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篇1

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0159?03

Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes

JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3

（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；

3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.

Keywords： Si?PIN photondiode； bias circuit； electronic filter； scintillator detector

硅PIN光電二極管（以下簡稱SPD）作為一種成熟的半導(dǎo)體光電器件，因其特有的優(yōu)勢在自控、通信、環(huán)保、醫(yī)療及高能物理研究等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但其使用極易受所加偏置電壓的影響。因此，在實際應(yīng)用中對SPD上所加的偏置電壓的要求非?？量蹋仨毦邆浜艿偷募y波系數(shù)和良好的穩(wěn)定性，這也就造成常用的SPD偏置電路成本較高。針對這一情況，本文將介紹一款基于TPS61040電壓轉(zhuǎn)換芯片的偏壓電路設(shè)計，并將其應(yīng)用于NaI（Tl）+SPD輻射探測器的信號檢測。

1 硅PIN光電二極管與偏置電壓關(guān)系

1.1 SPD及其偏置電壓簡介

與普通光電二極管相比，SPD是由中間隔著本征層的PN結(jié)構(gòu)成。當(dāng)在PN兩端外加反向偏壓時，內(nèi)建電場幾乎集中于I層，使得耗盡層厚度加大，增大了對光子的吸收和轉(zhuǎn)換有效區(qū)域，提高了量子效率；同時，PN節(jié)雙電層間距加寬，降低了器件本身的結(jié)電容，如圖1所示。使得器件的響應(yīng)速度提高，有利于在微弱光脈沖信號檢測領(lǐng)域的運用；此外，結(jié)電容的降低減小了信號電荷在其上的分配，有利于為前置放大電路輸入更多的原始信號電荷。

圖1 偏置電壓與結(jié)電容關(guān)系

1.2 偏置電壓電平選擇

但偏置電壓不是越高越好，原因是SPD的暗電流隨偏壓的增加而增加，如圖2所示。當(dāng)偏壓超過一定值時，暗電流隨偏壓呈線性增長趨勢，使得整個系統(tǒng)的信噪比迅速降低。在進(jìn)行微弱光信號檢測時，若所加偏壓自身噪聲較大，將直接影響到有用信號的提取，甚至可能將有用信號完全湮沒。綜合SPD的特性曲線和實驗結(jié)果，一般將偏置電壓設(shè)定在24 V。

圖2 偏置電壓與暗電流關(guān)系

2 偏置電路設(shè)計

2.1 升壓芯片確定

通常，便攜式儀器配用的電源電壓為較低，無法滿足SPD偏置電壓電平24 V的要求，須進(jìn)行升壓處理。目前，主要選用APD（雪崩光電二極管）專用升壓芯片（如：MAX5026，MAX1932等）構(gòu)成SPD的偏置電路，但成本相對較高，且這類芯片升壓幅度遠(yuǎn)超過SPD的需要，造成了一定的浪費。因此，設(shè)計一款低成本的SPD專用偏置電路是非常有必要的。

本文選用的TPS61040升壓芯片是一款由德州儀器公司生產(chǎn)的電感式DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其主要特點是價格低、功耗低、轉(zhuǎn)換效率高。該芯片采用脈沖頻率調(diào)制（FPM）模式，開關(guān)頻率高達(dá)1 MHz；輸入電壓范圍為1.8～6 V，可選用的供電電源較為豐富，適用性強(qiáng)；最高輸出電壓可達(dá)28 V，可滿足絕大部分SPD的偏壓電平要求。

2.2 TPS61040工作原理

TPS61040的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖3所示，其脈沖頻率調(diào)制模式（PFM）工作原理如下：轉(zhuǎn)換器通過FB腳檢測輸出電壓，當(dāng)反饋電壓降到參考電壓1.233 V以下時，啟動內(nèi)部開關(guān)，使電感電流增大，并開始儲能；當(dāng)流過外部電感的電流達(dá)到內(nèi)部設(shè)定的電流峰值400 mA或者開關(guān)啟動時間超過6 μs時，內(nèi)部開關(guān)自動關(guān)閉，電感所儲能量開始釋放；反饋電壓低于1.233 V或內(nèi)部開關(guān)關(guān)閉時間超過400 ns，開關(guān)再次啟動，電流增大。通過PFM峰值電流控制的調(diào)配，轉(zhuǎn)換器工作在不間斷導(dǎo)通模式，開關(guān)頻率取決于輸出電流大小。這種方式使得轉(zhuǎn)換器具有85%的轉(zhuǎn)換效率。芯片內(nèi)部集成的MOSFET開關(guān)，可使輸出端SW與輸入端隔離。在關(guān)斷過程中輸入電壓與輸出電壓間無聯(lián)接，可將關(guān)斷電流減小到0.1 μA量級，從而大大降低了功率。

圖3 TPS61040的功能模塊

2.3 升壓電路設(shè)計

本文設(shè)計（圖4所示）采用5 V電池作為電源，輸出電壓+24.5 V。根據(jù)TPS61040的數(shù)據(jù)手冊可知反饋電平?jīng)Q定了輸出電壓的值，反饋電平又與分壓電阻直接相關(guān)，輸出電壓[Vout]可按如下公式計算：

[Vout=1.233*（1+RTRB）]

式中：[RT]和[RB]分別為上下分壓電阻，在電池供電的情況下，二者的最大阻值分別為2.2 MΩ與200 kΩ。在選擇反饋電阻時，應(yīng)綜合考慮阻值與反饋電平的關(guān)系，較小的阻值有利于減小反饋電平的噪聲，本文中[RT]和[RB]分別選用阻值1 MΩ與51 kΩ的電阻，根據(jù)上式可得輸出的電壓電平為24.5 V。為減小輸出電壓的紋波，可在[RT]上并聯(lián)一補償電容。三極管[Q1]用于隔離負(fù)載與輸入電源。

圖4 升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

2.4 濾波電路設(shè)計

根據(jù)PFM模式的工作原理可知，流過儲能電感的電流呈現(xiàn)周期性的變化，從而將其內(nèi)貯存的磁能轉(zhuǎn)化為電能輸出，造成了偏置電路的輸出電平也呈周期性變化，波形近似為三角波，如圖5所示。這使得升壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓不能直接用于的SPD偏置。

要得到理想的偏置電壓，必須對其進(jìn)行處理。本文采用電子濾波器來完成偏壓的濾波，電路原理如圖6所示。根據(jù)電子濾波器有放大電容的作用，可以用容量和體積均較小的電容來實現(xiàn)超大電容的功能，基本設(shè)計如圖6所示。通過濾波處理后，成功將偏置電壓的紋波控制在2 mV以內(nèi)（見圖7），且整個偏壓電路體積較小，而且成本較低。

圖5 升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓波形

圖6 偏壓濾波原理圖

圖7 濾波后的偏壓

3 應(yīng)用實例

本文選用的SPD為濱淞公司S3590?08型大面積硅PIN光電二極管，可用于閃爍探測器中光電轉(zhuǎn)換功能，選用的閃爍體為一塊體積Φ30 mm×25 mm的圓柱形NaI（Tl）晶體，通過一塊聚光光錐將NaI（Tl）晶體發(fā)出微弱光線匯集到S3590?08的受光面進(jìn)行探測，并采用本文設(shè)計的升壓電路為S3590?08提供偏壓；選用的放射源核素為Cs?137。SPD輸出信號經(jīng)過前置放大器（原理如圖8所示）處理后，輸出信號的波形如圖9所示，可見本文設(shè)計的偏置電路基本達(dá)到輻射信號檢測的需要。

圖8 前放原理圖

圖9 加有偏壓核脈沖信號波形

4 結(jié) 論

本實驗表明，基于TPS61040升壓轉(zhuǎn)換器的升壓電路是可以用作對偏壓要求較高的SPD的偏置電源，與采用APD專用偏壓芯片構(gòu)成的同類電路相比，成本更低，且電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗較低、體積較小，具有一定的實際運用價值。

參考文獻(xiàn)

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[3] 侯振義.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

篇2

1概述

顯示驅(qū)動芯片是一款規(guī)模大、電源系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)?；旌系腟oC芯片。在驅(qū)動芯片中，數(shù)字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時序均由其控制。而邏輯電路在上電過程中很容易出現(xiàn)錯誤狀態(tài)，需要在電源電壓達(dá)到電路的正常工作電平后，利用復(fù)位電路對邏輯電路進(jìn)行初始化，以保證數(shù)字邏輯的正確性。

驅(qū)動芯片的外接電源有兩個，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內(nèi)通過LDO或電荷泵產(chǎn)生。在芯片的啟動過程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續(xù)上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數(shù)字電源DVDD的LDO就需要啟動，并在上電完成后給數(shù)字電路提供一個復(fù)位信號，對觸發(fā)器、寄存器及鎖存器等單元電路進(jìn)行復(fù)位，保證電路在上電過程中能正常啟動。其他電源及電路模塊則在數(shù)字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時序分別啟動。因此，上電控制電路對顯示驅(qū)動芯片正常上電啟動起著重要的作用。

2芯片上電控制電路

2.1上電檢測電路

只有當(dāng)驅(qū)動芯片的兩個外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動。在芯片設(shè)計中，采用了電源上電檢測電路，對VDDA和VDDI進(jìn)行檢測，當(dāng)上電檢測完成后，才啟動后續(xù)電路。上電檢測電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為三個部分，分別是VDDI檢測電路，VDDA檢測電路以及VDDA延遲檢測電路，其中VDDA延遲檢測電路采用的就是常見的RC結(jié)構(gòu)。在VDDA上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平信號VDDA_ON，經(jīng)過一段時間延遲，輸出信號VDDA OELAY翻轉(zhuǎn)為高電平；VDDI上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平VDDI_ON，作為后續(xù)電路的使能信號。

由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測波形如圖2所示。由上電檢測波形可以看出電源上電結(jié)束后，上電檢測信號會發(fā)生相應(yīng)的變化。從上電檢測波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時，VDDA與VDDI兩電源完成上電。

