前言：中文期刊网精心挑选了铂电阻范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
铂电阻范文1
关键词：铂电阻，测温电路设计，模拟-数字转换非线性校正，数据采集
Abstract： A correcting method of non-linear error for Pt resistance temperature measurement based on the principle of A/D conversion is presented. The design principle of Pt resistance linear temperature measurement is analyzed. Practical circuit for interfacing A/D converter 7135 with single chip computer 89c51 and test data are given
Key words: Pt resistance， Temperature measuring circuit， Analog-digital conversion， Non-linear correction， Samples
一、引言
铂电阻温度传感器，因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用。
在精密测量系统中，铂电阻测温系统电路结构图如图1所示：铂电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号，再经过放大及A/D转换后送微处理器进行处理。为了能对铂电阻测温的非线性进行校正，作者利用双积分A/D转换原理，设计了一种高精度的铂电阻测温非线性校正方案。实践证明，该方法不仅性能稳定，结构简单，而且在0～200℃范围内准确度可达到0.15%FS±4字。
二、非线性校正原理
1、非线性A/D转换原理
因为铂电阻经桥路检测后，其输出电压UM与被测温度q之间具有函数关系：
因为铂电阻经桥路检测后，其输出电压UM与被测温度q之间具有函数关系：
以上是本文阐述的以变量变换的形式实现传感器非线性校正的设计思想。这里t的量纲为时间，其测量过程是通过双积分A/D转换实现的。双斜率积分转换表达为：
(1) 式中：Uin—A/D转换时模拟输入电压，
T1—A/D转换过程中正向积分时间，
T2—A/D转换过程中反向积分时间，
Uref—A/D转换时参考输入电压。
当Uref为定值时，Uin与T2具有线性关系，因此这种情况下可以认为A/D输出结果为：
T2 = T1Uin / Uref .
假定Uref(t)为时间t的函数：Uref(t)=M+Nt (2)
其中：M，N为待定常系数。
A/D转换后的输出结果若能完全补偿铂电阻温度非线性，则有：Uin=aq+Bq2 (3)
故将式（2）和式（3）代入式（1），
假设：AT1=M，BT1=N/2，
则有：T2与q在数值上大小相等，即T2=q，可见实现了铂电阻的温度与数字量线性转换。
可以看出，在A/D转换过程中，模拟电压输入与数字量输出之间不是线性关系，其函数关系刚好与Rq—q关系相反，当其特性实现了相互完全补偿时，就能获得线性q/T2转换。显然，利用双积分A/D转换实现非线性校正的关键是应能满足式（3）所表征的函数关系。本方案采用RC回路极其简单地达到了该目的。
转贴于 2. 高精度 A/D转换器ICL7135 铂电阻测温电路线性化设计的实现采用了4位半双积分型A/D转换器ICL7135。ICL7135每一个转换周期分为三个阶段：自动调零阶段、被测电压积分阶段、对基准电压Uref进行反积分阶段。下面结合铂电阻温度测量分析ICL7135的工作过程：
(1)正向积分阶段
ICL7135与89C52接口电路原理图如图2所示。在此阶段，ICL7135对Uin进行定时积分，固定时间T1=10000T0（T0为时钟周期）。积分器的输出电压为： 式中，UW为 t = 0 时电容C两端电压值。
将上式在t = T1 处按马克劳林公式展开， 若选取适当参数，使 ， 则上式可简化为：
(6)
(2)反向积分阶段：
在此阶段，基准电容C两端电压又被内部积分电路进行反向积分，在整个T2阶段UC(t)可认为是线性的，T2结束时积分器输出又回到零位，此时有：
(7)
由式（4）、式（6）、式（7）整理可得：
将式（3）代入上式，得：
令等式两边常量对应相等，则有：q=T2。
在T2时间内， 对A/D转换器进行时钟计数，并以数字量形式输出，从而定量地将被测温度值反映出来，实现电路的数字化测量。
三、ICL7135与单片机89C52接口的新方法
