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电路设计分析范文1
关键词：数字信号处理器；三电平；PWM整流器；功率因数校正
引言
三电平（ThreeLevel，TL）整流器是一种可用于高压大功率的PWM整流器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点。文献[1]及[2]提到一种三电平Boost电路，用于对整流桥进行功率因数校正，但由于二极管整流电路的不可逆性，无法实现功率流的双向流动。文献[3]，[4]及[5]提到了几种三电平PWM整流器，尽管实现了三电平，但开关管上电压应力减少一半的优点没有实现。三电平整流器尽管比两电平整流器开关数量多，控制复杂，但?具有两电平整流器所不具备的特点：
1）电平数的增加使之具有更小的直流侧电压脉动和更佳的动态性能，在开关频率很低时，如300～500Hz就能满足对电流谐波的要求；
2）电平数的增加也使电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，且随着电平数的增加，正弦性越好，功率因数更高；
3）开关的增加也有利于降低开关管上的电压压应力，提高装置工作的稳定性，适用于对电压要求较高的场合。
1TL整流器工作原理
TL整流器主电路如图1所示，由8个开关管V11～V42组成三电平桥式电路。假定u1=u2=ud/2，则每只开关管将承担直流侧电压的一半。
以左半桥臂为例，1态时，当电流is为正值时，电流从A点流经VD11及VD12到输出端；当is为负值时，电流从A点流经V11及V12到输出端，因此，无论is为何值，均有uAG=uCG=＋ud/2，D1防止了电容C1被V11(VD11)短接。同理，在0态时，有uAG=0；在－1态时，有uAG=uDG=－ud/2，D2防止了电容C2被V22(VD22)短接。
右半桥臂原理类似，因此A及B端电压波形如图2所示，从而在交流侧电压uAB上产生五个电平：＋ud，＋ud/2，0，－ud/2，－ud。
每个半桥均有三种工作状态，整个TL桥共有32=9个状态。分别如下：
状态0(1,1)开关管V11，V12，V31，V32开通，变换器交流侧电压uAB等于0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。
状态1(1,0)开关管V11，V12，V32，V41开通，交流侧输入电压uAB等于ud/2，输入端电感电压等于us－u1。电容C1电压被正向(或反向)电流充电(u1<us，或放电us<u1)，C2通过直流侧负载放电。
状态2(1,－1)开关管V11，V12，V41，V42开通，输入电压uAB=ud，正向(或反向)电流对电容C1及C2充电(或放电)，由于输入电感电压反向，电流is逐渐减小。
状态3(0,1)开关管V12，V21，V31，V32开通，交流侧输入电压uAB等于－ud/2，输入电感上电压等于us＋u1。电容电压被正向(或反向)电流充电(或放电)。
状态4(0,0)开关管V12，V21，V32，V41开通，输入端电压为0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。
状态5(0,－1)开关管V12，V21，V41，V42开通，交流侧电压为ud/2，正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电)，电容C1通过负载电流放电。
状态6(－1,1)开关管V21，V22，V31，V32开通，uAB=－ud，正向(或反向)线电流对两个电容C1及C2充电(或放电)，由于升压电感电压正向，线电流将逐渐增加。
状态7(－1,0)开关管V21，V22，V32，V41开通，交流侧电压电平为－ud/2，正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电)，电容C1通过负载电流放电。
状态8(－1,－1)开关管V21，V22，V41，V42开通，输入端电压为0，升压电感电压等于us，两个电容C1及C2均通过负载电流放电。电流is根据电压us的变化而增加(或减小)。
2硬件电路设计
从图2可以看出，在输入电压频率恒定的情况下，要在变换器交流侧产生一个三电平电压波形，输入电压一个周期内应定义两个操作范围：区域1和区域2，如图3所示。
在区域1，电压大于－ud/2，并且小于ud/2，在电压uAB上产生三个电平：－ud/2，0，ud/2。同理，在区域2，电压绝对值大于ud/2，并小于直流侧电压ud，在电压正半周期(或负半周期)上产生两个电平：ud/2和ud(或－ud/2和－ud)。相应电平的工作区域如表1所列。
表1相应电平的工作区域
工作区域
1
2
1
2
us>0
us<0
us>0
us<0
高电平
ud/2
ud
－ud/2
低电平
－ud/2
ud/2
－ud
为方便控制，这里定义两个控制变量SA及SB，其中
根据表1可以设计一个开关查询表，如表2所列，将其存储在DSP中，当进行实时控制时，便可根据输入电压、电流信号，从表中查询所需采取的开关策略。