2.2系統(tǒng)上電控制電路

外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進(jìn)行內(nèi)部數(shù)字電路上電及芯片復(fù)位操作，具體可通過圖3電路實現(xiàn)。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測電路的輸出信號，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經(jīng)t1時間延時后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結(jié)束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉(zhuǎn)換電路的使能信號，電平轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。在VDDI未上電時，VDDI_ON為高電平，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出為低電平，不受輸入信號影響。在VDDI上電之后，電平轉(zhuǎn)換電路才能正常進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號，高電平有效。當(dāng)該信號為高時，DVDD LDO⒖始工作，產(chǎn)生數(shù)字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測電路對DVDD電壓進(jìn)行檢測，在DVDD上好電后經(jīng)t2時間延時，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號為主機(jī)配置的復(fù)位信號，通過10接口到該電路，經(jīng)過兩個電平轉(zhuǎn)換電路從VDDI電壓域分別轉(zhuǎn)換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號用于控制帶隙基準(zhǔn)（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號相與之后作為觸發(fā)器的清零信號。DVDD電壓域的RESX信號則與DVDD_DE-LAY信號相與之后作為硬復(fù)位信號hw給數(shù)字電路，在數(shù)字電路中與軟復(fù)位信號sw相與之后作為整個系統(tǒng)的復(fù)位信號。觸發(fā)器的D端和觸發(fā)端信號由數(shù)字控制，在芯片接收到深睡眠指令時，觸發(fā)端產(chǎn)生一個上升沿，將Q端信號變?yōu)楦唠娖健?/p>

下面從以下六種情況考慮芯片復(fù)位。

（a） VDDA與VDDI上電啟動

VDDI上電后，檢測信號VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經(jīng)過時間t1延時后，檢測信號VDDA_DELAY輸出高電平。在時間t1內(nèi)，DVDD使能信號直接有效，DVDD開始建立并穩(wěn)定，數(shù)字電路上電；同時VDDA DELAY的低電平對D觸發(fā)器清零。

在以上過程進(jìn)行的同時，主機(jī)配置復(fù)位信號RESX為低脈沖，數(shù)字電路開始復(fù)位。RESX變高的時刻，帶隙基準(zhǔn)開始正常工作。但是數(shù)字電路的復(fù)位信號由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當(dāng)數(shù)字電路上電t2時間后，DVDD_DELAY才會翻轉(zhuǎn)為高電平，此時RESX和DVDD_DELAY同時為高，數(shù)字電路復(fù)位完成。

在數(shù)字電路復(fù)位期間，D觸發(fā)器的觸發(fā)信號一直維持低電平，且復(fù)位結(jié)束，觸發(fā)信號輸出默認(rèn)值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數(shù)字電路持續(xù)供電。

（b）RESX硬復(fù)位

若RESX為低電平，即硬復(fù)位信號有效，則數(shù)字電路復(fù)位，帶隙基準(zhǔn)電路重啟。注意的是，RESX硬復(fù)位并沒有使數(shù)字電路掉電。

（c）軟復(fù)位

當(dāng)數(shù)字電路接收到軟復(fù)位命令時，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號直接對數(shù)字電路復(fù)位。

（d）VDDI掉電，再啟動

若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時檢測信號VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致DVDD LDO關(guān)閉，即數(shù)字電路掉電。一旦數(shù)字電路掉電，芯片不能自啟動，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動，即數(shù)字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會重啟帶隙基準(zhǔn)，并完成數(shù)字電路復(fù)位。

（e）VDDA掉電，再啟動

若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時檢測信號VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉(zhuǎn)為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數(shù)字電路無電。值得注意的是：處于此種狀態(tài)的芯片不能自啟動。只有VDDA重新上電，才能讓數(shù)字電路上電；接著通過配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準(zhǔn)重啟、數(shù)字電路復(fù)位。

（f）芯片深睡眠及喚醒

當(dāng)芯片接收到深睡眠模式的指令時，一方面反映在圖3中D觸發(fā)器輸人為高電平，觸發(fā)信號由低到高電平翻轉(zhuǎn)，將D端的高電平輸出至Q端，導(dǎo)致DVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，數(shù)字電路掉電，同時，觸發(fā)器的輸出信號還控制SRAM的電源開關(guān)，當(dāng)其變?yōu)楦唠娖綍r，SRAM的電源將斷開，節(jié)省系統(tǒng)功耗；另一方面，芯片內(nèi)部DC-DC電路、振蕩器、驅(qū)動電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進(jìn)入深睡眠模式。

這種模式下，芯片同樣不能自啟動。主機(jī)必須通過配置RESX，才能使數(shù)字電路重新上電與復(fù)位、帶隙基準(zhǔn)重啟。深睡眠狀態(tài)失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。

3電路仿真

該電路采用umcl62ehv工藝設(shè)計，并利用Cadence Spectre對其進(jìn)行仿真。

圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經(jīng)過約130us延時后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經(jīng)大約240us延時后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變?yōu)榈碗娖健Ｔ赩DDI掉電時，VDDI_ON變?yōu)楦唠娖剑瑫rDVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，DVDD開始掉電。

篇3

本次設(shè)計采用選擇PHILIPS半導(dǎo)體公司帶手動復(fù)位功能的產(chǎn)品MAX708。MAX708還可以監(jiān)視第二個電源信號，為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能，利用此功能，系統(tǒng)可在電源跌落時到復(fù)位前執(zhí)行某些安全操作，保存參數(shù)，發(fā)送警報信號或切換后備電池等。

另外，系統(tǒng)還擴(kuò)展了可編程外圍芯片PSD303。由于系統(tǒng)的 I/O口數(shù)量與實際所需數(shù)量還有很大的差距，故系統(tǒng)又?jǐn)U展了兩片8255A，一片用于接鍵盤和顯示電路，一片用于接觸發(fā)信號、緊急停車信號等。

一、鍵盤與顯示電路

在本次設(shè)計中，設(shè)置了一個9按鍵的操作電路，以代替實際現(xiàn)場的操作按鈕。6位的LED顯示電路用于顯示轉(zhuǎn)速、電流、以及調(diào)試時的相關(guān)項的顯示。

另外，為了便于現(xiàn)場工作之便，設(shè)置了5×4的矩陣式鍵盤，用于當(dāng)系統(tǒng)軟件等出現(xiàn)錯誤，而又不便直接對程序進(jìn)行修改時的調(diào)試之用。

二、變頻系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)代變頻技術(shù)中主要有兩種變頻技術(shù)：交-直-交變頻技術(shù)和交-交變頻技術(shù)。交-直-交變頻技術(shù)為交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)提供變頻電源。交-直-交變頻的組成電路有整流電路和逆變電路兩部分，整流電路將工頻交流電整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。根據(jù)變頻電源的性質(zhì)可分為電壓型和電流型變頻。

本次設(shè)計用交-交變頻電路是不通過中間直流環(huán)節(jié)，而把電網(wǎng)固定頻率的交流電直接變換成不同頻率的交流電的變頻電路。這種變頻電路廣泛應(yīng)用于大功率交流電動機(jī)調(diào)速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交-交變頻電路。這種電路的特點：（1）因為是直接變換，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變頻器效率要高；（2）有與其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡(luò)所構(gòu)成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻率低，輸出波形也好；（3）因受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低，為電網(wǎng)頻率的三分之一左右；（4）功率因數(shù)較低，特別是在低速運行時更低，需要適當(dāng)補償。

三相變頻電路就較單相復(fù)雜，其電路接線方式主要有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出型聯(lián)結(jié)方式。具體說來，其主電路型式有：3脈波零式電路、6脈波分離負(fù)載橋式電路、6脈波非分離負(fù)載橋式電路、12脈波橋式電路、3脈波帶中點三角形負(fù)載電路、3脈波環(huán)形電路。

本次設(shè)計選用較為簡單的一種—3脈波零式電路。

三、同步電路設(shè)計

同步電路的功能是，在對應(yīng)的晶閘管承受正向陽極電壓的初始點（即控制角α的起算點）發(fā)出一個CPU能識別是哪一相同步信號的中斷脈沖Utpi和要求的α角進(jìn)行延時控制，輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。三相同步電壓信號經(jīng)同步變壓器、濾波、穩(wěn)壓、放大和光電隔離后分別接至單片機(jī)的P2.5、P2.6和P2.7管腳。另外，由于此處直流電源和觸發(fā)電路中所用的電源不能共用，且光電耦合器輸入輸出端的地端亦不能共用，為了以示區(qū)別，它們的符號均有不同。

Ua、Ub、Uc 與可控硅組件的三相交流電壓同相位。Ua、Ub、Uc經(jīng)R3，C3濾波電路波形變換光耦隔離整形電路后輸出三相方波電壓，記為 KA、KB、KC，三相方波分別送給 80C196單片機(jī)的P2口的 P2.5、P2.6、P2.7端。CPU根據(jù)KA、KB、KC的值判斷三相交流電源的相位。

四、觸發(fā)電路

在設(shè)計中，三相電路中每相均有正反兩組晶閘管，每組均采用三相半波式接法，即每組用三個管子，所以一共有18個晶閘管，這樣，觸發(fā)脈沖也應(yīng)有18路。三極管V為輸出級功率放大晶體管；電容C為加速電容，與R構(gòu)成微分電路，可提高脈沖前沿的陡度；為兼顧抗干擾能力和脈沖前沿陡度，一般取C為0.1μF。為保護(hù)脈沖變壓器，在脈沖變壓器兩端并聯(lián)電阻R和二極管D的串聯(lián)電路，一般R阻值取為1K。電阻R為假性電阻負(fù)載。另外，為了隔離輸入輸出信號，加入了光電耦合器，考慮到應(yīng)有足夠的脈沖強(qiáng)度使晶閘管導(dǎo)通，輸出極電壓設(shè)為15V。在出發(fā)電路中，為了得到足夠的脈沖寬度，而且使脈沖前沿盡量陡，后沿下降快，故采用了脈沖變壓器T～T。另外，為了達(dá)到電氣隔離作用，亦加入了光電偶合器。再者，為便于單片機(jī)對觸發(fā)電路的控制，在同步變壓器1~18的輸入端，分別引入了緊急封鎖信號（由HSO.0 引入）和 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器信號，而多諧振蕩器的控制信號則由單片機(jī)的HSO.1 控制。這樣，當(dāng)電機(jī)輸入緊急停車信號時，單片機(jī)通過其 HSO.0 輸出高電平，這樣就使得觸發(fā)電路輸入端口的或非門被封鎖，也即封鎖了變頻裝置的觸發(fā)脈沖，使電機(jī)快速停車。

