

首先看CMOS反相器，圖4顯示了CMOS反相器的示意圖。從圖4中我們可以看出對于輸出VOUT，PMOS管和NMOS管是并聯(lián)的關(guān)系。利用上述的方法，我們可以得到PMOS管和NMOS管的漏極分別為和，所以。可以看出我們的方法對于理解簡單的CMOS反相器邏輯是適合的。

我們再來理解一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的兩輸入的異或門靜態(tài)CMOS邏輯電路。圖5顯示了靜態(tài)CMOS異或門邏輯電路示意圖。運(yùn)用我們的方法，我們可以得出：對于P網(wǎng)，有、、、。對于N網(wǎng)，有、、、、。所以，。可以看出我們的方法能夠簡單的理解較為復(fù)雜的兩輸入靜態(tài)CMOS異或門邏輯電路。我們有理由相信對于理解更為復(fù)雜的靜態(tài)CMOS邏輯電路，我們的方法同樣適用。

理解完了靜態(tài)CMOS邏輯電路，我們在來看看傳輸門邏輯電路。圖6顯示了一個(gè)基于CMOS傳輸門構(gòu)成的同或門邏輯電路。運(yùn)用我們的方法，我們可以得出：、、、、、、。因?yàn)榍懊嫖覀円呀?jīng)理解了CMOS反相器，所以圖6中我們直接用反相器邏輯功能。可以看出我們的方法可以很簡單的理解傳輸門邏輯電路。從圖6我們也可以看出，對與CMOS傳輸門，其邏輯功能跟隨NMOS傳輸門。

我們再來理解一個(gè)全加器中靜態(tài)的曼徹斯特進(jìn)位電路。圖6顯示了全加器中靜態(tài)的曼徹斯特進(jìn)位電路示意圖。運(yùn)用我們的方法，可以得到：

、、、、。可以看出，按照我們的方法，正確的理解了全加器中靜態(tài)的曼徹斯特進(jìn)位電路的邏輯表達(dá)式。

（2）運(yùn)用我們的方法來設(shè)計(jì)靜態(tài)CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路。

我們首先來設(shè)計(jì)一個(gè)靜態(tài)CMOS邏輯電路。設(shè)計(jì)靜態(tài)CMOS邏輯電路就是理解靜態(tài)CMOS邏輯電路逆過程。我們以邏輯表達(dá)式為例來設(shè)計(jì)靜態(tài)CMOS邏輯電路。參考上面講述的運(yùn)用我們的方法理解靜態(tài)CMOS邏輯電路的過程可知，首先要將邏輯表達(dá)式寫成如下形式：

這一項(xiàng)是對應(yīng)靜態(tài)CMOS電路的P網(wǎng)，而這一項(xiàng)是對應(yīng)靜態(tài)CMOS電路的N網(wǎng)。觀察這兩項(xiàng)，反向運(yùn)用我們的方法，可知在P網(wǎng)中下面是柵極輸入由C控制的PMOS管，再下面是并聯(lián)的兩個(gè)柵極信號分別由A和B控制的PMOS管。而在N網(wǎng)中，對應(yīng)的是串聯(lián)的兩個(gè)柵極信號分別由A和B控制的NMOS管，這兩個(gè)串聯(lián)的NMOS管再與柵極信號由C控制的NMOS管并聯(lián)。由上述分析可知邏輯電路圖如圖7所示。

其次運(yùn)用我們的方法設(shè)計(jì)一個(gè)靜態(tài)傳輸門電路。以異或門為例，其邏輯表達(dá)式為。運(yùn)用我們的方法，得知一個(gè)兩輸入的“與”相使用一個(gè)MOS管，而“或”代表兩個(gè)MOS管并聯(lián)。如果使用兩個(gè)NMOS管并聯(lián)，電路圖如圖8所示。由圖8可知，使用NMOS管的話還要兩個(gè)反相器才能完全實(shí)現(xiàn)“異或”功能。如果使用兩個(gè)PMOS管并聯(lián)，電路圖將更為簡單，可以省略兩個(gè)反相器，電路圖如圖9所示。