表2查询表
SA
SB
V11
V12
V21
V22
V31
V32
V41
V42
uAB
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ud/2
1
－1
1
1
1
1
ud
1
1
1
1
1
－ud/2
1
1
1
1
－1
1
1
1
1
ud/2
－1
1
1
1
1
1
－ud
－1
1
1
1
1
－ud/2
－1
－1
1
1
1
1
整个控制系统以一片DSP为核心，控制框图如图4所示。
锁相环电路产生一个与电源电压同相位的单位正弦波形，ud的采样信号通过低速电压外环调节器进行调节，电流is的采样信号通过高速电流内环G1进行调节，电容C1端直流电压u1与电容C2端直流电压u2分别通过两个PI调节器进行调节，补偿环G2用于补偿两只电容电压的不平衡。
检测的线电流命令is与参考电流is＊比较，产生的电流误差信号送至电流内环G1，以跟踪电源电流变化，产生的线电流波形将与主电压同相位。
3软件设计
系统采用两个通用定时器GPT1及GPT2来产生周期性的CPU中断，其中GPT1用于PWM信号产生、ADC采样和高频电流环控制(20kHz)，GPT2用于低频电压环的控制(10kHz)，两者均采用连续升/降计数模式。低速电压环的采样时间为100μs，高速电流环采样时间为50μs。中断屏蔽寄存器IMR，EVIMRA和EVIMRB使GPT1在下降沿和特定周期产生中断，GPT2则仅在下降沿产生中断。
整个程序分为主程序模块、初始化模块、电流控制环计算模块、电压控制环计算模块、PWM信号产生模块等五大部份。程序流程如图5所示。
4仿真结果及实验
仿真参数如下：输入电压us交流220V，50Hz，输出功率1kW，开关管GTO，开关频率500Hz。整流状态和逆变状态下电源电压us、电源电流is、交流侧电压uAB波形分别如图6及图7所示。实验结果也证实了设计的正确性，在采用GTO管、开关频率较低（500Hz）时，输入侧电流波形仍然非常接近正弦，装置得到了接近1的功率因数，同时开关上的电压应力减少了一半。
电路设计分析范文2
关键词：红外数据传输红外检测IrDA编/解码调制/解调
引言
红外数据传输，成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑，在小型移动设备中得到了广泛的应用。近年来，很多著名半导体厂商，如Agilent、Vishay、Sharp、Zilog、Omron等，相继推出了许多遵循同一规范的不同类型的器件。本文就IrDA红外数据传输、各种IrDA器件的构成及其不同类型的红外通信电路设计进行综合阐述。
1红外数据传输及其规范简介
红外数据传输，使用传播介质——红外线。红外线是波长在750nm~1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm~25μm之间。红外数据协会成立后，为保证不同厂商的红外产品能获得最佳的通信效果，限定所用红外波长在850nm~900nm。
IrDA是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA相继制定了很多红外通信协议，有侧重于传输速率方面的，有侧重于低功耗方面的，也有二者兼顾的。IrDA1.0协议基于异步收发器UART，最高通信速率在115.2kbps，简称SIR(SerialInfrared，串行红外协议)，采用3/16ENDEC编/解码机制。IrDA1.1协议提高通信速率到4Mbps，简称FIR(FastInfrared，快速红外协议)，采用4PPM(PulsePositionModulation，脉冲相位调制)编译码机制，同时在低速时保留1.0协议规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的协议，简称VFIR(VeryFastInfrared，特速红外协议)。
IrDA标准包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范IrPHY(InfraredPhysicalLayerLinkSpecification)，红外连接访问协议IrLAP(InfraredLinkAccessProtocol)和红外连接管理协议IrLMP(InfraredLinkManagementProtocol)。IrPHY规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等等。[1~3]
红外传输距离在几cm到几十m，发射角度通常在0~15°，发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一。使用时只能以半双工方式进行红外通信。
在此把符合IrDA红外通信协议的器件称为IrDA器件，符合SIR协议的器件称为SIR器件，符合FIR协议的器件称为FIR器件，符合VFIR协议的器件称为VFIR器件。