五、保護(hù)電路設(shè)計

為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，在交流電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，都必須考慮到有發(fā)生故障和不正常工作情況的可能性。在三相交流電力系統(tǒng)中，最常見和最危險的故障是各種形式的短路，其中包括三相短路、兩相短路、一相接地短路以及電機(jī)和變壓器一相繞組上的匝間短路，當(dāng)然也有其它形式的保護(hù)措施。具體保護(hù)形式有：電流型保護(hù)，電壓型保護(hù)等。為簡單起見，這里僅采用電流型保護(hù)中的短路保護(hù)和過電流保護(hù)，并在每個電機(jī)的定子輸入端均接入了正反向交流接觸器。另外，為防止意外情況的發(fā)生，引入了緊急停車信號，當(dāng)按下緊急停車按鍵時單片機(jī)通過中間繼電器關(guān)斷接觸器 KM2-KM8。

六、反饋環(huán)節(jié)設(shè)計

本系統(tǒng)中引入了電流反饋。電流反饋采用三相交流互感器，經(jīng)三相橋式整流電路及濾波電路，最后經(jīng)限流、濾波及限幅電路反饋回單片機(jī)的 P0.1口。 【參考文獻(xiàn)】

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中圖分類號：TM461文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10053824（2013）04006707

0引言

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用非常廣泛，是學(xué)習(xí)電子信息工程、通信工程、機(jī)電一體化、電氣自動化等電類專業(yè)學(xué)生必然涉及到的一個電工電子課程設(shè)計項目。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽曾于第一屆A題、第二屆A題和第七屆F題（電流源），全國首屆高職院校技能競賽樣題以及省級院校競賽都有涉及，用來檢驗學(xué)生的電子設(shè)計能力，可見其普遍性。

雖然較多論文都涉及，但電路設(shè)計的多樣性以及制作經(jīng)驗篇幅鮮少，不足以使讀者完成作品并舉一反三。筆者參閱數(shù)十篇關(guān)于數(shù)控直流電源系統(tǒng)的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)許多很難讀懂的問題。例如，給出參數(shù)設(shè)計輸出達(dá)20 V電壓，但運放直接驅(qū)動達(dá)林頓管明顯無法輸出達(dá)22 V以上。又如，通篇無關(guān)緊要的內(nèi)容，唯獨缺少比較放大環(huán)節(jié)設(shè)計及關(guān)鍵電路的完整連接，也就是說DAC輸出到調(diào)整管之間內(nèi)容匱乏，這也是本文解決問題的初衷。

直流穩(wěn)壓電源按照功率管工作狀態(tài)，分為線性穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源2種。鑒于電類專業(yè)課程設(shè)計的需要，本文重點解析線性穩(wěn)壓電源之關(guān)鍵設(shè)計，如與OP放大器設(shè)計聯(lián)系密切的部分，希望對讀者制作該項目或?qū)懻撐挠兴鶐椭?/p>

1設(shè)計要求的性能指標(biāo)與測試方法

1）輸出電流IL（即額定負(fù)載電流），它的最大值決定調(diào)整管（三端穩(wěn)壓器）的最大允許功耗PCM和最大允許電流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）

2）根據(jù)輸出電壓范圍和最大輸出電流的指標(biāo)，U/I可計算出等效負(fù)載阻值。例如，輸出電壓要求達(dá)30 V，最大輸出電流1 A，因此模擬負(fù)載應(yīng)滿足從幾Ω到30 Ω之間，調(diào)整管耗散功率應(yīng)滿足30 W以上，考慮加散熱片。

1.2質(zhì)量指標(biāo)

紋波電壓：是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，用示波器觀測其峰一峰值，Uo（p-p）一般為毫伏量級，也可以用交流電壓表測量其有效值。紋波系數(shù)是紋波電壓與輸出電壓的百分比。設(shè)計中主要涉及濾波電路RLC充放電時間常數(shù)的計算。一般在全波式橋式整流情況下，根據(jù)下式選擇濾波電容C的容量：RL?C=（3-5）T/2，式中T為輸入交流信號周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。

穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響[2]，因此只需測試其中之一即可。電源輸出電阻ro和電流調(diào)整率Ki均說明負(fù)載電流變化對輸出電壓的影響[2]，因此也只需測試其中之一即可，具體操作參照指標(biāo)的定義來實施。

2.2DAC接口電路的設(shè)計

2.3調(diào)整管控制電路、電壓采樣與電流采樣電路的

2.4ADC接口電路的設(shè)計、同時具備電壓源與電流源功能的設(shè)計

2.6具備電壓預(yù)置記憶存儲部分的設(shè)計

2.7保護(hù)電路的設(shè)計

2.8.2濾波電路的設(shè)計

3結(jié)語

曾經(jīng)查閱數(shù)十篇類似穩(wěn)壓電源電路圖，深感模擬電路設(shè)計的重要性。本文將電壓源與電流源的設(shè)計方案同時羅列，便于讀者理解設(shè)計要領(lǐng)。重點解析DAC輸出后的電路設(shè)計，圖中電壓、電流數(shù)據(jù)全部基于proteus交互式仿真完成。電路設(shè)計的連貫性、采樣電路取值、運放電路與驅(qū)動電路設(shè)計等，是同類論文較少論述的環(huán)節(jié)，可以有效解決目前存在的諸多問題，有助于讀者提高電路解析能力。僅此拋磚引玉，希望本文的設(shè)計能對讀者在實際工作中有所幫助，不當(dāng)之處請多指教。

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篇5

1 概述

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市發(fā)展規(guī)模越來越大，路燈作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在城市的照明和美化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。目前大多數(shù)城市的路燈控制主要依靠人力，經(jīng)濟(jì)成本高，能耗大，與當(dāng)前綠色、環(huán)保的現(xiàn)代社會生活理念不符。一款使用成本低、節(jié)能性好的路燈控制系統(tǒng)，已成為現(xiàn)代城市路燈控制的必需。文章基于單片機(jī)設(shè)計的節(jié)電型路燈控制系統(tǒng)，經(jīng)過測試，能滿足城市路燈管理需求。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計采用AT89C52單片機(jī)作為控制器，通過總線與各個模塊相連。利用按鍵設(shè)定時間，在LCD上顯示實時時間、路燈狀態(tài)。用光敏電阻檢測環(huán)境亮暗程度，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)對時間和環(huán)境光線信號進(jìn)行判斷并處理，并通過繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件來控制路燈。路燈的開關(guān)模式為：0時至次日6時為節(jié)能時間段，路燈在半電壓下工作；19時至0時，路燈在全電壓下工作，其它時間段根據(jù)環(huán)境光線明暗程度來控制路燈的亮暗。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路、時鐘電路和電源電路組成。硬件電路圖如圖2所示。

2.2 實時時鐘模塊

本設(shè)計采用DS1302實時時鐘芯片，利用時鐘模塊電路產(chǎn)生時鐘及定時等功能，實現(xiàn)路燈開關(guān)定時控制。電路如圖3所示。BT1是電壓為3V的紐扣電池，作為DS1302的備用電源。Y2是頻率為32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引腳分別同單片機(jī)的P2.1、P2.2、P2.3的引腳相連。

2.3 環(huán)境光線檢測模塊

本設(shè)計使用光敏電阻和ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合的方式檢測，工作原理是當(dāng)照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也隨之相應(yīng)的發(fā)生變化，其變化是光線變強(qiáng)阻值減小，反之亦是，此時ADC0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強(qiáng)而減小，ADC0832將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給單片機(jī)，使得單片機(jī)能對環(huán)境明暗程度信號分析和處理。

2.4 路燈控制單元

本設(shè)計采用LM317穩(wěn)壓器，輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到濾波的作用。穩(wěn)壓電路圖如圖4所示。

路燈控制電路如圖5所示，Q1為PNP性三極管；RL1、RL2為繼電器；D5為續(xù)流二極管；D1、D2、D3、D4為發(fā)光二極管。當(dāng)L1為低電平，則RL1閉合，燈是全電壓工作；當(dāng)L1為高電平、L2為低電平，則RL2閉合，燈是半電壓工作；當(dāng)L1、L2、L3都為高電平，則燈全部不亮。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)控制需要，系統(tǒng)軟件主要分為五部分，分別是：（1）主程序，以一定的邏輯及方式調(diào)用功能模塊，配置硬件資源。（2）LCD顯示程序，對時間信息和狀態(tài)信息的顯示。（3）ADC0832光線采集程序，對環(huán)境光線信號的采集，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，便于單片機(jī)分析處理。（4）DS1302操作程序，處理時間信息，負(fù)責(zé)路燈開關(guān)定時控制。（5）定時中斷程序。

軟件流程圖如圖6所示。

4結(jié)束語

文章基于AT89C52單片機(jī)設(shè)計了一種路燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了路燈按時間和光線雙重控制，經(jīng)實驗檢測，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能可靠、便于擴(kuò)展，自動化、智能化程度高，有助于大幅度節(jié)省電力資源，降低管理成本，契合當(dāng)前城市發(fā)展需求，具有較高的應(yīng)用價值和良好的商業(yè)前景。

參考文獻(xiàn)

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篇6

1.2OLED驅(qū)動電路研究的意義

我們正在經(jīng)歷一個顯示器世代交替的時期,平面顯示器以一定速度逐漸取代,未來進(jìn)入電視、電腦一體化的數(shù)字時代后更會使顯示技術(shù)迅猛發(fā)展。在顯示技術(shù)的未來競爭中,尤其是中小尺寸的產(chǎn)品,誰會在競爭中勝出,取決于誰了解顧客的需求,顧客會選擇可以展現(xiàn)生命力的顯示器。而有源有機(jī)電致發(fā)光顯示則具有終極顯示器的特質(zhì),其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化工作正迅速展開。我國具有一定的機(jī)電致發(fā)光顯示產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),有機(jī)發(fā)光材料的制備技術(shù)也有良好的趨勢,所以一定要充分利用顯示市場,加大研發(fā)力度,全面實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

..........