以往使用7135是利用它具有多重动态扫描的BCD码输出来读取A/D转换结果，这样既费时、又占用较多口线。在测控仪表中，尽量少占用微处理器I/O口线，以最少原器件、完成尽可能多的任务是十分重要的。这里介绍的ICL7135与单片机接口的简易方法，是利用7135的“BUSY”端，只需占用单片机89C51的一个I/O口和内部的一个定时器，就可以在十几微秒的中断服务程序中把ICL7135的A/D转换值送入单片机内。实践证明，该方法具有实际应用价值。
在图2中，若89C51的时钟采用6MHz晶振，在不执行movx指令的情况下，ALE是稳定的1 MHz频率，将ALE经过二分频可得到500 kHz的频率供给ICL7135时钟输入端。T0规定为定时方式1，满足ICL7135的19999满量程要求。ICL7135在A/D转换阶段， 状态输出引脚BUSY为高电平，指明A/D转换器正处在信号积分和反积分阶段，这个高电平一直持续到消除积分阶段结束。在定时器方式寄存器TMOD中，置T0的门控位GATE为1，利用BUSY作为计数器门控信号，T0的计数将受BUSY控制。控制计数器只能在BUSY为高电平时计数，那么输入信号：A/D转换值=BUSY高电平期间内计数器计数值-10 001
图2中用ICL 7135的BUSY端接89C52的外部中断 POL为信号极性输出端，接89C52的P1.7，高、低电平表示被测信号为正、负极性。
四、实验结果及误差分析
在以铂电阻测温电路的线性化设计的方案中，误差来源一方面来自于基准电容放电过程的非线性引起的误差：当RC取值满足 时，此项误差折合成温度值可小于0.03℃。另一方面误差来自于A/D转换准确度。当选用4位半A/D转换器ICL7135时，其准确度为±0.05%，折合最大温度误差为0.10℃，两项误差相对独立，电路总体测温误差为±0.104℃。本电路经组装后，进行了实际性能测试，实验数据见表1。从测试结果看，样机最大误差为-0.18℃，与分析结论基本相近。
表1 （铂电阻分度号为Pt100） 参考文献
[1]R.E.贝德福德、T.M.道芬里、H.普雷斯顿.托马斯合著：袁光富译，温度测量，计量出版社，1995
铂电阻范文2
Electromagnetism
Maxwell Equations， Wave Propagation and Emission
2012，560p
Hardcover
ISBN9781848213555
T. Bécherrawy著
本书是一部关于电磁学理论及其应用的高年级本科生教材，除了介绍经典的电磁理论外，作者还增加了4个方面的高等内容：波导、相对论电磁学、电磁场中的粒子和电磁辐射。
在18世纪以前，电学和磁学是两门独立的学科，直到1819年奥斯特发现电流产生磁场和1831年法拉第发现变化磁场感应出电流之后，人们意识到电学和磁学之间具有非常紧密的联系。1873年，麦克斯韦通过一组简洁的方程组统一了电学和磁学，称之为电磁学。该理论的一个重要预言是，电磁波存在并且以光速传播。这个预言在1887年被赫兹的实验所证明。电磁感应现象的发现使得人类可以大规模发电，在19世纪中后期开启了第二次工业革命。电磁波的发现和电子学的发展，在20世纪引导了真正的电子通信革命，对经济、社会、文化和政治等方面都产生了深刻的影响。
全书共分为4部分15章：第1部分 静态电磁学，含第1-7章：1.序言；2.真空中的静电学；3.导体和电流；4.电介质；5.一些特殊技巧和近似的方法；6.真空中的磁场；7.物质中的磁学。第2部分 时变电磁学，含第8-10章：8.电磁感应；9.麦克斯韦方程组；10.电磁波。第3部分 传播效应，含第11-12章：11.反射，干涉，衍射和弥散；12.波导。第4部分 相对论、粒子和辐射，含第13-15章：13.狭义相对论和电动力学；14.带电粒子在电磁场中的运动；15.辐射； 附录：A.数学知识回顾；B.物理单位；C.物理常数。
本书作者T.Bécherrawy教授从巴黎大学和纽约Rochester大学获得理论物理学博士学位，在黎巴嫩大学、法国的Savoy大学、IUFM、Nancy大学等院校教授物理学，曾担任黎巴嫩大学物理系主任，在高能粒子物理学领域发表了多篇文章。
本书适合作为高年级本科生学习电磁场理论的教材，也给电磁场理论教学提供有益的帮助。一些带星号（*）的章节属于较有难度的内容，可以跳过而不影响内容阅读的连贯性，每章都附有丰富的习题和参考答案。
陈涛，博士生
（中国传媒大学理学院）
铂电阻范文3
关键词:少数民族 广播 直播节目 思考
广播直播节目一改单向的传播为多向沟通,已成为对重大新闻事件进行全方位纪实宣传报道的“重头戏”,而备受听众喜爱。目前,随着科技进步的日新月异和报刊、广播、电视、互联网等媒体之间竞争的日趋激烈,广播直播节目对于少数民族地区广播电台来说可谓机遇与挑战并存。那么,少数民族地区广播电台在设备、技术相对比较落后,采编播专业队伍建设相对比较滞后,节目质量和水平与发达地区相比尚有一定差距的情况下,如何通过管理创新、机制创新、技术创新,唱好社会主义市场经济新形势下广播直播这台“重头戏”,从而走出一条切合当地实际的改革发展之路,本文将做以下分析和思考。