2红外数据传输的基本模型
红外数据传输可用图1简单表示。
3IrDA器件的类型划分[3~8]
根据图1所述模型，把IrDA器件划分类型，如图2所示。
根据传输速率的大小，可以把IrDA器件区分为SIR、FIR、VFIR类型。如Vishay的红外收发器，TFDU4300是SIR器件，TFDU6102是FIR器件，TFDU8108是VFIR器件。
根据应用功耗的大小，可以把IrDA器件区分为标准型和低功耗型。低功耗型器件，通常使用1.8~3.6V电源，传输距离较小(约20cm)，如Agilent的红外收发器HSDL-3203。标准型器件，通常使用DC5V电源，传输距离大(在30cm~几十m)，如Vishay的红外接收器TSOP12xx系列，配合其发射器TSAL5100，传输距离可达35m。
使用上述三种分类方法，可以清晰地表明一个IrDA红外器件的性能。如Agilent的SIR标准型红外收发器HSDL-3000。
4IrDA器件的构成及其使用[3~8]
4.1红外发送器件
红外发送器大多是使用Ga、As等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的LED电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根。有少数厂商的红外发送器件内置有驱动电路。该类器件的构成如图3所示。
红外发送器件在使用时通常需要串联电阻，用以分压限流。
4.2红外检测器件
红外检测器件的主要部件是红外敏感接收管件，有独立接收管构成器件的，有内含放大器的，有集成放大器与解调器的。后面两种类型的红外检测器件构成如图4所示。
接收灵敏度是衡量红检测器件的主要性能指标，接收灵敏度越高，传输距离越远，误码率越低。
内部集成有放大与解调功能的红外检测器件通常还含有带通滤波器，这类器件常用于固定载波频率(如40kHz)的应用。
4.3红外收发器件
红外收发器件集发射与接收于一体。通常，器件的发射部分含有驱动器，接收部分含有放大器，并且内部集成有关断控制逻辑。关断控制逻辑在发送时关断接收，以避免引入干扰；不使用红外传输时，该控制逻辑通过SD引脚接受指令，关断器件电源供应，以降耗节能。使用器件时需要在LED引脚接入适当的限流电阻。大多数红外收发器件带有屏蔽层。该层不要直接接地，可以通过串联一磁珠再接地，以引入干扰影响接收灵敏度。红外收发器件的构成如图5所示。
4.4红外编/解码器件
编/解码，英文简称ENDEC，即实现调制/解调。编/解码机制，SIR器件多采用3/16ENDEC，FIR器件多采用4PPMENDEC。在此解释一下3/16ENDEC，其它可参阅有关资料。3/16ENDEC，即把一个有效数字位(bit)时间段，划分为16等分小时间段，以连续3个小时间段内有无脉冲表示调制/解调信息。红外编/解码器件，需要从外部接入时钟或使用自身的晶体振荡电路，进行调制或解调。
红外编/解码器件，有单独编码的集成器件，如键盘遥控红外编码器Mitsubishi的M50462AP；也有集编码/解码于一体的，这类器件较为多见，其构成如图6所示。
4.5红外接口器件
红外接口器件，实现红外传输系统与微控制器、PC机或网络系统的连接。设计中经常使用的器件有UART串行异步收发器件、USB接口转换器件等。
USB接口器件，实现红外收发与PC机的USB连接。集成度较高的USB接口器件如SigmaTel的STIr4200。STIr4200全兼容IrDA1.3和USB1.1，IrDA速率在2.4k~4Mbps，内含有红外编/解码器和4KB的FIFO缓存，20/28脚封装，可直接相联标准的IrDA收发器件，其构成如图7所示。
5常用红外数据传输电路设计[3~9]
5.1家电红外遥控收发电路的设计
彩电、空调、VCD等家用电器的遥控收发，是单向传输，通信距离通常在3~5m，调制/解调的载波频率通常在36~40kHz，可用“集成键盘编码IC+带驱动的红外发射管”构成发射遥控器，用“带放大与解调功能的红外检测器”构成接收端，接收后的信息可直接送给简易单片机(如AT89C2051)，由单片机通过软件进行遥控功能识别并产生相应动作。
图8是一个通用的家电遥控收发电路框图。
5.2PC机简易红外收发装置设计
现在的笔记本电脑、掌上电脑、移动手机等，常常集成有含编/解码功能(38kHz载波)的5针红外接口；可以很容易地设计电路，给PC机配上红外收发装置，无须考虑调制/解调。
5针红外接口插座引脚定义了：一对电源脚Vcc和GND，一对收发接口IrTx(红外发射端)和IrRx(红外接收端)，有一针NC未定义。
根据IrDA异步串行通信有关标准，IrTx引脚能提供>6.0mA的输出电流，IrRx引脚在吸收<1.5mA电流时就能对输入信号作出反应。依此可以设计出如图9(a)所示的简易红外收发装置。为进一步提高收发传输能力，可在发射端增加驱动，在接收端增加放大。这样做，分立元件过多，电路不够简洁。为简化电路，可以使用带有驱动和放大能力的红外收发器件。图9(b)就是用Zilog的红外收发器ZHX1010构成的简易收发装置。