在學(xué)習(xí)靜態(tài)傳輸門邏輯電路時(shí)，我們知道靜態(tài)傳輸門邏輯相比與靜態(tài)CMOS邏輯電路而言有一個(gè)優(yōu)勢就是：輸入不同，邏輯功能也不同。實(shí)際上在這個(gè)優(yōu)勢背后有個(gè)不變的本質(zhì)，這個(gè)本質(zhì)就是本教學(xué)論文提出的理解和設(shè)計(jì)靜態(tài)傳輸門和靜態(tài)CMOS邏輯電路的方法。

4.結(jié)論

本教學(xué)論文提出一種能簡易地理解和設(shè)計(jì)靜態(tài)傳輸門和靜態(tài)CMOS邏輯電路的方法。這種方法基于對NMOS管“高通低阻”和PMOS管“低通高阻”的電學(xué)特性的充分理解。我們的方法統(tǒng)一的靜態(tài)CMOS邏輯電路和靜態(tài)傳輸門邏輯電路，便于學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]張延慶，張開華，朱兆宗.半導(dǎo)體集成電路[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社（第2版），1986.

[2]朱正涌，張海洋，朱元紅.半導(dǎo)體集成電路[M].北京：清華大學(xué)出版社（第2版），2009.

篇9

[關(guān)鍵詞]單片機(jī)及集成電路，電表設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）41-0381-02

為了讓用戶在使用電表方面更加方便，為此設(shè)計(jì)了一款方便迅捷的電度表。一般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電表需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算出費(fèi)用后，再到各家索取，誤差大、統(tǒng)計(jì)工作量大，人為的錯(cuò)誤給電力部門和用戶帶來極大不便，也造成了用戶和電力部門的糾紛。因此我設(shè)計(jì)了利用單片機(jī)作為控制器的IC卡預(yù)付費(fèi)式電度表，而且微控制器和大規(guī)模集成電路在電能計(jì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也使的這一設(shè)計(jì)更加合理化。同時(shí)本設(shè)計(jì)作為一種智能化的家居電氣，也給人們生活帶來了諸多的便利，這無疑促使它在現(xiàn)在的生活節(jié)奏中更具有優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 有功電能測量的基本原理

電度表由分壓器取得電壓信號，電流互感器取得電流采樣信號，經(jīng)乘法器得到電壓電流乘積信號，再經(jīng)頻率變換產(chǎn)生一個(gè)頻率與電壓電流乘積正比的電能計(jì)量脈沖，就容易計(jì)量處電能。

電度表采用了專用集成電路SM9903.SM9903芯片包含四象模擬乘法器、積分器、電壓/頻率轉(zhuǎn)換器VFC、計(jì)數(shù)器（分頻器）及控制邏輯。

在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，設(shè)正弦電壓和電流分別為：

式中，u為交流電壓瞬時(shí)值，i為交流電流瞬時(shí)值，U為交流電壓有效值，I為交流電流有效值，為交流電的角頻率，=u-i為電壓電流的相位差。

經(jīng)四象限模擬乘法器相乘后的瞬時(shí)功率為：

（3）

可見，瞬時(shí)功率有恒定分量UI和正弦分量兩面三量兩面三刀部分，正弦分量的頻率是電壓（或電流）頻率的兩倍

瞬時(shí)功率p經(jīng)積分器后，得有功功率P，即

P= （4）

以上分析表明，有功功率P為恒定分量，將正比于P的電壓經(jīng)V/F變換后，輸出的是頻率隨P變化的脈沖，只需將脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)值N即為電能。

1.2 預(yù)付費(fèi)電度表工作電路基本原理

預(yù)付費(fèi)電度表的硬件電路可分為、控制電路、顯示電路、IC卡接口、電能存儲(chǔ)器、掉電檢測和電源幾大模塊。

1）電能計(jì)量電路

電能計(jì)量電路采用電子電度表專用集成電路SM9903.