一.少数民族地区广播事业发展现状及广播直播节目初探
改革开放以来,特别是随着国家西部大开发战略的实施,地处西部的少数民族地区广播影视事业发展取得了长足进步,并在广播直播方面进行了一些有益的探索和尝试以我省临夏回族自治州为例:
地处西北内陆,全国30个少数民族自治州之一的临夏回族自治州,自然条件严酷,经济发展相对滞后。改革开放以来,特别是近几年,随着西部大开发战略的事实,为临夏州经济建设和社会各项事业发展注入了生机与活力,尤其是广播影视事业不断深化管理体制改革,加大经费投入,人才队伍建设力度,着力提高科技含量。目前,广播电影电视局、广播电视台“局台合一”,广播电台、电视台有线电视台“三台合一”的广电管理体制业已形成,数字音频广播站建设初具规模,节目制作播出实现数字化,广播影视事业取得了长足发展,为社会主义市场经济新形势下加强和改进新闻宣传工作奠定了坚实的基础,也为这个少数民族地区进行广播直播的有益尝试创造了良好的条件。
二、确立广播直播的主导功能
与录播相比,直播具有以下几方面的优势:
第一,广播直播为信息的传播开辟了一条最快捷最广泛的通道,它大大提高广播时效,扩充了信息容量,增加了信息密度。
第二,节目直播机制为听众参与广播创造了条件,为信息反馈搭建了平台,增强了广播传播的双向性和开放性。
第三,主持人直播缩短了电台与听众之间的距离,密切了主持人与听众之间的关系,增加了节目的亲和力和凝聚力。
第四,广播直播拓展了节目空间。
三、少数民族地区广播直播的重要性和必要性
第一、广播直播是践行“三个代表”重要思想的迫切要求。广播直播宣传党的路线、方针、政策,弘扬民族优秀文化,最大限度地满足听众要求,服务于广大人民群众,提高全社会对新闻事实的认知程度,是身体力行“三个代表”重要思想的具体体现。
第二、广播直播是深化新闻改革的有效措施。广播直播贴近生活,贴近群众,贴近实际,是加强和改进宣传报道方式,深化新闻改革的一种有效形式。
第三、广播直播是推进广电产业发展的必要途径。广播直播能充分发挥资源优势,优化节目配置,有效提高收视率,带动经营创收,是增强少数民族地区广电事业经济实力和自我发展能力,推动广播电视产业化发展进程的必要途径。
第四、广播直播是全面建设小康社会的根本需要。广播直播要服从服务于党和政府的各项中心工作,要根据时代和形势的需要,根据党的路线方针政策的需要不断设置和调整节目内容,提高宣传质量,宣传艺术和宣传效果,在加强社会主义物质文明,精神文明,政治文明建设,加快全面建设小康社会进程中发挥应有的作用。
四、少数民族地区广播直播的有利条件和制约因素
第一,有利条件。一是随着改革开放的不断深入,听众对信息的需求量越来越大,广电管理体制改革,良好的工作机制和高新科技的广泛推广应用,为直播创造了政策、技术支持和广阔的发展空间;二是“采、编、播、控”一体化节目生产方式的不断成熟,改变了传统广播编辑工作的生产流程,减少了生产环节。
第二,制约因素。一是受少数民族地区经济发展水平的制约,广播经费投人不足,采编设备陈旧落后,更新不足;二是现有专业队伍整体素质较低,技术保障能力不能满足直播需求;三是广播直播起步晚,起点低,内容形式更新不足,节目整体水平较低;四是直播难度大、工作量大,一些广播主持人缺乏专业新闻知识,不能适应直播需要。
五、提高少数民族地区广播直播节目水平的对策
第一、加大经费投入。
第二、提高科技含量。
第三、加强专业队伍建设。
第四、更新广播直播的形式和内容。
六、直播节目的选题与思考
如何选好题材是直播节目是否受听众欢迎的一个关键所在,也是民族地区广播直播需要研究和探讨的新课题。
第一、要围绕政策热点选题材。
第二、围绕社会热点选题材。
第三、围绕生活热点选题材。
第一、建立以直播室为中心的节目运作方式。
第二、主持人要把好“现场关”。
第三、发挥导播作用,注重现场编辑。导播在直播节目中的地位非常重要,直播节目离不开导播,也需要一位具有一定专业素质的导播。作为和主持人密切配合的导播,要千方百计帮助,配合主持人做好每一期直播节目,他既要负责主持人与现场听众的联系,还要根据现场情况,掌握时间流程、节目进程、活跃现场气氛、随时为主持人出谋划策,节目整体播出效果与主持人的形象、水平都离不开导播的默契配合。此外导播还要根据参与节目听众年龄、职业、经历、文化程度的差异,选择热线电话,进行正确的舆论引导。
引文:
[1] 陆锡初.广播新闻编辑教程.第299页至300页,第309页至310页
[2] 王振业.广播新闻与电视新闻.第228页至229页
参考文献:
铂电阻范文4
关键词：PT100 超温报警 无线遥控
中图分类号：TP212
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）008-056-02