第二章灰度控制原理及方式

2.1OLED的顯示原理

電致發(fā)光,又稱為電場發(fā)光,是自然界中一種普遍的物理現(xiàn)象,是光電變換中的一個基本步驟。對于電致發(fā)光物質(zhì)而言,可以劃分為有機(jī)電致發(fā)光和無機(jī)電致發(fā)光兩種。其中有機(jī)電致發(fā)光又可以分為發(fā)光物質(zhì)為高分子聚合物的聚合物發(fā)光和發(fā)光物質(zhì)為小分子有機(jī)突光材料的小分子發(fā)光器件,OLED典型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)光原理為當(dāng)對元件施加正向偏壓時,電子與空穴受電壓能量的驅(qū)動分別由陰極與陽極注入到器件中,此時電子和空穴在運動中相遇并結(jié)合,就形成了電子一空穴對。而當(dāng)分子受到外來能量激發(fā)后,若電子自旋和基態(tài)電子成對,則為単重激發(fā)態(tài),那么所釋放的光為突光;相反,若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對并且平行,則稱作雙重激發(fā)態(tài),其所釋放的光為磷光。

2.2OLED的工作特性

圖2.4所示為OLED的電壓一亮度關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出OLED的電壓和亮度屬于非線性關(guān)系,不利于緩慢而穩(wěn)定的控制亮度,因此如果用電壓驅(qū)動控制法來控制顯示屏的亮度,則需要有一定控制精度的驅(qū)動屯壓。而電壓控制法由于電阻的作用會導(dǎo)致不同像素點的開啟電壓也不盡相同,再加上面陣屏幕制備工藝的限制,會造成畫面顯示不均勻、圖像質(zhì)量低下等問題。圖2.5所示為OLED器件中亮度與電流密度的關(guān)系。從圖中可以看出OLED器件的亮度和電流之間保持著良好的線性特性,想要控制屏幕上各個二極管的亮度,只要能夠很好的控制各個像素點電流就可以,所以像素電流能夠保持穩(wěn)定的恒定電流驅(qū)動是現(xiàn)階段使用較為普遍的方式。釆用恒定電流驅(qū)動的方法可以解決OLED顯示圖像不均勻的問題,只是其缺點是不容易實現(xiàn)灰度等級較低的顯示,但對于本論文中的設(shè)計,不構(gòu)成影響。此外,OLED的老化屬于庫企型的,OLED器件的老化原因是驅(qū)動器件時產(chǎn)生的熱效應(yīng),對于驅(qū)動OLED器件而言,器件壽命受電流密度的強(qiáng)度影響,電流密度越大壽命越短,電流密度越小壽命越長。盡可能減小OLED的驅(qū)動電流,可以盡量減小這種焦耳熱的影響。

第三章灰度控制模塊的設(shè)計....................14

3.1灰度掃描系統(tǒng)...................14> 3.2優(yōu)化灰度掃描結(jié)構(gòu)..................15

第四章面OLED陣顯示系統(tǒng)設(shè)計...............24

4.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計...............24

第五章實驗結(jié)果及分析.....................35

5.1系統(tǒng)調(diào)試.................35

5.2實驗結(jié)果分析................................36

第五章實驗結(jié)果及分析

5.1系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試主要是電路方面的測試,對理論設(shè)計和實際操作之間出現(xiàn)的問題進(jìn)行整改,最終使系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計中所要求的功能。在設(shè)計階段用繪制電路板,根據(jù)圖制作電路板完成后,先進(jìn)行簡單的檢查,主要是各個接口及各模塊之間的連接。檢查電路中元器件之間是否連接正確,各連線之間有無連接錯誤的情況;查看電路板在實際中布線位置是否合理,元器件之間有無短路;檢查電源和各個元器件極性有無接反的情況,對地是否短路。經(jīng)過基本的檢查之后,接通電源,在通電情況下對電路板進(jìn)行硬件調(diào)試:接通電路后檢查各個器件及連線有無溫度過高等異?，F(xiàn)象;沒有燒程序到時,使用萬用表檢測電位,以此判斷系統(tǒng)是否正常工作;將程序燒錄到中,檢查各個接口是否正常驅(qū)動。系統(tǒng)調(diào)試完成后,通過計算機(jī)對進(jìn)行操作,編寫程序,在數(shù)據(jù)存儲器中存儲顯示數(shù)據(jù),通過向電路提供顯示的行、列偏移信號和各種顯示信號?？刂菩盘柕竭_(dá)顯示面板的同時,產(chǎn)生顯示所需的行列驅(qū)動信號,從而控制的顯示區(qū)域、灰度等顯示參數(shù)。

5.2實驗結(jié)果分析

這里計算的只是單色顯示時的時鐘頻率,對于高灰度的彩色屏,時鐘要求也要相應(yīng)的提高。顯而易見,本方案的時鐘頻率與傳統(tǒng)掃描方式的比較,具有明顯的優(yōu)勢,并且這種差距隨著灰度等級的提高和顯示面積的增大而更加顯著。相對靜態(tài)圖像顯示而言,顯示動畫中的每幀圖像時,首先需要更新緩存中的顯示數(shù)據(jù),同時驅(qū)動電路從接收顯示所需的各種控制信號,從而達(dá)到動畫圖像顯示的目的。在屏幕進(jìn)行靜態(tài)圖像顯示時,將顯示數(shù)據(jù)從單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器中輸出到緩存之后,顯示屏通過驅(qū)動電路以的頻率刷新。因此,對于動態(tài)圖像顯示和靜態(tài)圖像顯示,前者要低于后者的刷新頻率。

篇7

豆?jié){是現(xiàn)代科學(xué)公認(rèn)的營養(yǎng)品，隨著家庭生活條件的改善、生活水平的提高以及出于對食品安全的考慮，富含植物性蛋白的豆?jié){正以無可阻擋的魅力走進(jìn)千家萬戶，本論文即采用 嵌入式單片機(jī)設(shè)計的一款豆?jié){機(jī)。

1 LM3S811單片機(jī)介紹

TI公司的Stellaris系列的單片機(jī)，能夠使用戶以傳統(tǒng)的8位和16位器件的價位來享受32位的性能。該系列單片機(jī)是針對工業(yè)應(yīng)用方案而設(shè)計的，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、電子售貨機(jī)、測試和測量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和交換機(jī)、工廠自動化、建筑控制、運動控制、醫(yī)療器械、以及火警安防等。

LM3S811單片機(jī)的優(yōu)勢還在于能夠方便的運用多種ARM的開發(fā)工具和片上系統(tǒng)（SoC）的底層IP應(yīng)用方案，能夠滿足各種需求。另外，該單片機(jī)使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達(dá)到降低成本的目的。因此，本設(shè)計采用LM3S811單片機(jī)作為控制芯片。

2 豆?jié){機(jī)工作流程與硬件設(shè)計

2.1 豆?jié){機(jī)工作流程

正常上電后按豆?jié){按鈕，蜂鳴器“嘀”一聲，指示燈亮。

（1）延時2秒、隨后加熱到80℃，打豆10秒后停5秒。

（2）自動加熱掛泡，停止加熱10秒。

（2）打豆10秒，停10秒如此循環(huán)6次。

（3）加熱到掛泡，如此循環(huán)3次。

（4）打豆10秒，停6秒如此循環(huán)6次。

（5）加熱到掛泡，如此循環(huán)6次。

完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器“嘀”一聲提示音，表示工作進(jìn)程結(jié)束。

2.2 豆?jié){機(jī)硬件電路設(shè)計

全自動豆?jié){機(jī)硬件電路包括溫度傳感器電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及輸出控制電路。

由于單片機(jī)內(nèi)部有上拉電阻，所以按鈕電路沒有連接上拉電阻；用單片機(jī)引腳直接控制繼電器的方式驅(qū)動電加熱器與電機(jī)；溫度傳感器采用熱敏電阻KTY81-110，采用電阻串聯(lián)分壓法直接將熱敏電阻兩端的電壓輸入到單片機(jī)LM3S811的ADC中；采用變壓器降壓、整流、濾波后，經(jīng)過3.3V穩(wěn)壓器1117（3.3V）輸出，為豆?jié){機(jī)提供電源。通過這些電路設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動豆?jié){機(jī)系統(tǒng)。

3 基于LM3S811單片機(jī)的豆?jié){控制電路機(jī)程序框架

本設(shè)計為全自動豆?jié){機(jī)，采用狀態(tài)機(jī)描述進(jìn)行編程。按照狀態(tài)機(jī)描述豆?jié){機(jī)不同得工作狀態(tài)，程序由C語言寫出，主程序由單片機(jī)初始化、溫度傳感器初始化、鍵盤初始化等等，程序框架如下：

include " LM3S811.h"