给PC机加上红外收发装置后，需要对系统做如下设置：在BIOS中打开红外线接口，在使用时于设备管理器中启动“红外线监视器”。通常，PC机红外接口与其COM2口共用同一地址和中断，打开了红外接口，COM2口就不能再使用了。
5.3RS232-IrDA红外收发电路设计
这种类型电路工作在异步串行通信方式下，可以直接采用“UART电平转换器件+红外编/解码器件+红外收发器件”构成。图10是一个设计举例，图中器件使用了Maxim的MAX232。MAX232完成RS232信号电平到标准数字信号电平(如5V系统)的转换，HSDL-7000是红外编/解码器。
5.4USB-IrDA红外收发电路设计
设计这种类型的电路，最简捷的途经就是使用USB-IrDA接口器件。图11是采用SigmaTel的STIr4200接口器件的一个设计举例。STIr4200有一个可选择的外部增强性发射端口，如果要增强红外传输能力(如传输距离)，可在该端口增加发射管。对于STIr4200，SigamTel提供有各种Windows版本的驱动程序，使用十分方便。
5.5微控制器-IrDA红外收发电路设计
现在很多微控制器，内部集成有UART单元及其接口，支持IrDA标准，并可以直接与红外收发体系连接。图12是这类电路设计的一个举例。图中MCP2120是Microchip的红外可编程波特率编/解码器件。
有些微控制器，如80C51单片机，虽然内含有UART，却不支持IrDA标准或高速通信，不能直接相连红外收发体系。还有些微控制器，虽然所含的UART可以直接连接红外收发体系，但UART已用于其它目的。此时，可以选用UART接口器件。图13是80C51通过Maxim的MAX3110连接红外收发体系的，80C51单片机没有SPI接口。这里使用其I/O口，通过软件模拟SPI工作机制。MAX3110有一个收发传输中断脚，十分有利于软件编制。
6红外数据传输电路设计的注意事项
①要做好红外器件的选型。要求传输快速时，可选择FIR、VFIR收发器与编/解码器。要求长距离传输时，可选择大LED电流、小发射角发射器和灵敏度高的接收检测器。低功耗场合应用时，可选取低功耗的红外器件。要注意低功耗与传输性能之间存在着矛盾：通常低功耗器件，传输距离很小。这一点在应用时应该综合考虑。
②红外数据传输是半双工性质的。为避免自身产生的信号干扰自身，要确保发送时不接收，接收时不发送，可以着眼于软件设计，使软件在一种状态时暂不理会另一种状态；同时要合理设置好收发之间的时间间隔,不立即从一种方式转入另一种方式。
③要合理设计好各种红外器件的供电电路，选择适当的DC-DC器件，恰当地进行电磁抑制，做好电源滤波。同时还要注意尽可能减少功耗，不使用红外电路时要在软件上能够控制关闭其供电。很多厂家对自己推出的红外器件都有推荐的电路设计，要注意参考并实验。
电路设计分析范文3
【关键词】反激式开关电源；钳位电路；优化设计
1.反激式开关电源钳位电路概述
就钳位电路而言，其最为主要的作用是将脉冲信号波形的某一个部分固定于一个电平之上，以此来使其低于设定值。在反激式开关电源当中，钳位电路一般都是设置在主开关管与变压器相连接的位置处，此时该电路的作用是对主电路开关管进行有效保护，同时抑制变压器漏电感与开关管杂散电容的谐振脉冲电压。由于反激式开关电源的主开关管在导通或是截止时，其两端会出现一定程度的电压，同时还会伴随出现一定强度的电流，这样一来，便会导致开关管损耗。为进一步降低整个电路的损耗，在进行钳位电路的设计时，需要充分考虑对主开关管的保护以及尽可能减少电路损耗，从而确保开关管始终处于低电压应力及无损耗的条件下工作，通常将这种情况称之为软开关。软开关的方式通常都是相对于硬开关而言的，开关管在硬开关的工作方式下会出现一定的能量损耗，而在软开关的方式下，则基本处于无损耗的状态。在反激式开关电源中，想要实现开关管在软开关的条件下工作，就必须确保其两端电压或是电流在导通或是截止时有一个数值为零。在这一前提下，可将开关管的工作方式分为以下两种：一种是零电压工作方式，另一种是零电流工作方式。
钳位电路是反激式开关电源当中不可或缺的保护电路，其对于整个电源的安全性以及能量损耗均有着非常重要的影响。在实际使用过程中，反激式开关电源电路当中的元器件很难全部处于理想的状态，加之变压器本身存在一定程度的漏电感，开关管上开会分布杂散电容，这两者均会对开关管构成威胁，故此，必须通过加入钳位电路来有效抑制尖峰电压。在反激式开关电源中，RCD钳位电路是应用比较广泛的一种钳位网络，究其根本原因是其电路结构比较简单，具体是由电阻、电容和二极管构成。在该电路结构当中，电阻具有消耗储存在变压器漏电感中能量的作用，而电容的存在主要是保证能够获得一个低文波的直流源，二极管则具有单向导通功能。当开关管处于截止状态时，RCD钳位电路开始工作，此时变压器的漏电感能量也随之释放，二极管导通并对电容进行充电，当二极管的反向电压超过正向电压时，其便会截止，而电容则会借助电阻进行放电并消耗能量。不同的电容充电时间也均不相同，其对钳位效果的影响也存在一定的差异。通过大量的试验得出如下结论：RCD钳位电路当中的电容过大或是过小都无法达到钳位的效果，鉴于此，确定最为合适电容值至关重要。