1 引言
温度是作为被测量与控制的重要参数之一，很多的生产过程都是在特定的温度范围内进行的，这就需要控制与测量温度。铂电阻是一种常用的测温元件之一，具有测温范围广，准确度高，可靠性好等优点。本文选用PT100铂电阻，设计了系统的软硬件，为温度监控提供了一种新的思路。该系统提高了监控温度的精度，可以根据实际需要调节高温报警的上限。
2 基本工作原理
PT100铂电阻的阻值随着温度的变化而变化，利用此特点来采集温度信号，外加恒流源将采集的信号转换成电压，再经过放大和A/D转换，送给单片机进行处理，由液晶显示被测温度，如果超温则发出报警，另外通过无线遥控模块调节超温报警上限。
3 硬件设计
完善的硬件设计是系统正常工作的基础，基于PT100的温度监控系统，硬件主要由以下四个模块构成，单片机STC89C52、测温模块、显示模块、无线遥控模块和超温报警模块。系统硬件框图如图1所示。
3.1 测温模块
该测温模块主要是采集温度信息，送给单片机进行处理。测温模块的结构如图2所示，主要包括恒流源、PT100的四线式接法，放大电路和A/D转换。
(1)铂电阻。
铂电阻PT100测温时, 一般采用的方法是二线制或三线制接法。二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。由于连接导线的电阻和接触电阻会对PT100测温的精度产生较大影响，故本系统采用PT100的四线式接法，没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出电阻值，提高了测量精度。
(2)恒流源。
恒流源电路选取芯片运算放大器OP07，它和5个电阻搭建组成恒流源电路，输出恒定的工作电流。
(3)放大电路。
Pt100铂电阻一端输出的电压很小，如果直接和A/D相连，则转换数据的偏差较大，所以本设计将铂电阻一端输出的电压与放大电路相连，将电压放大之后再和A/D相连，这样就能得到较好的转换效果，该放大电路是基于芯片LM348设计的。
(4)A/D转换。
我们所测的信号是连续变化的物理量，通过A/D转换将连续变化的模拟量转换为计算机能接受的数字量，此处考虑到精度要求，采用了12位AD转换芯片TLC2543芯片。
3.2 超温报警
超温报警，采用电磁式蜂鸣器，它由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。如果测量温度超过规定的温度，蜂鸣器发出报警声，同时LED闪烁并且液晶显示超温提醒。
3.3 无线接收发射电路
遥控器的遥控功能实现，是以电磁波或红外线为数据传输介质，实现指令的传送功能。遥控器发送的数据经过加密编码，调制，载波输出信号。接受模块，则进行相反的操作，提取出遥控器发射过来的命令，再由单片机执行相应的命令，调节超温报警的上限。发射和接收集成电路由芯片PT2262-IR/PT2272-M4组成。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作。
4 软件设计
本系统软件设计主要分为两部分：铂电阻分度表的线性化处理软件设计和显示模块软件设计。前者采用Matlab软件计算，后两者采用C语言编写。
4.1 铂电阻分度表的线性化处理软件设计
利用Matablede的计算能力进行铂电阻分度表的线性化处理，将测量范围-40℃—120℃分三段线性回归处理，用的方法是最小二乘法，通过计算可得：
(1)当84.27欧
(2)当100欧
(3)当119.40欧
4.2 显示模块软件设计
显示模块主要是显示测得温度，判断是否超温，当超温的时候，蜂鸣器发出报警，LED闪烁且液晶显示超温提醒；当需要修改报警上限的时候，通过无线接收模块的按键进行加减。软件流程如图3所示。
5 系统调试
完成了系统的硬件和软件设计，然后对其进行联合调试，系统正常运行，但仍需进一步完善，其中有两个需要注意的问题：(1)PT100的工作电流问题。本系统选用的PT100的最大工作电流为0.3mA，如果流过铂电阻的电流超过这个数值，铂电阻本身会发热，影响测量温度的准确性，误差可能越来越大；(2)负载电阻如果用电阻串并联或者寻找近似电阻得到的，先逆向算出对应的温度，再用万用表调试，否则将影响测量结果，产生不必要的误差。
6 结束语
针对铂电阻PT100在测量温度时非平衡电桥的非线性误差和高温报警上限不可调的问题，设计了一种新型的温度监控系统，分别介绍了硬件和软件设计的各模块。实验证明，该设计方案是可行的，为温度监控提供了一种新思路，具有良好的应用前景。
参考文献：
[1] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门提高开发拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2011.