定義數(shù)碼管譯碼數(shù)組；

定義數(shù)碼管位選數(shù)組；

定義LED燈數(shù)組；

定義保存在FLASH中數(shù)據(jù)的數(shù)組；

定義定時標(biāo)記變量；

定義其他全局?jǐn)?shù)組與變量； //例如定時變量dsbl等

函數(shù)原型聲明；

void main（void）

{

定時器0初始化； //實現(xiàn)時間標(biāo)記

定時器1初始化； //對定時變量定時

引腳初始化； //按鈕、水位電極、ADC、繼電器等引腳初始化

ADC初始化；

其他初始化語句；

while（1）

{

//按鍵處理語句；

{

功能選擇等按鈕語句； //按鈕變量anbl隨按下按鈕不同而不同

豆?jié){按鈕按下時，anbl=1； //對應(yīng)指示燈亮，表示工作狀態(tài)

燒水按鈕按下時，anbl=2；

攪拌按鈕按下時，anbl=3；

若沒有按鈕按下，anbl=4；

需要按鈕抬起判斷語句；

}

//低水位電極、防溢出電極、溫度檢測

if（sample_time= =1）

{

檢測水位電極； //設(shè)置低水位標(biāo)志，若是低水位，低水位標(biāo)志為1

檢測防溢出電極； //設(shè)置防溢出標(biāo)志，若是溢出，防溢出標(biāo)志為1

ADC轉(zhuǎn)換溫度值、數(shù)字濾波語句，轉(zhuǎn)換成溫度值。

sample_time= =0；

}

//狀態(tài)機(jī)

if （state_time= =1）

{

狀態(tài)機(jī)語句；

state_time=0；

按鈕變量=0

}

//輸出語句：

4 結(jié)論

TI公司的Stellaris系列的單片機(jī)，LM3S811單片機(jī)與Stellaris系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應(yīng)各種精確的需求，必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]都業(yè)弘.我國大豆磨{行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].食品科學(xué)，1999（02）：28-29.

[2]李延鵬.ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用完全手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

通訊作者簡介

篇8

在這個知識爆炸的時代，課本知識的局限性和滯后性更加明顯，高中地理教學(xué)已進(jìn)入多媒體教學(xué)時代，地理教師重視多媒體教學(xué)資源已經(jīng)形成共識，尤其是由聲音、影像、畫面和文字等元素組成的地理視頻資源能真切地展現(xiàn)自然風(fēng)光、人文環(huán)境等各類地理現(xiàn)象，給人一種身臨其境的感覺。將“有趣、有用、生活化”的地理視頻信息融入地理教學(xué)中，使學(xué)生感覺到地理就在身邊，地理是鮮活、有趣的，這不僅符合新課改的要求，同時也符合傳播理論、多元智能理論和建構(gòu)主義理論。紀(jì)錄片《舌尖上的中國》跨越中國天南海北的地域觀，具體描述神州大地的美食文化，并彰顯美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然風(fēng)光，揭示美食文化中滲透的各形各色的生產(chǎn)生活習(xí)慣、民俗風(fēng)情、民族文化和古老的農(nóng)耕文化等中國文化及其演化歷程，同時，又是能幫助學(xué)生豐富地理學(xué)科知識、拓展地理視野，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)地理素養(yǎng)、樹立正確人地觀的良好素材。本文將結(jié)合具體的教學(xué)實例，從區(qū)域與區(qū)域差異、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動、自然環(huán)境的整體性和差異性、可持續(xù)發(fā)展等角度探析《舌尖上的中國》在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用前景和教學(xué)參考價值。

一、豐富學(xué)生的地理知識、拓展地理視野、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

隨著影視傳播技術(shù)的發(fā)展，視頻資源對身心處在巨變時期的青少年所產(chǎn)生的影響越發(fā)明顯，僅僅依靠現(xiàn)有的教材資源、教師語言或者少量圖片的地理課堂往往難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。充實課堂資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升或喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)地理的“興趣”，提升學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和地理素養(yǎng)已迫在眉睫。

在中圖版必修三第一章的第一節(jié)“區(qū)域與區(qū)域差異”中，主要的教學(xué)重點是比較中國三大自然區(qū)自然環(huán)境特征及對人類生產(chǎn)、生活的影響。教材中只提供了有關(guān)三大自然區(qū)的文字資料和幾張圖片，要求學(xué)生完成三大自然區(qū)地理特征表。因為本節(jié)內(nèi)容沒有難點，大多數(shù)教師往往采用的是閱讀教材，引導(dǎo)學(xué)生完成填表，致使教學(xué)枯燥無味，無法拓展學(xué)生的視野，更無法激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。這種重結(jié)論、輕過程的教學(xué)排斥了學(xué)生的思考，淹沒了學(xué)生的個性，把教學(xué)過程庸俗化到無需智慧努力只需聽講和記憶就能掌握知識的那種程度，這實際是對學(xué)生思維的扼殺和個性的摧殘。

《舌尖上的中國》展示了一幅幅炫麗多彩的畫面：層層梯田、片片竹林、一池荷花一湖蓮藕的江南景色；翻滾的麥浪、火紅的高梁、金黃的玉米地所展現(xiàn)的北國風(fēng)光；一馬平川大草原回蕩著悠揚的馬頭琴聲，充滿滄桑的塔克拉瑪干沙漠中亭亭玉立的綠洲少女的西域之光……在欣賞風(fēng)光的同時，主持人帶領(lǐng)你“品嘗”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、蘭州拉面、馕，還有民族風(fēng)隋濃郁的手抓飯和烤全羊等。將這些優(yōu)美的視頻內(nèi)容整合滲透到課堂教學(xué)中，學(xué)生不僅能感悟到祖國廣袤的地域環(huán)境與區(qū)域差異，而且還能感悟到各色環(huán)境下的生產(chǎn)、生活等人類文明。在畫面、聲音和文字的多重沖擊下，學(xué)生體會到的中國三大自然區(qū)就不再是單調(diào)、粗糙、乏味的課本教料，而是直觀、靈動、富有生命的動態(tài)畫卷和多媒體文化大餐。

隨著城市化的發(fā)展和不斷推進(jìn)，學(xué)生的生活也越來越城市化，即使是生活在農(nóng)村的學(xué)生，接觸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的機(jī)會也越來越少。單一的文字和圖片材料已經(jīng)不能讓學(xué)生真正意義上理解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特色，而活靈活現(xiàn)的視頻能給我們親臨的感受，能夠更加有效地輔助學(xué)生理解深奧的農(nóng)業(yè)文化。在“農(nóng)業(yè)的地域類型”一課中，水稻種植業(yè)是東亞、南亞、東南亞等地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)地區(qū)類型。影響水稻種植業(yè)的一個重要的社會經(jīng)濟(jì)因素是亞洲這些地區(qū)人口稠密，勞動力豐富。亞洲的水稻種植業(yè)也是我國南方的水稻種植業(yè)具有“一大一小一高三低”的特點。即：小農(nóng)經(jīng)營、水利工程量大、單產(chǎn)高但商品率低、機(jī)械化水平低、科技水平低。一般情況下，學(xué)生很難理解為什么水稻種植區(qū)要勞動力豐富？為什么我國南方的水稻種植機(jī)械化水平低、水利工程量大？如果能導(dǎo)入《舌尖上的中國》中視頻內(nèi)容“春種的季節(jié)，江西上堡鄉(xiāng)的農(nóng)民正在層層的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨帶一路向北移，長江地區(qū)出現(xiàn)罕見的持續(xù)40多天的伏旱天氣，缺水讓稻子停止灌漿，只留下干癟的谷殼，農(nóng)民為了挽救自己的稻田，用盡各種辦法給農(nóng)田澆水、引水灌溉”， “秋天是水稻豐收的季節(jié)，黑龍江五常龍鳳山鎮(zhèn)的黑土地上，大型機(jī)器正在忙碌著收割，而江西上堡鄉(xiāng)的農(nóng)民們卻是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，這些畫面能讓學(xué)生理解到水稻種植業(yè)是一項勞動力密集型的農(nóng)業(yè)，需要大量的勞動力精耕細(xì)作；我國季風(fēng)氣候的特點，雨帶的推移與夏季風(fēng)進(jìn)退息息相關(guān)，而夏季風(fēng)進(jìn)退異常往往容易給我國東部季風(fēng)氣候區(qū)帶來旱澇災(zāi)害，水利工程量大就無可厚非了；南方受到地形和技術(shù)的限制，導(dǎo)致南方的水稻田難以實施機(jī)械化作業(yè)。這樣的滲入不僅能擴(kuò)充學(xué)生對農(nóng)業(yè)的了解，豐富學(xué)生的生活閱歷，同時能有效輔助學(xué)生理解相關(guān)知識點的來龍去脈，避免出現(xiàn)過多的死記硬背。

二、養(yǎng)成以地理視角分析問題的能力，提高地理科學(xué)素養(yǎng)

地理視角作為地理科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是地理學(xué)中觀察、認(rèn)識事物的切入點和分析、解決問題的思維方式，從地理課程標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)地理教育的實際看，區(qū)域的視角、綜合的視角、動態(tài)的視角和生態(tài)的視角是地理視角培養(yǎng)的重點。

1．養(yǎng)成以區(qū)域的視角分析問題的能力

《舌尖上的中國》紀(jì)錄片以我國不同地區(qū)的地域文化為背景，講述了我國青藏高原、西北、東北、華南、中原等區(qū)域的特色美食，畫面中同時還展示了中國最富戲劇性的自然景觀，熱帶（季）雨林，南方竹林、北國冰雪、內(nèi)蒙古大草原、塔克拉瑪干沙漠及綠洲……這些畫面的自然特征基本涵蓋了我國不同區(qū)域，是培養(yǎng)學(xué)生區(qū)域地理視角的良好素材。