用SM9903構(gòu)成的電路計(jì)量如圖1：

在上圖中，采用340μΩ的錳通篇為電流采樣電阻，用精密金屬作為電壓采樣電阻。C4、R17、VD1、VD2、C8、C9、VZ1、VZ2為電容降壓示電源，為SM9903提供±5V的工作電壓。32768HZ為表用晶體振蕩器，為SM9903提供時(shí)鐘。C6、C7為積分容。R8為參考電壓整電位器。

2）IC卡接口電路

IC卡接口電路采用存儲(chǔ)IC卡AT24C01，用于存儲(chǔ)由售電管理系統(tǒng)寫入的密碼、卡號、電度數(shù)等，是電管部門與用戶連接的橋梁。為了提高IC卡操作的可靠性，必須有卡上下電控電路、卡插入檢測電路、卡短路檢測電路等輔助電路，結(jié)合軟件可以大大提高其讀寫的準(zhǔn)確性和可靠性。

3）顯示電路

本系統(tǒng)采用液晶顯示器，其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富（可顯示漢字），功耗低，可靠性高，電路簡單。器件型號是：SMG12232B-2，顯示容量為122*32點(diǎn)陣。采用總線方式連接。

4）電能存儲(chǔ)器

電能存儲(chǔ)器是由串行EEPROM和上拉電阻組成，電路如下圖，在串行時(shí)針和數(shù)據(jù)接上拉電阻R25和R27，分別連接到IC4的P3.0和P3.1端，串行EEPROM選用AT24C04，AT24C04為低電壓（2.5―5.5V），長壽命（可擦寫十萬次以上）器件。在`掉電時(shí)存儲(chǔ)剩余電度數(shù)。

5）掉電檢測電路

掉電檢測電路由比較器（運(yùn)放LM393）、電壓基準(zhǔn)LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二極管VD7組成，電路如圖

R31為VZ3提供合適的工作電流，VZ3上端作為電壓基準(zhǔn)，R32、R33對電壓分壓，與Vz做比較。電源電壓正常時(shí)，V-V+時(shí)，比較器輸出低電平，使微處理器產(chǎn)生外中斷，做掉電處理（將剩余電能存入EEPROM中）。VD7、R36為施密特電路，是為了避免電壓在閥值左右波動(dòng)引起反復(fù)的寫操作。

6）磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)

磁保持繼電器能使電磁線圈中保持上次驅(qū)動(dòng)脈沖所注入的磁場不便，即在正常工作時(shí)不需要加驅(qū)動(dòng)電流，只在需要改變觸點(diǎn)狀態(tài)時(shí)加上200ms的反向脈沖即可。隨后不需要任何驅(qū)動(dòng)。這就大大節(jié)省了能量，降低了消耗。

磁保持繼電器由AT89C52的P1.0、P1.1發(fā)出控制信號，P1.1為高電平時(shí)線圈中有正向電流，P1.0為高電平時(shí)線圈中有反向電流。驅(qū)動(dòng)電路由R21、R45、R47、R48、R49、R50、PNP三極管VT1、VT4，三極管VT5、VT6、VT7、VT8組成。L為電磁線圈。

當(dāng)P1.1=1、P1.0=0時(shí)三極管VT4、VT7、VT8導(dǎo)通，而VT1、VT5、VT6截止。流經(jīng)L的電流方向?yàn)?12VVT4的E極VT4的C極線圈的B端線圈的A端VT7的C極VT7的E極地，繼電器觸點(diǎn)接通；

當(dāng)P1.1=0、P1.0=1時(shí)三極管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6導(dǎo)通。流經(jīng)L的電流方向?yàn)?12VVT1的E極VT1的C極線圈的A端線圈的B端VT6的C極VT6的E極地，繼電器觸點(diǎn)斷開。

當(dāng)P1.1=P1.0=0時(shí)，所有三極管均截止，線圈無電流。當(dāng)P1.1=P1.0=1是不允許的情況，因?yàn)檫@時(shí)所有的三極管均導(dǎo)通，功耗很大。

系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)主要包括：主程序設(shè)計(jì)、IC卡檢測及讀寫程序、掉電保護(hù)程序設(shè)計(jì)等.

2 總結(jié)

通過這次的課程設(shè)計(jì)，認(rèn)知到了自己對單片機(jī)應(yīng)用很多方面的不足.在實(shí)際的運(yùn)用中，很多知識對自己來說都是陌生的.不過通過這次的設(shè)計(jì)，讓我的知識也增加了不少，對論文的書寫有了更好的認(rèn)知.更重要的是對單片機(jī)有了更加深刻的理解.在查找的大量書籍和資料中獲取了很多的知識.