[2] 鲁成杰,惠力,杨英.C51环境下TLC2543的软件设计[J].山东科学,2010,23(5).
铂电阻范文5
【关键词】FPGA；无人飞行器；温度巡检
1.引言
目前无人飞行器主要飞行于大气对流层和平流层低层区间。该区间大气温度变化复杂，大气环境的温度过低或过高都将直接影响无人飞行器控制系统的正常工作。由于无人飞行器机身需要检测温度的部位较多，监测目标比较分散，使用单一结构的温度传感器或结冰探测仪表难以实时、全面地掌握整个机身表而温度状况，因此，本设计结合已有的民用多路测温技术，提出一种基于FPGA的适用于无人飞行器机身各部位温度检测和功能事务管理的多路温度巡检系统。该系统可在无人飞行器飞行过程中，根据需要循环监测各部位的温度状况，以便能够及早测出机身可能出现的结冰低温并向系统发出报警信号使飞机及时飞离结冰区域或开启除冰设计，从而达到保障飞行安全的目的。
2.设计方案
无人飞行器温度巡检装置的结构框图如图1所示。
本设计采用FPGA作为核心芯片，电源电路供电后，信号调理电路通过铂电阻传感器PT100将采集的电压信号通过放大器放大后送给A/D采样电路，A/D采样电路通过采样把模拟信号转换为数字信号后送给FPGA进行处理，处理数据后FPGA自动把处理结果送出，通过液晶显示并且与键盘电路设定的值进行比对，如果超出设定值范围，FPGA送出信号，使得蜂鸣器电路报警，继电器电路响应，启动加热装置，图1给出了系统的整体框图。
图1 系统硬件框图
3.硬件电路设计及实现
按照系统的功能要求，装置的硬件电路依据其功能划分为信号调理模块、A/D采样模块、FPGA最小系统模块等部分。
3.1 信号调理模块
系统采用惠斯通电桥接入铂电阻传感器PT100信号，如图2所示。
图2 信号调理模块电路
图2中INA、INB之差与PT100阻值变化呈线性关系，通过将INA、INB变化值采样再对应铂电阻传感器P100刻度表即可换算得到实测温度。考虑到铂电阻传感器PT100探头产生的信号非常微弱，很容易受到噪声干扰，所以放大电路选择单运放构成的仪表放大器。仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。图2中R3，R4，R5，R6，R7，R8均采用低温漂的精密电阻，R2为多圈精密可调电阻。通过电路可以计算出：
（1）
由式（1）可看出，通过增减R8的阻值即可改变增益，得到理想的放大倍数。
3.2 A/D采样模块
系统选用AD7476作为采样芯片。该芯片是12位低功耗逐次逼近型ADC，采用单电源工作，电源电压为2.35V至5.25V，最高吞吐速率可达1MSPS，完全满足本系统的采样精度和速度的要求。该芯片内置一个低噪声、宽带宽采样保持放大器，可处理6MHz以上的输入频率。AD转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟SCLK进行控制，从而为器件与FPGA接口创造了条件。输入信号在CS的下降沿进行采样，而转换同时在此处启动，转换速率取决于SCLK的时钟频率。图3为AD7476的典型接线电路。
图3 AD7476典型接线电路
4.软件设计
温度巡检装置的软件以VHDL语言为基础，采样模块化的设计思路编程，分为液晶显示模块、AD采样模块、键盘输入模块、报警模块和PWM控制模块模块。图4给出了各模块之间的关系图。
图4 各模块关系框图
系统首先通过AD采样模块对温度进行采样，将采样的数据送入温度检测模块进行处理。温度检测模块的任务是计算将采样来的温度值与系统的预设值之间的差值，利用差值的大小来控制PWM模块输出脉冲宽度不同的脉冲波，通过脉冲波开控制继电器的通断，从而达到温度的恒定控制。
5.实测结果
5.1 系统的定标
首先用高精度电阻箱代替铂电阻传感器Pt100对测量系统进行定标。根据式1所示的铂电阻传感器Pt100电阻和输出电压之间的关系，通过改变电阻箱的取值来设定相对应的测试温度点标称值，经过测量系统、A/D采样的计算，得到测量温度显示值。根据初测数据对测量电路、补偿电压进行校准后，完成对系统的定标工作。
5.2 系统实测
将铂电阻传感器Pt100接入测量系统，并置入高精度恒温箱中（温控精度0.01℃）进行整个温度测量系统定标测量。测量时要注意恒温箱的密封，以提高环境温度稳定性；恒温
箱温度稳定后，每隔1min对同一温度点进行20次测量。测量温度值数据及处理结果如表2所示。由表1中数据可见，测量系统的最大误差为0.009℃，说明Pt100铂电阻传感器的定标误差较小，精度也较高，能满足高精度温度测量系统的测量要求，但温度高端误差较大，可能与恒温箱温度控制精度有关，有待于进一步定标。
表1 系统实测数据
实际温度（度） 测量温度（度） 误差值
10.000 9.9990 -0.001
20.000 20.000 0.00
30.000 30.003 0.003
40.000 40.002 0.002
50.000 49.997 -0.003
60.000 59.991 -0.009
6.结论
本文设计了基于FPGA的无人飞行器温度巡检装置的软硬件设计，该装置利用FPGA快速性、可并行性、延时固定性等特点，能够快速，准确的检测无人机的各部件温度。通过实验验证，系统的最大误差不超过0.01度，完全满足无人飞行器对温度采集的要求。
参考文献
[1]方益喜.基于PT1000的高精度温度测量系统[J].电子设计工程，2010（10）：80-82.