2.针对反激式开关电源钳位电路的优化设计研究
从目前反激式开关电源的钳位电路设计的总体情况看上，其逐步朝着提升电源电路的可靠性和高效性方向发展，与此同时，在实现诸多功能的基础上，钳位电路的设计也随之变得复杂化。然而，由于受多方面条件的影响和制约，使得反激式电源开关的钳位电路设计还存在一些不足之处。故此，下面本文重点对钳位电路的优化设计进行分析。
2.1电路结构与基本工作原理分析
经过优化之后得到了低钳位电压ZVS反激式开关电源，如图1所示。
图1 低钳位电压反激式开关电源电路结构示意图
由图1可知，该电源为关，其中主开关管有两个，分别为S1和S2；辅助开关管有两个，分别为S3和S4；输出整流二极管位于变压器的副边，用字母D表示；输出端的滤波电容为Co，其与输入端通过变压器（T）相连接，T还具备电气隔离的作用；Cos1、Cos2、Cos3和Cos4分别为开关管S1～S4的杂散电容，且C=C=C=C；d1、d2、d3、d4分别为S1～S4的体二极管。Cc1与Cc2分别为钳位电路部分的钳位电容；Llk为（T）的漏电感，LM为（T）的原边电感，原边与副边电感的匝数比为n1：n2；全部开关管的周期均为Ts，可用1/ 来表示。该钳位电路经过优化之后，开关管的驱动电路较之单开关电路复杂很多，以一个工作周期为例，S1与S2同时导通和截止，而S3与S4则会在S1与S2截止一段时间后自动导通，并在S1与S2导通前的一段时间截止。通过对开关管之间的导通次序进行合理控制，能够有效确保全部开关管均在ZVS的方式下运行，并且S1～S4开关管的电压应力均钳位于比输入电压低。
2.2电源优化后的稳态分析
为了对优化之后的钳位电路特性进行系统分析，将某个周期内的电路工作时序状态分为三个阶段，并假定各个时序全部处于稳定状态，以此作为前提进行具体分析：
阶段1：（t
阶段2：（t
阶段3：（t
在上述三个阶段内，电源实现了能量的传递，通过对优化设计后的钳位电路在各阶段作用的分析后得出如下结论：优化设计的钳位能够实现全部开关管的电压钳位，并使开关管始终处于ZVS的方式下工作。由此可知，本文提出的优化设计方法合理、可行，具有一定的推广使用价值。
3.结论
总而言之，随着反激式开关电源技术的迅猛发展，一些应用场合对此类电源的各方面性能提出了更高的要求。通过相关研究后发现，设计一种低钳位电压漏电感能量循环利用无开关损耗的钳位电路，能够使反激式开关电源的安全性、稳定性和可靠性大幅度提高，并且可以满足大多数应用场合的使用要求，这对于反激式开关电源的推广具有非常重要的现实意义。
【参考文献】
[1]张继红，王卫，徐殿国.有源箝位反激式零电压零电流开关变换器研究[J].电力电子技术，2012（5）.
[2]张彬，周雒维，张晓峰.反激变换器绕组钳位电路的分析与设计[J].电子元器件应用，2011（10）.
[3]孟建辉，刘文生.反激式变换器DCM与CCM模式的分析与比较[J].通信电源技术，2010（6）.
电路设计分析范文4
关键词：燃烧炉 高温测试仪 电路原理 单片机 热电偶
引言：温度是一个重要的物理参数，它反映了物体的冷热程度。许多重要的物理、化学过程都要求在一定的温度条件下才能正常地进行，在生产过程中更是如此，只有在最佳的燃烧制度下（包括温度、压力、空燃比等），才能提高加热质量，才能得到优质的产品。
近年来，出现了很多燃烧炉内温度测量的方法，本文着手讨论分析设计一种高精度温度测量仪器的原理。
1、硬件系统框图
本文设计的高温测试仪系统硬件包括两大部分：温度采集系统记录仪和抗高温保温箱。其中温度采集系统记录仪的硬件电路原理是本文研究的主要内容，完成对热电偶信号的采集和存储。
系统硬件模块包括主控MCU模块（单片机）、测温元件（热电偶）、信号调理模块（多路开关、信号放大）、数据采集模块（AD芯片）、外部时钟模块、数据存储模块、串口通信模块和液晶显示模块以及保证各个芯片正常工作的电源模块。
对上述各个模块器件的选型做初步介绍：
主控模块选用51系列单片机STC89C52RC；测温元件选用K型热电偶；信号调理电路选用OP07实现电压信号的放大；八选一多路开关选用CD4051；数据采集模块选用12位串行AD转换器MAX187；时钟芯片选用PCF8563；数据存储模块选用DS1230Y；液晶显示模块选用LCD12864；串行通信模块选用RS232。
2、热电偶冷端补偿电路
本文温度采集系统中接受热电偶变化的电信号，根据热电偶原理，测量时其冷端温度是缓慢变化的，必须对其冷端补偿。
热电偶冷端补偿电路如图2.1所示：
3、热端电势的测量电路分析
测量燃烧炉内热电偶热端电势的电路如图3.1所示。
在图3.1中，热电偶热端温度为T，热电偶冷端温度为Tn，其热端与冷端之间的电势差为：
两级放大电路可将差模电压 放大，放大后的信号送至A/D转换器，单片机处理A/D转换后的数据，求出差模电压 ，就完成了热电偶热端电势的测量。
由中间温度定理，将测量的热端电势和冷端电势相加，就可计算出对应热源温度的标准热电势E，通过插值处理后得到热端温度值。
4、总结