在“地理環(huán)境的整體性和差異性”一課中，引用《舌尖上的中國》視頻中“東北一內(nèi)蒙古一新疆”一線植被類型由森林向草原、草原向荒漠過渡、“自南向北”植被的差異和自然環(huán)境的遞變，不僅能直觀的表達(dá)出經(jīng)度地帶性和緯度地帶性地域分異規(guī)律，還能調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。結(jié)合視頻，請學(xué)生分析相關(guān)問題：①東北一內(nèi)蒙古一新疆一線的植被出現(xiàn)了怎樣的變化？這些變化主要是什么因素影響而形成的？②我國由南向北分別出現(xiàn)了哪些地帶性植被？這些植被的遞變是受什么因素影響形成的？引導(dǎo)學(xué)生分析出水分、熱量分別是經(jīng)度地帶性和緯度地帶性地域分異規(guī)律的主因。如果進(jìn)一步播放視頻“陽光直射赤道，已是春分時節(jié)，但這里（東北），寒冷還未遠(yuǎn)離，到處還覆蓋著厚厚的積雪。3月的夜晚，零下15攝氏度，制作凍豆腐最適宜的溫度。而向南2000多公里，同樣的春分時節(jié)，冷暖空氣激烈對峙。天目山，春雷喚醒土壤中的生命，江西上堡鄉(xiāng)已經(jīng)進(jìn)入播種、等待萌芽的季節(jié)”這直觀的地理景觀感受可以幫助學(xué)生進(jìn)一步加強(qiáng)理解同一時間不同緯度的自然地理環(huán)境也存在差異性，從不同的角度體現(xiàn)緯度地帶性地域分異規(guī)律。在多角度、直觀且接近現(xiàn)實生活的教學(xué)中不斷滲透區(qū)域地理環(huán)境的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不斷養(yǎng)成以區(qū)域的視角分析地理問題的能力。

《舌尖上的中國》中還有很多畫面、視頻例子可以作為區(qū)域分析良好素材。如視頻中提到的“中國最好的大米在東北，因為水稻在東北需要經(jīng)歷138天的漫長生長期，而南方的水稻生長期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于東北地區(qū)”，水稻生長期的區(qū)域差異可以作為分析區(qū)域地理環(huán)境由于緯度差異引起的熱量差對農(nóng)業(yè)的不同影響。又如“西藏林芝從峽谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我國物種最豐富的地區(qū)之一”可以用來分析地形對區(qū)域地理環(huán)境的影響及分析區(qū)域物種豐富的原因。

2．養(yǎng)成以綜合的視角分析問題的能力

“地理環(huán)境的整體性”一課中要求學(xué)生學(xué)會用整體性的原則理解地理環(huán)境中五要素：氣候、地貌、水文、植被、土壤之間相互作用、演變的關(guān)系?！斑@是地球上最遠(yuǎn)離海洋的沙漠，中國的干極——塔克拉瑪干，沙漠中的綠洲——亞曼拜克村離沙漠最近的村莊。塔克拉瑪干南緣年平均降雨量只有15.6毫米，極為典型的大陸荒漠氣候。小麥比任何一種禾本植物，更能適應(yīng)生態(tài)環(huán)境，就像這里的沙漠居民，總能在極端條件下，獲取生存能量。流沙對村莊和土地的侵蝕從未停止，但頑強(qiáng)的西北民族世代堅守。吐魯番，極度干旱，是中國最炎熱的地區(qū)，貧瘠的礫石戈壁并未滅絕生機(jī)，天山冰川融水帶來生命的奇跡。這里，是中國最甜蜜的所在。吐魯番，常年少有云層遮擋，充足的日照，活躍的光合作用，讓葡萄積累豐富的糖分。夜晚熱量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中國最甜葡萄的秘密，就隱藏在這巨大的晝夜溫差之間?！薄渡嗉馍系闹袊分械年P(guān)于我國西北地區(qū)各自然環(huán)境的一幅幅畫卷，是引導(dǎo)學(xué)生運用綜合的視角分析地理問題的良好素材，借此可引導(dǎo)學(xué)生分析以下幾個問題：①本區(qū)域最明顯的特征是什么？②請結(jié)合視頻展現(xiàn)的主要氣候特征，描述本區(qū)域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆過度發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，該區(qū)域的自然環(huán)境特征會產(chǎn)生怎樣的變化？使學(xué)生初步形成以綜合的地理視角分析問題的能力。接著，還可進(jìn)一步延伸教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生開展小組討論：運用整體性的原則，說明珠三角地區(qū)的自然環(huán)境特征及全球氣候變暖對該地區(qū)自然環(huán)境有哪些影響。這一教學(xué)過程，不僅能積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的思維，也能讓學(xué)生不斷養(yǎng)成綜合分析地理問題的能力。

同樣， “寧夏平原人口的快速增長，人們?yōu)榱藵M足需求，在寧夏山地間過度放牧，羊的數(shù)量遠(yuǎn)超植被的再生能力，植被無法恢復(fù)，地表陜速沙化，荒漠化使得寧夏的環(huán)境變得無比脆弱”，這段視頻材料也可以用來培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。觀看視頻后要求學(xué)生從整體性的原則出發(fā)，運用“牽一發(fā)而動全身”的理論分析過度放牧對寧夏地區(qū)自然環(huán)境的影響。

3．養(yǎng)成以動態(tài)的視角分析問題的能力

地理事象是不斷發(fā)展和變化的，這就需要學(xué)生要以發(fā)展的眼光、動態(tài)的視角分析地理問題。在“農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇”一課中，要求學(xué)生學(xué)會分析影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要區(qū)位因素、主導(dǎo)因素、限制性因素，并分析出變化中的農(nóng)業(yè)區(qū)位。影響農(nóng)業(yè)的區(qū)位因素包括自然條件和社會經(jīng)濟(jì)條件，這些因素隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)進(jìn)步不斷變化。自然因素相對穩(wěn)定，而社會經(jīng)濟(jì)因素發(fā)展變化較陜，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中社會經(jīng)濟(jì)因素的影響往往占主導(dǎo)地位，這就要求學(xué)生具備發(fā)展的眼光，以動態(tài)的視角分析問題。在“不斷變化的農(nóng)業(yè)區(qū)位”這部分內(nèi)容的教學(xué)中，可融入《舌尖上的中國》中“以前人們不喜歡吃松茸，原來只要幾毛錢一斤。現(xiàn)在松茸的身價飛升，廠商以最陜的速度對松茸進(jìn)行精致的加工，這樣的一只松茸在產(chǎn)地的收購價是80元，6個小時之后它就會以700元的價格出現(xiàn)在東京的超級市場中”， “產(chǎn)自內(nèi)蒙古錫林郭勒草原的口蘑和產(chǎn)自距此2000公里的江南的冬筍相逢，江南冬筍邂逅塞北口蘑， ‘燴南北’不僅造就一種美味，更帶來無限的空間想象”， “麥客，中國古老的職業(yè)割麥人，他們踩著麥子成熟的節(jié)奏，用雙手挑戰(zhàn)機(jī)械。在效率面前，麥客已經(jīng)不屬于這個時代，馬萬全一行也許就是中國最后的職業(yè)割麥人。古老的職業(yè)和悠久的傳說，正被收割機(jī)一茬茬收割殆盡”這些內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)視頻材料．分析問題：材料中的事例有沒有體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)區(qū)位因素的變化？如果有，請分析出主要是哪些農(nóng)業(yè)區(qū)位因素發(fā)生了變化？通過對視頻有關(guān)材料和事例的分析，能培養(yǎng)學(xué)生以動態(tài)的視角看待問題的能力，彰顯與時俱進(jìn)的新人類特征，尤其是能更深刻地理解現(xiàn)代社會中不斷變化的市場、交通、技術(shù)等農(nóng)業(yè)區(qū)位因素，同時也可以為“工業(yè)區(qū)位的變化”的學(xué)習(xí)奠定動態(tài)視角的基礎(chǔ)。

三、理性思考人地關(guān)系，樹立“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀

高中必修二中的“人類與地理環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展”和必修三中的“區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展”等章節(jié)中的課文內(nèi)容，都在探討人地關(guān)系演變和如何走可持續(xù)發(fā)展的道路。自然環(huán)境決定了人類的生產(chǎn)生活方式，同時人類的生產(chǎn)生活也會反作用于自然。人地關(guān)系是貫穿整個地理課程的主線，理性思考人地關(guān)系，樹立富有中國文化內(nèi)涵的“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀是地理學(xué)科永恒的主題。因此，樹立正確的人地關(guān)系是學(xué)生必備的地理素養(yǎng)之一。

在“人地關(guān)系思想的歷史演變和通向可持續(xù)發(fā)展的道路”一課中，課文內(nèi)容只是一些枯燥的文字?jǐn)⑹?，文縐縐的向?qū)W生表述人地關(guān)系的歷史階段、可持續(xù)發(fā)展的含義、內(nèi)容、原則及謀求可持續(xù)發(fā)展道路，很容易讓學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦之情，容易讓學(xué)生對科學(xué)發(fā)展觀嗤之以鼻，這樣就達(dá)不到培養(yǎng)正確的人地觀的教學(xué)效果。盡管本節(jié)課的知識點沒有難點，完全可以讓學(xué)生自主閱讀課文完成可持續(xù)發(fā)展“大道理”的學(xué)習(xí)。但是，空洞的大道理并不容易讓人深刻的理解并運用，因此，在閱讀課文后，教師可以引入《舌尖上的中國》的視頻內(nèi)容，如：在香格里拉的深山里，藏民們?yōu)榱搜永m(xù)自然的饋贈，松茸出土后，會立刻用地上的松針把菌坑掩蓋好，只有這樣，菌絲才可以不被破壞；吉林查干湖的冬捕，漁民們有一個世世代代嚴(yán)格的相傳—一獵殺不絕，冬捕只用稀疏的網(wǎng)眼，小魚成為漏網(wǎng)之魚回歸自然，每年的春天漁民還將50萬魚苗投回湖里；內(nèi)蒙古達(dá)里諾爾，為了保持湖魚的種群數(shù)量，漁民們規(guī)定每年冬捕不會超過30萬公斤，春天華子魚洄游產(chǎn)卵，華子魚伸手可得，但漁民不會在這個時節(jié)捕撈，還鋪設(shè)2000米的草把作為華子魚的產(chǎn)房，追尋著人與魚的平衡之道；美食依賴于環(huán)境的支持，人的需求曾讓寧夏山地間羊的數(shù)量遠(yuǎn)超植被的再生能力，快速沙化的地表變得無比脆弱，荒漠化讓人在美食之間尋找新的平衡；有科學(xué)家預(yù)言，50年內(nèi)海里的魚會被全部吃光。而浙江漁民楊世櫓認(rèn)為，靠海吃海的日子，只能再維持10年。借此可以請學(xué)生對比分析：①視頻中的例子哪些體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，哪些違背了可持續(xù)發(fā)展？②請學(xué)生根據(jù)課本內(nèi)容和視頻的材料總結(jié)出應(yīng)該如何謀求可持續(xù)發(fā)展道路?！渡嗉馍系闹袊烦尸F(xiàn)人與自然環(huán)境和諧相處的人文景觀的同時，也向我們展現(xiàn)了中國脆弱的生態(tài)環(huán)境，審視了應(yīng)如何維持人與自然的平衡之道。在學(xué)生感性的觀看視頻的同時，還可以引導(dǎo)學(xué)生談?wù)劶亦l(xiāng)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的措施等，變感性觀看為理性分析，進(jìn)一步加深對人地關(guān)系的認(rèn)識，樹立正確的人地觀。