[2]张石锐，郑文刚，黄丹枫，等.微弱信号检测的前置放大电路设计[J].微计算机信息，2009（23）.
[3]辛颖，谢光忠.基于ZigBee协议的温度湿度无线传感器网络[J].传感器与微系统，2006（7）：28-29.
[4]徐文波.Xilinx FPGA开发实用教程[M].北京：清华大学出版社，2012.
铂电阻范文6
基金项目：国家自然科学基金项目（51167002）
作者简介：贺少斌(1985―) , 男, 湖南娄底人, 硕士研究生, 研究方向: 复杂系统控制理论及应用。
文章编号：1003-6199(2014)02-0057-07
摘 要：设计一个具有斜8字型伏安特性的忆阻器模拟电路模型，并将此模型应用于构建低通滤波电路。进行Multisim仿真并制作了相应的实物电路，仿真和实验结果表明该电路模型可以正确模拟忆阻器的特性，由其构建的忆阻低通滤波电路具有时变特性。
关键词：忆阻器; 模拟电路模型;低通滤波电路
中图分类号：TM546文献标识码：A
お
Analog Circuit Based Memristor Model and Its Application in Lowpass Filter Circuit
お
HE Shaobink, LU Yimin
(College of Electrical Engineering, Guangxi University, Nanning,Guangxi 530004,China)
Abstract:An analog circuit based memristor model is developed using conventional circuit elements and is applied to a MC lowpass filter. Simulation and experimental results show that the proposed model has a hysteretic voltampere characteristic and the corresponding lowpass filter exhibits timevarying characteristics.
Key words:memristor; analog circuit model; lowpass filter circuit
1 引 言
忆阻器［1-5］是一种具有可变电阻的二端口无源器件。早在1971年蔡少棠就假设存在缺失的第四种无源基本元件――忆阻器，但直到2008年惠普实验室的研究人员才宣布实现了一种固态的忆阻器［2］。当有电压作用于忆阻器两端时，忆阻器的阻值会发生变化。惠普忆阻器有两个重要的电路特性：一是忆阻器具有斜8字型的伏安特性曲线；二是对忆阻器对频率具有敏感性，即偏置电压的频率越高伏安特性曲线越窄，越接近于一个线性的电阻。忆阻器在计算机、神经网络、模拟电路等方面都具有潜在的应用价值［6-8］，它将会同晶体管一样，给电子行业带来巨大的变革。本文研究了基于忆阻原理的滤波电路特性。
2 忆阻器的电路模型
忆阻器的应用潜力是巨大的，但目前市场上还购买不到现成的忆阻器，本文利用现有的有源和无源器件来模拟忆阻器特性。忆阻器的电路模型如┩1。
ネ1 忆阻器的电路模型オ
在图1中，电压V1是忆阻器两端的电压，电流i1即流过忆阻器的电流。运算放大器U1组成的是一个电压跟随器，其作用是为了防止负载效应。运算放大器U2及电阻R1和电容C1组成一个积分器，其输出端电位V4与忆阻器的磁通量φ成正比。AD633JN是一个四象限模拟乘法器，它用来实现忆阻器两端电压V1与V4相乘。通过分析我们可以得到以下的方程组：
V2=V1V4=－1R1C1∫t0V2dtV5=V1•V410(1)
从而得到忆阻器的电流
i1=iR2=V1－V5R2=V1R2(1+110R1C1∫t0V1dt)(2)
将式(2)两边同时对时间t积分，得到
q=φR2(1+120R1C1φ)=αφ+12βφ2 (3)
其中α=1R2，β=110R1R2C1，q为流过忆阻器的电荷量，φ为通过忆阻器的磁通量。
由式(2)两边同时除以V1可得忆导
计算技术与自动化2014年6月
第33卷第2期贺少斌等：忆阻器模拟电路及其低通滤波电路研究
W=1R2+110R1R2C1∫t0V1dt=α+β∫t0V1dt (4)
由式(4)可知，忆导W与通过忆阻器的磁通量φ是线性关系。当V1=Asinωt时，W(t)=α+β∫t0Asin ωtdt=α+βAω(1－cos ωt)。当角频率ω固定时，忆导W是一个以ω为周期变化的值，其最大值为α+2βA/ω，最小值为α。而忆阻值M=1/W，因此忆阻M也是一个以ω为周期变化的值，其最大值为1/α即R2，最小值为1/(α+2βA/ω)。