本文主要是温度采集系统的基本组成框架及其硬件电路的设计，同时理论推导了热电偶冷端温度动态补偿的方法，以及放大电路放大倍数演算过程和设计原理。
参考文献：
[1]潘琢金，施国君编著.C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社.2003
[2] 童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程.北京：航空航天大学出版社.2005
[3] 胡汉才编著.单片机原理与其接口技术.清华大学出版社.1996
电路设计分析范文5
关键词：沥青路面设计；结构层设计；道路材料
0引言
近年来，我国公路交通建设事业突飞猛进。自1988年中国开始建设高速公路以来，我国高速公路建设向世界前列高速发展。2008年底，我国高速公路通车总里程达到6.03万公里，继续居世界第二位。根据交通部的规划，到2020年我国基本建成国家高速公路网，届时，中国高速公路通车总里程将达10万公里[1]。沥青路面由于其良好的行驶性能，已经成为各种高等级公路和主干道路的首选结构形式，沥青路面占80％~90％。但是，由于我国气候和自然环境十分复杂，加上近年来超载运输现象十分严重，建成通车的高等级公路上出现了较大面积的路面早期损坏，其主要形式包括半刚性基层沥青路面出现反射裂缝、沥青面层水稳定性损坏（松散、坑槽等）以及高温稳定性病害（车辙）。路面的早期损坏不仅造成了巨大的经济损失，而且影响到交通行业的社会形象和可持续发展[2][3]。
1沥青路面设计概要
世界各国的沥青路面设计方法，可分为经验法和力学―经验法两大类。我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）采用弹性层状体系作为力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。路面工程应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合本地区实践经验，在满通量和使用要求的前提下，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，对可选方案经过全面的技术经济比较，确定最佳设计方案。设计中通过对不同基层材料组成设计试验，确定最佳设计配合比，以减轻路面的早期反射裂缝、卿浆等破坏，延长路面的使用寿命。沥青路面面层应注意高（低）温下的稳定性、耐久性、抗滑能力和抗渗能力，设计中通过面层结构的材料的合理选材、骨料的合理级配等措施，另外，合理、慎重的使用SMA、改性沥青等新材料、新技术，改善路面整体使用性能。然而，对于现有的国内外沥青路面设计规范主要是以经济为主，并没有考虑到道路的重载、超载以及交通量的迅速发展，因此，随着经济的快速发展，设计一条能既能符合交通需求，也能满足经济效益是道路发展的当务之急。
2选线设计要点
公路路线设计及选择时，应尽可能地利用荒坡、荒地、滩涂等荒芜土地，而少占耕地、少拆迁，一般来说，会根据沿线具体情况，来选择选线的侧重点。
对山区的公路来说，一般主要考虑了地质灾害的可治性以及发生后的处理费用等，而忽略了保护耕地资源，增加了工程中的耕地占用量；同时，山区耕地形状一般极不规则，如果修筑公路，会使其变得更加支离破碎。因此在路线选择时，要充分顺应地形、地貌，确保山体平衡体系不被破坏，避免大挖大填，加强桥梁隧道的设计，使路线与周围环境融为一体。
相对山区来说，平原地区的地质条件要好的多。然而平原地区有大量的耕地、房屋，一旦修筑公路，就会占用大量的耕地，甚至造成拆迁。所以设计路线时应特别注意对土地尤其是耕地资源的影响。在路线的控制节点确定之后，应综合考虑各种因素，尽可能少占用耕地，少拆迁。可将避开高产良田作为设计线路的重要因素，尽量选择荒地或低产田通过，节约耕地良田，以保护环境。
3面层组合设计 [1]
国外的耐久性路面（也称作长寿命路面）追求的寿命是50年，即50年不进行结构性维修。典型的耐久性沥青混凝土路面概念图如图1所示：
图1国外长寿命沥青路面结构设计理念
长寿命沥青路面结构主要有如下特点：
（1）轮载下100～150mm区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮辙）的发生区域；
（2）面层40～75mm高质量沥青混凝土为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的表面构造深度，抗车辙、水稳定性好；
（3）中间层100～175mm高模量抗车辙沥青混凝土起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量、抗车辙特性[2]；
（4）最大拉应变产生在HMA基层底部，该区域最易发生疲劳破坏；
（5）HMA基层75～100mm高柔性抗疲劳沥青混凝土起到消除疲劳破坏的作用，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好等特性；