本設(shè)計(jì)有著許多的優(yōu)點(diǎn)，比如說計(jì)量準(zhǔn)確，精度高，IC卡保密性好，可以知道你剩余的電量，已用電量，而且在不足時(shí)候會(huì)提醒用戶及時(shí)充值，而且具有相當(dāng)好的保護(hù)措施.

當(dāng)然本設(shè)計(jì)也有著一些不足之處，例如抗干擾性不強(qiáng)，而很多的硬件損壞，以及系統(tǒng)失效都是由于各種干擾引起的，很多干擾來自電源，而電源由于電壓的穩(wěn)定性有著必然的聯(lián)系.而在軟件方面，當(dāng)微處理器收到干擾時(shí)，程序指針PC會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)镸C-51的系統(tǒng)指令二字節(jié)、三字節(jié)指令較多，運(yùn)行到程序區(qū)時(shí)，將操作數(shù)當(dāng)成操作碼執(zhí)行，會(huì)造成混亂；跳到非程序區(qū)時(shí)，很有可能陷入某種循環(huán)不能出來，這也是本設(shè)計(jì)的不足之處.

總的來說本設(shè)計(jì)還是相當(dāng)實(shí)用的，我也在其中獲得了很多的指導(dǎo)，我相信這次的設(shè)計(jì)會(huì)對我今后的工作有幫助的，我也相信我的畢業(yè)論文會(huì)做的更好.

參考文獻(xiàn)

[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基本教程.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

篇10

關(guān)鍵詞：Pierce 晶體振蕩器；自動(dòng)增益控制；低功耗

1 引言

最近幾年，隨著無線通訊系統(tǒng)的迅猛發(fā)展以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興盛，射頻集成電路的研究得到了廣泛重視。低成本，低功耗的無線收發(fā)終端的設(shè)計(jì)已成為一個(gè)重要的研究課題。頻率綜合器是無線收發(fā)器的一個(gè)重要模塊，而壓控振蕩器（VCXO）又是頻率綜合器中最核心的組成部分。目前，包括無源電感和無源電容在內(nèi)的無源器件已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)片上解決，采用CMOS工藝，將整個(gè)射頻前端集成在芯片內(nèi)，已經(jīng)成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)。本文基于負(fù)阻分析模型，設(shè)計(jì)了一種4MHz 石英晶體振蕩器，具有較好的相位噪聲性能和較低的功耗，除石英晶體外，電路全部集成在射頻芯片內(nèi)作為鎖相環(huán)路的高精度頻率參考源。

2 Pierce 石英晶體振蕩器的基本結(jié)構(gòu)

由于Pierce 結(jié)構(gòu)的在晶體振蕩器穩(wěn)定性和容易起振方面優(yōu)于Colpitts 振蕩器，故選用Pierce 電路結(jié)構(gòu)，如圖1（a）所示，C1、C2 與外接晶體諧振器接于芯片外部晶體振蕩器XTAL 的兩端，構(gòu)成諧振回路，NMOS 管M0 是放大管。圖1（b）是相應(yīng)的小信號等效電路圖，其中電感Ls、串聯(lián)電容Cs、并聯(lián)電容Cp、電阻Rs 構(gòu)成晶體諧振器XTAL 的等效電路。晶體的串聯(lián)諧振頻率f2S=1/（2π*LSCS）和并聯(lián)諧振頻率fP2=1/（2π*LS）（1/CP+1/CP），為了使振蕩器有良好的穩(wěn)定性和預(yù)測性，應(yīng)該使振蕩頻率接近串聯(lián)諧振頻率[1]。晶體振蕩器必須滿足兩個(gè)條件才能振蕩，振蕩器的環(huán)路增益必須大于1。振蕩器的相移必須等于0，相移由反向放大器和晶體的相移組成。通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測試我們得到該石英晶體模型的各個(gè)參數(shù)為：Cm=20fF，Lm=79.157mH，Rm=50Ω，C0=7pF。后面我們電路設(shè)計(jì)的性能優(yōu)化全部基于這個(gè)石英晶體模型。