在大數(shù)據(jù)的信息時代，教材中的案例已遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)的需求。而《舌尖上的中國》在各種美食的背后還有自然風(fēng)光、人文風(fēng)情和地域文化等地理元素，為地理教學(xué)提供了一場饕餮大宴。地理教師可以從中吸取大量的“營養(yǎng)”用于充實地理教學(xué)，豐富地理素材，這不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的以區(qū)域的視角、綜合的視角、動態(tài)的視角和生態(tài)的視角分析地理問題的能力，同時還能提升學(xué)生的地理情操、樹立“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀。

參考文獻(xiàn)：

篇9

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0087-02

在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中，GaN高電子遷移率晶體管作為最新的半導(dǎo)體功率器件，由于其本身具有寬禁帶以及擊穿場強(qiáng)高、功率密度高等特征優(yōu)勢，在高頻以及高功率的功率器件中具有較為突出的適用性，在電子信息系統(tǒng)性能提升方面具有較為明顯和突出的作用優(yōu)勢，在無線通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。針對這一情況，本文在進(jìn)行射頻功率放大器及其電路的設(shè)計中，專門采用ADS仿真軟件對于射頻功率放大器及其電路的設(shè)計進(jìn)行研究分析，并對于仿真設(shè)計實現(xiàn)的射頻功率放大器在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析論述，以提高射頻功率放大器的設(shè)計水平，促進(jìn)在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。

1 射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)原理分析

結(jié)合功率放大器在無線通信系統(tǒng)中的功能作用以及對于無線通信技術(shù)的影響，在進(jìn)行射頻功率放大器的設(shè)計中，結(jié)合要進(jìn)行設(shè)計實現(xiàn)的射頻功率放大器的工作頻帶以及輸出功率等特點要求，以滿足射頻功率放大器的設(shè)計與應(yīng)用要求。在進(jìn)行本文中的射頻功率放大器設(shè)計中，主要通過分級設(shè)計與級聯(lián)設(shè)置的方式，首先進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級以及驅(qū)動級設(shè)計實現(xiàn)，最終通過電路設(shè)計對于射頻功率放大器的兩個不同級進(jìn)行連接，以在無線通信中實現(xiàn)其作用功能的發(fā)揮，完成對于射頻功率放大器的設(shè)計。需要注意的是，在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計中，主要應(yīng)用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行射頻功率放大器功率放大級結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計實現(xiàn)，同時在功率放大級結(jié)構(gòu)模塊的電路設(shè)計中，注重對于輸出功率保障的設(shè)計；其次，在進(jìn)行射頻功率放大器的驅(qū)動級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計中，以C波段的功率放大模塊設(shè)置為主，電路設(shè)計則以增益提升設(shè)計為主，并對于增益平坦度和輸出輸入駐波進(jìn)行保障。如圖1所示，即為射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計示意圖。

2 射頻功率放大器及其電路的設(shè)計分析

結(jié)合上述對于射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)原理分析，在進(jìn)行射頻功率放大器的設(shè)計中，主要包括射頻功率放大器的功率放大級設(shè)計和驅(qū)動級水，此外，對于射頻功率放大器電路的設(shè)計，也需要結(jié)合兩個結(jié)構(gòu)模塊的實際需求進(jìn)行設(shè)計實現(xiàn)的。

2.1 射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計

在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計中，主要采用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計實現(xiàn)，需要注意的是，在應(yīng)用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計實現(xiàn)中，由于GaN高電子遷移率晶體管目前還不具有較大的信號模型，因此，在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計中，注意結(jié)合實際設(shè)計需求進(jìn)行選擇應(yīng)用。在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計中，通過直流偏置仿真設(shè)計對于氮化鎵管子的靜態(tài)工作點進(jìn)行確定，也就是實現(xiàn)氮化鎵管子的漏極電流以及漏極偏置電壓、柵極偏置電壓等參數(shù)的確定，在對于上述氮化鎵管子靜態(tài)工作點進(jìn)行確定后，通過ADS仿真軟件實現(xiàn)場效應(yīng)管直流的仿真設(shè)計，同時注意在仿真設(shè)計中進(jìn)行二端口模型的添加，并結(jié)合上述GaN高電子遷移率晶體管的信號模型情況，進(jìn)行S參數(shù)信號的編輯導(dǎo)入，同時進(jìn)行直流偏置仿真控件的加入，進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的確定，以實現(xiàn)射頻功率放大器的功率放大級設(shè)計。

此外，在進(jìn)行射頻功率放大器功率放大級負(fù)載阻抗的設(shè)計中，根據(jù)相關(guān)理論，在負(fù)載阻抗與網(wǎng)絡(luò)匹配良好的情況下，負(fù)載阻抗的共軛復(fù)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗值是相同的，因此，就可以通過計算對于射頻功率放大器功率放大級負(fù)載阻抗值進(jìn)行分析得出，實際上也就是它的共軛復(fù)數(shù)值。同時，在進(jìn)行功率放大級設(shè)計中，結(jié)合封裝參數(shù)輸出端的阻抗模型，設(shè)計中為了實現(xiàn)場效應(yīng)管輸出電路匹配的優(yōu)化，以為輸出電路進(jìn)行準(zhǔn)確的負(fù)載阻抗提供，還需要在設(shè)計過程中將場效應(yīng)管的封裝參數(shù)在輸出匹配電路中進(jìn)行設(shè)計體現(xiàn)，因此就需要對于Cds參數(shù)值進(jìn)行求取。

最后，在射頻功率放大器功率放大級設(shè)計中，偏置電路主要是用于將直流供電結(jié)構(gòu)模塊中所提供的電壓附加在功率放大器的柵極與漏極中，并實現(xiàn)射頻信號以及濾波的隔離和電路穩(wěn)定實現(xiàn)。在進(jìn)行功率放大級的電路設(shè)計中，注意使用ADS軟件工具對于微帶線尺寸進(jìn)行計算，病毒與全匹配電路進(jìn)行微帶線設(shè)計，同時通過柵極偏置電路與漏極饋電電路，以實現(xiàn)功率放大級的電路設(shè)計。此外，在進(jìn)行功率放大級模塊設(shè)計中，還應(yīng)注意對于模塊中的任意功率放大芯片，都需要進(jìn)行相關(guān)的穩(wěn)定性分析，以避免對于射頻功率放大器的作用性能產(chǎn)生影響。

2.2 射頻功率放大器的驅(qū)動級模塊設(shè)計

在進(jìn)行射頻功率放大器的驅(qū)動級模塊設(shè)計中，主要通過C波段功率放大模塊進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計應(yīng)用。其中，在對于驅(qū)動級模塊的參數(shù)設(shè)置中，對于輸出、輸入?yún)?shù)均以內(nèi)匹配方式進(jìn)行匹配獲取。對于射頻功率放大器的驅(qū)動級設(shè)計來講，進(jìn)行功率放大模塊偏置電路的合理設(shè)計，是該部分設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容。

最后，在進(jìn)行射頻功率放大器的電路設(shè)計中，在進(jìn)行功率放大模塊電路設(shè)計中，GaN HEMT結(jié)構(gòu)部分需要進(jìn)行柵壓的增加設(shè)置，并且需要注意柵壓多為負(fù)壓，在此基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行漏壓增加設(shè)置。值得注意的是，在進(jìn)行射頻功率放大器的偏置電路設(shè)計斷開同時，對于柵壓和漏壓的斷開順序剛好相反，以避免對于功放管造成損壞。

3 結(jié)語

總之，射頻功率放大器作為無線通信技術(shù)領(lǐng)域的重要器件，對于無線通信技術(shù)的發(fā)展以及通信質(zhì)量提升都有重要作用和影響，進(jìn)行射頻功率放大器及其電路的設(shè)計分析，具有積極作用和價值意義。

參考文獻(xiàn)

篇10

【關(guān)鍵詞】長波576×6元探測器 偏置電壓 模數(shù)轉(zhuǎn)換 非均勻性校正

高分辨率紅外成像系統(tǒng)在機(jī)載光電雷達(dá)、紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)、全天候偵察監(jiān)控等領(lǐng)域的需求越來越迫切。本系統(tǒng)電路設(shè)計采用了制冷型長波576×6元紅外焦平面探測器，采用線列掃描的方式產(chǎn)生紅外圖像。探測器包括16 通道模擬信號輸出，平均峰值探測率D*不低于2.2×1011cmHz1/2/W，最高讀出速率5MHz，適用于各種先進(jìn)的掃描型紅外成像系統(tǒng)。