惠普忆阻器的一个显著特征便是在正弦信号的激励下其伏安特性曲线是一个斜8字型，为了说明本文中的忆阻器具有该特性，我们用Multisim仿真软件对忆阻器的电路模型进行了仿真，仿真电路如图2。仿真参数为：R1=50kΩ，R2=2kΩ，R3=100kΩ，C1=1μF，V1(t)=5sin10πt(V)，得到忆阻器的电压、电流波形及电压-电流的相图如图3所示。图3a中蓝色曲线为电压波形，红色曲线为电流波形，图3b为伏安特性曲线，为一斜8字形曲线。 图4是忆阻器阻值的变化曲线，从图中可看出忆阻是一个周期变化的曲线，有最大值2000Ω和最小值1222Ω。图5给出了忆阻器在不同频率正弦激励下的伏安特性曲线，从图中可以看出频率越高，伏安特性曲线越接近一条直线，当频率为无穷大时，忆阻效应消失，忆阻器就相当于一个普通的┑缱琛＊
ね2 忆阻器Multisim仿真电路
(a) 忆阻器电压及电流波形
(b) 忆阻器伏安特性曲线
图3 忆阻器电压电流波形及伏安特性曲线
图4 忆阻器阻值变化曲线オ
(a) f=5Hz
(b) f=10Hz
(c) f=20Hz お
(d) f=100Hz
图5 不同频率正弦激励下的伏安特性曲线
3 基于忆阻器的低通滤波电路
滤波器是一种对不同频率的信号具有不同抑制特性的电路，RC无源滤波器是最简单的模拟滤波器，它具有成本低、运行稳定、技术相对成熟、选择性高等优势，在模拟电路中有着广泛的应用。基于忆阻器对频率的敏感性，用忆阻器M代替RC无源低通滤波器中的电阻R组成MC低通滤波器［9-10］，通过仿真和实验来分析MC滤波电路。オ
(a)RC低通滤波电路(b) MC低通滤波电路
图6 低通滤波电路
图6a所示的RC低通电路是最简单的低通滤波器，一般称为无源低通滤波器。电压源作为输入端，电容作为低通输出端。电阻的阻抗为R，电容的阻抗为1/jωC，系统的传递函数
H(jω)=VoutVin=1/jωCR+1/jωC=11+jωRC (5)
由上式可知，一阶RC无源低通滤波电路的传递函数与时间无关，是一个时不变系统。不论输入信号如何，系统的传递函数都保持不变，仅与RC电路中电阻和电容的参数有关。
图6b是MC低通滤波器的电路原理图，与RC低通滤波器不同的是用忆阻器替代了电阻，电容两端电压仍然作为低通输出端。由基尔霍夫电路定律可得
Vin=Mi+Vout=1WCdVoutdt+Vout (6)
令Vin=ejωt，Vout=H(jω)Vin,并将式(4)代入上式中得
ejωt=jωCH(jω)ejωtα+β∫t0(ejωt－H(jω)ejωt)dt+H(jω)ejωt(7)
两边同时消去一个ejwt化简得到
H(jω)－1=ω2CH(jω)jωα+β(1－H(jω))(ejωt－1) (8)
由式(8)可知，系统函数包含时间因子，因此由忆阻器和电容组成的滤波电路是一个时变系统，从而无法直接通过系统传递函数来描述MC滤波器。
图7是MC低通滤波器的Multisim仿真电路图，电容C2与忆阻器串联，电容C2两端的电压作为低通滤波器的输出电压，输入电压为V1(t)=8sinωt(V)。图8给出了不同频率下输入电压（蓝色）和输出电压（红色）的波形。从中可以看出，低频时，输出电压幅度比较大，衰减小，而高频时，输出电压幅度比较小，衰减大。因此MC低通滤波电路能保证低频信号顺利通过，高频信号得到抑制。图9给出了MC低通滤波器工作时忆阻器的电压电流波形及伏安特性曲线。
图7 MC低通滤波器Multisim仿真电路图
(a)f=5Hz
(b)f=10Hz
(c)f=20Hz
(d)f=100Hz
图8 MC低通滤波器输入输出电压波形
图9 MC低通滤波器工作时忆阻器的
电压电流波形及伏安特性曲线
4 电路实验与分析
为了观察忆阻器斜8字形的伏安特性曲线，必须将忆阻器的电流信号转化为电压信号才能利用示波器显示出来。注意到图1中忆阻器的电流与电阻R2是成正比的，比例系数等于电阻R2的大小即2000倍，因此只要测出R2两端的电压即可。这就需要用到一个电压减法电路如图11所示，输入信号U1和U2分别通过R1和R2接到运放的反相输入端和同相输入端，输出电压经过R4反馈到反相输入端。在MC低通滤波实验中，为了测量输出电压（电容C2两端的电压）的波形，也需要用到此电压减法电路。
图10 MC低通滤波电路实物图
图11 电压减法器电路オ
根据电阻分压的关系有
U+=R3R2+R3U2，U－=R4R1+R4U1+R1R1+R4U0(9)