3 帶自動(dòng)增益控制的Pierce 振蕩器

由于低功耗和頻率穩(wěn)定性的考慮，石英晶體振蕩器一般包括晶體振蕩器電路，反向放大器，偏置電路和峰值檢測器，采用了自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)，晶體當(dāng)前的增益由閉環(huán)回路自動(dòng)控制，峰值檢測電路比較參考信號和振蕩信號大小，產(chǎn)生一個(gè)反饋信號控制偏置電路，進(jìn)而控制反向放大器的增益，單純使用偏置電壓穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是不夠的，因?yàn)榉糯蠊苓€會(huì)受到電源電壓下降等帶來的影響，還要同時(shí)考慮提供偏置電流。如果采用固定電流源給放大管提供電流，由于跨導(dǎo)必須大于起振條件，會(huì)造成功耗的浪費(fèi)，因此引入自動(dòng)增益控制電路，引入AGC 結(jié)構(gòu)，起振之后，隨著振幅的增加，通過反饋來調(diào)節(jié)放大管的電流，使電流不但可以獨(dú)立于電源電壓的變化，而且可以隨著振幅的變化而反向變化，平衡后MOS 管工作在亞閾區(qū)，形成更為合理的靜態(tài)工作點(diǎn)的控制方式。圖2 中M0 是放大管，M1，M3，M5 構(gòu)成電流偏置電路，電阻Rf跨接在M0 的柵漏之間，作為M0 的自偏置，取值200kΩ。剛起振的時(shí)候通過M1 鏡像的電流很大，M0 柵上的直流電壓較大，使得M0的漏電流很大，通過M4 與M2 的鏡像作用，使得流經(jīng)放大管M3 的漏電流較大，M3 管的增益很大。當(dāng)振蕩器開始工作時(shí)，振幅逐漸變大，通過R2，C2，C4 的濾波作用，也就是使得M2 柵壓下降，電流減小，通過M5 管與M1 管的鏡像作用，使得流經(jīng)放大管M0 的漏電流減小，最后達(dá)到平衡狀態(tài)。這樣構(gòu)成負(fù)反饋，通過AGC 限制晶體振蕩器輸出波形的振幅，從而自動(dòng)調(diào)整電路的工作點(diǎn)，提高了穩(wěn)定性，減小了功耗。R4，M6 構(gòu)成啟動(dòng)電路，M2，M3，M4，M5，R3 構(gòu)成簡單的與電源無關(guān)的電流產(chǎn)生電路。采用自動(dòng)增益控制的一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免由于石英晶體的過驅(qū)動(dòng)引入的諧波失真，當(dāng)石英晶體的兩端電壓過大時(shí)，會(huì)加大諧波分量，引入自動(dòng)增益控制電路，可以啟動(dòng)時(shí)加大電流，在穩(wěn)定振蕩后，減小電流，一方面保證正常啟動(dòng)，同時(shí)可以減小振動(dòng)幅度，提高頻譜純度，延遲石英晶體的老化。

圖2 本文設(shè)計(jì)的晶體振蕩器電路圖

4晶體振蕩器芯片系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)及原理

文中所設(shè)計(jì)的晶體振蕩器芯片系統(tǒng)框圖如圖3所示，其基本工作原理為：OSC振蕩電路以噪聲作為起振的原始激勵(lì)信號，輸出穩(wěn)定的正弦信號；OSC_BUFFER振蕩輸出緩沖電路對前一級輸出的正弦信號進(jìn)行放大整形，得到占空比為50%的方波信號；分頻電路對輸出的方波信號進(jìn)行頻率調(diào)整，以得到適合不同頻率信號源；頻率調(diào)整后的方波信號通過高性能的輸出緩沖電路，提高芯片的帶負(fù)載能力，為各種電子系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的頻率基準(zhǔn)源。

圖3 晶體振蕩器芯片系統(tǒng)框圖

5 測試結(jié)果

晶體振蕩器電路采用了0.18um CMOS 工藝流片，經(jīng)過測試，采用示波器觀察晶振兩端輸出波形。電路穩(wěn)定振蕩在4.0051MHz 上，波形全擺幅為866mV，具有較大的振幅和較好的抗干擾能力。

6 結(jié)論

本文成功地設(shè)計(jì)了一款低功耗、輸出高穩(wěn)定性的晶體振蕩器芯片，測試結(jié)果顯示，頻率精度較高，振蕩穩(wěn)定性好，而且版圖面積較小，滿足射頻接收芯片系統(tǒng)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 曾健平，王閬，何先良，葉英，謝海情. 石英晶體振蕩器的集成化設(shè)計(jì)[J]. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī). 2009（02）