本文介紹了采用制冷型長波576×6元紅外焦平面探測器設(shè)計的紅外掃描成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用低噪聲高精度的電壓基準(zhǔn)源提供探測器偏置電壓，用FPGA實現(xiàn)整個系統(tǒng)的時序同步及紅外信號AD轉(zhuǎn)換采集和圖像數(shù)據(jù)排序，使用DSP實現(xiàn)非均勻性校正、圖像增強(qiáng)處理以及視頻信號輸出。該系統(tǒng)最終可輸出標(biāo)準(zhǔn)的PAL制視頻信號，圖像分辨率為576×512 像元，經(jīng)試驗?zāi)軌驖M足紅外目標(biāo)的掃描搜索和實時跟蹤需要。

1 探測器介紹

長波576×6元碲鎘汞紅外焦平面探測器杜瓦制冷機(jī)組件，探測響應(yīng)波段為7.5μm～10.3μm，該探測器杜瓦制冷機(jī)組件（DDCA）主要包括兩大部分：高靈敏度的長波576×6元紅外焦平面探測器和斯特林制冷機(jī)。光伏陣列由576列組成，每列6個像元，讀出電路對每一列的6個像元進(jìn)行時間延遲積分（TDI）。光電二極管陣列由兩組個數(shù)為288列的通道模塊組成。

探測器積分時間可調(diào)，多種增益可調(diào)，可進(jìn)行雙向TDI掃描。微杜瓦采用金屬密封結(jié)構(gòu)、吸氣劑用來保持長時間的真空度、高效冷屏設(shè)計。制冷機(jī)制冷效率高，整機(jī)振動和噪音小，可靠性高。

1.1 紅外焦平面電學(xué)接口

紅外焦平面探測器的電學(xué)接口主要包括3部分：輸入偏置電壓，輸入時序，輸出紅外模擬信號。見下表1。

1.2 時序要求

紅外焦平面探測器運行需要3個時序信號：主時鐘MC，積分信號INT，串行接口設(shè)置輸入數(shù)據(jù)。主時鐘MC具有最大頻率5MHz和50%的占空比，主時鐘是整個電路同步工作的基礎(chǔ)。每個時鐘周期輸出一列信息。作為最佳選擇，最小幀周期應(yīng)為38個主時鐘周期。積分信號INT，為積分時間和讀出時間控制信號。積分時間由經(jīng)過2.5個主時鐘周期移位的INT高電平?jīng)Q定。INT的下降沿控制積分信號的采樣。2.5MC周期后，積分電容被復(fù)位到VR，積分結(jié)束。

紅外焦平面探測器的工作時序如圖1-1所示

串行接口SERDAT是在每一幀中，加載到控制寄存器的串行輸入數(shù)據(jù)。30位的控制寄存器用于建立和保持對芯片的配置。每次上電時，需要重新加載一次SERDAT信息?？刂萍拇嫫魑欢x見下表2。

2 硬件電路設(shè)計

紅外成像系統(tǒng)的硬件電路組成如圖2所示，主要包括探測器電壓偏置電路、探測器時序驅(qū)動，紅外模擬信號預(yù)處理電路、紅外信號AD轉(zhuǎn)換電路、圖像數(shù)據(jù)FIFO暫存電路，紅外數(shù)字圖像處理電路、數(shù)字圖像輸出接口電路等。其中紅外數(shù)字圖像處理電路由DSP+FPGA紅外數(shù)字視頻處理電路實現(xiàn)探測器的時序驅(qū)動、AD采樣時序、掃描成像時序、圖像數(shù)據(jù)排序整理、非均勻性校正、圖像增強(qiáng)等功能，設(shè)計采用FPGA+DSP相結(jié)合的方式來完成。

2.1 偏置電壓及時序驅(qū)動設(shè)計

要得到紅外焦平面探測器的紅外輸出模擬信號，首先要給探測器提供滿足要求的偏置電壓和時序驅(qū)動，由表1可知，探測器需要5個偏置電壓，其中Gpol電壓可調(diào)，其他電壓為固定值，所有偏置電壓都有精度高，噪聲低的要求，一般的LDO電壓轉(zhuǎn)換電路滿足不了精度和噪聲要求，需要專門設(shè)計?？烧{(diào)偏置電壓Gpol先用低功耗高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7311產(chǎn)生，再濾波加射隨電路以提高驅(qū)動能力，DAC7311的輸入端由DSP程序控制，可在調(diào)試階段通過編程改變輸出電壓值。固定偏置電壓全部采用了電壓基準(zhǔn)源供電，VDDA和VDD分別用LT1461AIS8-5提供，LT1461是一款高精度，低溫漂的電壓基準(zhǔn)源，電壓準(zhǔn)確度不超過0.04%，能夠滿足±0.05V的偏差要求，并且能提供至少50mA的輸出電流，可以滿足探測器40mA的要求，不用另外加射隨電路驅(qū)動。VR的電壓值不是常用的電壓基準(zhǔn)值，所以先用LT1461AIS8-5產(chǎn)生5.000V的基準(zhǔn)電壓，再分別用1%精度的電阻分壓得到相應(yīng)的電壓值，再使用射隨電路提供給探測器。例如VR電壓的生成，如圖3所示。

探測器的時序信號包括兩部分，時序信號和控制寄存器，用FPGA實現(xiàn)。硬件電路設(shè)計采用ACTEL公司的A3P1000電路，輸入時鐘為20MHz，四分之一分頻后得到整個系統(tǒng)的主時鐘MC，再用Verilog編程語言以主時鐘為基礎(chǔ)產(chǎn)生探測器的積分信號。

探測器的控制寄存器用于增益、掃描方向、像元替代選擇，數(shù)據(jù)字及地址字。每次上電后，用DSP將設(shè)置數(shù)據(jù)寫入FPGA的RAM寄存器，數(shù)據(jù)在MC時鐘下的同步下順序?qū)懭胩綔y器的SERDAT管腳。

2.2 AD采樣及存儲電路設(shè)計

制冷機(jī)將溫度制冷到約80K并穩(wěn)定后，給探測器送偏置電壓和時序信號，探測器會在時序信號驅(qū)動下輸出紅外模擬信號，16路模擬信號在同一個主時鐘MC同步下同時輸出，模擬信號先使用運放電路處理，再經(jīng)過低通濾波進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換電路。為降低噪聲，提高信噪比，運放電路和AD電路的供電都經(jīng)過了濾波處理，數(shù)字地與模擬地進(jìn)行隔離，防止數(shù)字地上的噪聲進(jìn)入模擬地。

本設(shè)計的運放電路選用LT公司低噪聲低失真，高速軌至軌運放電路LT1806，噪聲低至3.5nV/ 。AD轉(zhuǎn)換電路選用了AD公司14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路AD9240，最高采樣時鐘10MSPS，信噪比77.5dB，數(shù)據(jù)在輸入時鐘的上升沿采集，轉(zhuǎn)換時間需要3個時鐘周期，轉(zhuǎn)換后的16路AD數(shù)據(jù)先緩存在FIFO存儲器中，等待FPGA排序處理。電路設(shè)計見圖4所示。

AD數(shù)據(jù)存儲電路選用IDT公司的IDT72T7295，IDT72T7295是高速大容量FIFO電路，能夠兼容多種數(shù)字電平，并且輸入輸出數(shù)據(jù)總線多種可選，該設(shè)計中使用了4片F(xiàn)IFO，每片使用X72inX18out的模式，這樣可以將每4路64位的AD數(shù)據(jù)合并為一路數(shù)據(jù)，16路AD數(shù)據(jù)在進(jìn)入FPGA之前最終被合并為4路，再經(jīng)過FPGA排序，形成含有576個像素的一行圖像。

2.3 數(shù)字圖像處理電路

數(shù)字信號處理器DSP選用TI公司的TMS320DM648，該處理器時鐘頻率高達(dá)1.1GHz，具有千兆以太網(wǎng)接口，外部DDR2存儲器接口，數(shù)據(jù)傳輸速度快。增強(qiáng)的EDMA3控制器提高了讀取數(shù)據(jù)速度。DM648對EDMA讀入內(nèi)部RAM的圖像進(jìn)行非均勻性校正，直方圖統(tǒng)計，壞像元檢測及替換，然后進(jìn)行圖像增強(qiáng)后，送到FPGA中緩存用于顯示。FPGA產(chǎn)生探測器需要的時序驅(qū)動外，還產(chǎn)生整個系統(tǒng)的時序同步信號，并將視頻的行場同步信號送給掃描控制電路。

2.4 視頻顯示電路設(shè)計

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路選用AD公司的ADV7123，ADV7123包含3路10bits的視頻D/A轉(zhuǎn)換器，行場同步信號，行場復(fù)合消隱信號，時鐘信號。因為紅外圖像反映的是目標(biāo)熱輻射分布情況，只有灰度值。ADV7123的行場同步信號和消隱信號是疊加在綠色通道上的，所以FPGA將DSP處理好的紅外數(shù)字圖像送ADV7123電路的G[9：0]通道，紅色和藍(lán)色通道接地。DA轉(zhuǎn)換后的實時圖像如圖5所示。

3 結(jié)論

經(jīng)過實時測試和實際驗證，設(shè)計的硬件電路完全滿足系統(tǒng)的要求，探測器偏置電壓設(shè)計產(chǎn)生的電壓噪聲低，精度高，時序驅(qū)動信號穩(wěn)定。AD轉(zhuǎn)換及存儲電路能夠?qū)崟r轉(zhuǎn)換16路視頻信號并存儲下來，高速DSP+FPGA的數(shù)字處理電路能夠?qū)崟r完成數(shù)字紅外圖像處理，將處理好的圖像送DA電路顯示或者通過千兆網(wǎng)口送給上位機(jī)做圖像跟蹤監(jiān)控。該電路系統(tǒng)設(shè)計最終輸出的圖像清晰穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

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