由U+=U－可得
R3R2+R3U2=R4R1+R4U1+R1R1+R4U0(10)
本实验中取R1=R2=R3=R4=100kΩ，即Uo=U2-U1。オ
首先来检验单独忆阻器的伏安特性，取偏置电压为V1(t)=5sin10πt(V)，忆阻器的电压可以直接利用示波器测量，忆阻器电流利用电压减法器可以测量出，得到电压电流的时域波形和相图如图12所示。图12 a中黄色曲线为忆阻器两端的电压即偏置电压信号，绿色曲线为放大2000倍后的电流波形，这与Multisim的仿真结果保持一致。图12 b所示的忆阻器伏安特性曲线是一个斜8字型，验证了理论与仿真的正确性。改变偏置电压的频率可以得到不同形状的伏安特性曲线如图13所示，频率越高，斜8字型曲线越窄，忆阻效应减弱，当频率无穷大时，为一条直线，与普通的电阻伏安特性相同。オ
(a)忆阻器电压和电流波形
(b) 伏安特性曲线
图12 偏置电压为V1(t)=5sin10πt(V)时
忆阻器电压和电流波形及伏安特性曲线オ
接下来测试MC低通滤波器，取偏置电压为V1(t)=8sinωt(V)，输入电压可以直接利用示波器测量，电容两端的输出电压需要用到电压减法器测量，改变输入电压的频率可以得到输入输出的电压波形如图14所示。从图中可以看出随着输入电压频率的增大，输出电压的幅度得到了抑制，从而实现了低通滤波。オ
(a)f=5Hzお
(b)f=10Hz
(c)f=20Hz
(d)f=100Hz
图13 不同频率正弦偏置下的忆阻器伏安特性曲线
(a)f=5Hz
(b)f=10Hz
(c)f=20Hz
(d)f=100Hz
图14 偏置电压改变频率MC
滤波器的输入输出电压波形
5 结 论
本文设计了一个具有斜8字型伏安特性曲线的忆阻器模拟电路，忆阻器的阻值会随着偏置电压的作用而发生改变。忆阻器模拟电路的Multisim仿真和电路实验验证工作表明本忆阻器的模拟电路能够较好地模拟忆阻器的特性，可以将其应用于有关忆阻器的其它电路中，为忆阻器拓展电路的研究打下基础。此外，本文还基于忆阻器模拟电路研究了由其构成的低通滤波电路，仿真结果和实验结果表明该滤波电路是一个时变电路，为进一步利用该电路的时变低通滤波特性奠定了基础。
参考文献
［1］ CHUA L O. Memristor-the missing circuit element ［J］.IEEE Trans Circuit Theory, 1971, 18(5): 507-519.
［2］ STRUKOV D B,SNIDER G S,STEWART D R, et al. The missing memristor found ［J］.Nature, 2008, 453:80- 83.
［3］ WILLIAMS S. How we found the missing memristor ［J］. IEEE Spectrum, 2008, 45(12):24-31.
［4］ CHUA L O, KANG S M. Memristive devices and systems［J］.Proc IEEE, 1976, 64 (2):209-223.
［5］ DI V M,PERSHIN Y V, CHUA L O. Circuit elements with memory: memristors, memcapacitors, and meminductors ［J］.Proc IEEE,2009,97(10):1717-1724.
［6］ RAJA T,MOURAD S. Digtial logic implementation in memristorbased crossbars ［C］ Int Conf Commun, Circ Syst. Santa Clara,CA,USA. 2009: 939-943
［7］ CONG J, XIAO BJ. mrFPGA: a novel FPGA architecture with memristorbased reconfiguration ［C］ IEEE Int Symp Nanoscale Architectures. Los Angeles, CA,USA.2001: 1-8.
［8］ LAIHO M, LEHTONEN E. Cellular nanoscale network cell with memristors for local implication logic and synapses ［C］ IEEE Int Symp Circ Syst. Turku, Finland. 2010: 2051-2054.