（6）路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形、抗冻都是至关重要的。
因各国自身的经济技术发展水平及道路建筑材料拥有量的不同，因而所采用的路面结构形式也有所不同，但总体分为两种结构形式：柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面，由于也有采用复合式沥青路面结构形式的。在欧美、日本、澳大利亚等大部分国家，多数情况采用柔性基层沥青路面，一般采用级配碎石作下底基层，以沥青稳定碎石料作为基层，还设有垫层。这种结构要求路面结构层下具有良好的路基，当路基过差时，采用无机结合料稳定作为路基或底基层。由于该结构的承重主要依靠沥青层，故沥青层的总厚度较厚，一般在20cm～25cm以上；以我国为代表的国家采用了半刚性基层沥青路面，一般采用二灰稳定碎石或水泥稳定碎石为半刚性基层，厚度一般在30cm～45cm不等，面层分为上中下面层，总厚度一般不小于20cm。这种路面结构必须保证自由水不会积聚在沥青面层与半刚性基层之间，否则在交通荷载作用下容易发生水损害，另外，反射裂缝问题也是这种结构面临的巨大挑战。为了改进半刚性基层先天方面的不足，采用了许多方法，如沥青面层与半刚性基层间设置过渡层，通过降低面层与基层的模量差减少层底拉应力，这种结构也就是通常上说的复合式沥青路面。
4路基设计要点
压实度是影响路基质量的一个非常重要的因素，路基一般要采用重型压实标准，在压实过程中，必须分层填筑，零填及路堑路床（0~30cm）的压实度不小于97%；下路床的压实度不小于96%；上路堤的压实度不小于95%；下路堤的压实度不小于93%。为了保证在路堤在设计宽度范围内的稳定性，路堤两侧可以各加宽30cm进行填筑，对于不良地质、水田路段路堤两侧各加宽50cm进行填筑[3]。
路基填筑过程中，注意路基填料的选择，可以根据当地的情况，在满足规范要求的情况下，就地取材。填方路基材料CBR值：上路床不小于8，下路床不小于5，对不能满足路床填料要求的填土，进行掺石灰处理后用于填筑。填筑过程中，注意做好填前碾压以及沉降量的观测。可采用换填砂砾、砂井、砂桩、粉喷桩等技术进行软土地基处理，从而有效地解决了桥头跳车和路基不均匀沉陷等质量问题。
5排水设计要点
设计前，做好对该路段地质、水文资料的收集工作，充分利用现有地形以及天然水系，综合考虑各种因素，尽量与现有或规划的排水系统和设施相协调，形成完善的排水系统，从而搞好纵、横向排水设计，消除地表水和地下水对路面的威胁。
6涵洞设计要点
涵洞设计首先要考虑的是防止淤积和冲刷问题，根据现场情况确定进出口类型、涵底纵坡，进出口高差较大时，涵底要设计成台阶型以缓解水的势能。
7结束语
电路设计分析范文6
关键词：路基；公路；路堑；路堤；路宽；压实
引 言
公路路面的基础是路基，路基不仅承受着来自路面的重量以及行车的荷载，还需要承受来自自身土体的重量。在二级公路路基设计中，必须保证路基的稳定性以及强度，并且保证路基不会产生变形的现象。以下主要结合某工程实例阐述了高等级公路路基设计要点。
1 工程概况
本工程路基设计为某二级公路K00+0.000～K03+340.954范围内的道路路基设。该二级公路未山岭重丘区二级公路，该公路的设计车速为60km/h，道路全长3340.954m，起点桩号为K00+0.000，终点桩号为K03+340.954。路基宽度为10m，其中行车道宽7.0m，两边土路肩各0.75m，硬路肩各0.75m。工程路基主要是根据当地的地形地物合理的设计出路基的类型和构造。必须严格保证路基的压实。压实时采用重型击实标准控制，土方要求分层碾压，按道路路基施工规范要求进行施工。填方路段路堤在路槽以下0～80cm深度范围内压实度为>95%，80～150cm深度范围内压实度为>93%，挖方路段路堑在0～30cm深度范围内压实度为>95%。
2 路基类型与构造
根据路基填挖情况的不同，可以将路基横断面形式分成以下三种类型。
2.1 路 堑
路堑是全部在天然地面开挖而成的路基。图1是几种常见的横断面形式，有全挖路基、台口式路基及半山洞路基。
根据本次公路情况，路堑形式主要采用的是图1（a）图所示的形式，在挖方较大的地方设置截水沟，并设置边沟和坡面防护。
2.2 路 堤
路堤指的是全部利用岩土填筑成为的路基，本次设计中的路堤均属于一般路堤，其横断面形式如图2所示。
2.3 半天半挖路基
半填半挖路基是指当天然地面横坡较大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时而行程的路基。半填半挖路基若处理的得当，可以保持土石方数量平衡，路基稳定可靠，是一种比较经济的断面形式。
3 路基设计
在水文地质条件较好的情况下进行的路基设计的主要内容有选择路基断面形式，确定路基宽度与高度；选择路堤填料与压实标准；确定边坡形状与坡度；路基排水系统布置和排水结构设计；坡面防护与加固设计；附属设施设计。
3.1 路基宽度
路基宽度主要指的是两侧路肩肩宽与行车道路宽度的综合。路面宽度根据设计通行能力及交通量的大小而定，一般每个车道宽度为3.50～3.75m。各级公路路基宽度按《公路工程技术标准》的规定进行设计。本工程路基宽度为10m，其中行车道宽7.0m，两边土路肩各0.75m，硬路肩各0.75m。
3.2 路基高度
路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计标高和地面标高的差值。通常路基高度是指路基中心线标高与原地面标高之差。从路基的强度和稳定性要求出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。
3.3 路基边坡坡度
公路路基边坡坡度，可用边坡高度H与边坡宽度b之比表示，并H=1，H：b=1：0.5（路堑边坡）或1：1.5（路堤边坡），通常用1：n（路堑）或1：m（路堤）表示其坡率，称为边坡坡率。
3.4 路基压实
路堤填土需分层压实，使之具有一定的密实度。土质路堑开挖至设计标高以后，需检验路基顶面工作区内天然状态土的密实度，该密实度通常低于设计要求，必要时挖开后再分层压实，使之达到一定的密实度。压实度是以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干密度之比的百分率表征。表1为重型击实方法为标准的路基压实度。
4 路基附属设施
在路基设计中，与路基相关的附属设施主要包括取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道。这些设施是路基设计的重要组成部分，合理的设置这些设施是十分重要的。
4.1 取土坑与弃土堆
路基土石方的填挖平衡是公路路线设计的基本原则，但在实际情况中往往难以做到完全平衡。当工程有借方和弃方时，首先要合理的选择地点，即确定取土坑和弃土堆的位置。路旁取土坑，深度约为1m或稍大些，宽度依用土数量和用地允许而定。为防止坑内积水危害路基，当堤顶与坑低高度不足2.0m时，再路基坡脚与坑之间需设宽度≮1.0m的护坡平台，坑低设纵横排水坡及相应设施。路基开挖的废方应尽量加以利用，如用以加宽路基或加固路堤，填补坑洞或路旁低洼。废方一般选择路旁低洼处，就近弃堆。当原地面斜坡度小于1：5时，路旁两侧均可以设弃土堆，路面较陡时，宜设在路基下方。
4.2 护坡道与碎落台
护坡道是保护路基边坡稳定性的措施之一，设置的目的是为了加宽边坡横向距离，减小边坡平均坡度。护坡道最少宽为1m。通常护坡道宽度d，视边坡高度h而定，h≥3.0m时，d=1.0m；h=3～6m时，d=2m；h=6～12m时，d=2～4m。护坡道一般设在挖方坡脚处，边坡较高时亦可设在边坡上方及挖方边坡的边坡处。碎落台设于石质或土质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，一保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。碎落台宽度一般为1.0～1.5m。碎落台上的堆积物要定期清理。对于本次工程来说，由于填挖方和沿线地质情况良好，因此可以不设置护坡道和碎落台。
5 挡土墙设计
挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力，用来支撑天然边坡或人工边坡，保持土体稳定的建筑物。但在路基设计中，是否设置挡土墙，应通过与其他可能的技术方案进行技术、经济比较来确定。挡土墙的类型：按照墙的位置，挡土墙可分为：路堑墙、路堤墙、路肩墙和山坡墙等。按照墙的结构形式，挡土墙可分为：重力式、衡重式、半重力式、悬臂式和锚杆式等等。
本设计中既有路堑墙又有路堤墙，其结构均采用重力式。重力式挡土墙一般由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等几部分构成。
6 路基防护与加固
路基防护是确保道路全天候使用，使路基不致因地表水流和气候变化而失稳的必要工程措施，是路基设计的主要项目之一，其重要性因道路技术等级的提高和交通量的急剧增长而日益突出。路基防护与加固设施，主要有坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护以及软湿地基的加固处理。坡面防护主要是保护路基边坡表面免受雨水的冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变过程，从而保证路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。
6.1 坡面防护
常用的坡面防护设施有植物防护（种草铺草皮植树等）和工程防护（抹面喷浆勾缝石砌护面）。本次工程采用的是浆砌片石防护。下面简要介绍一下：浆砌片石护坡0.3～0.5m以上的块（片）石砌筑，其厚度一般为0.2～0.5m。基础要求坚固，底面宜采用1：5向内倾斜的坡度。浆砌片石护坡每长10～15m，应留宽约为2.0cm的伸缩缝。护坡的中下部位应设（10×10）cm的矩形或直径为10cm的圆形泄水孔（间距一般为2～3m），泄水孔后0.5m范围内应设置反滤层。对于路堤边坡上的浆砌片石护坡，应在路堤沉实或夯实后施工，以免应路堤沉落而引起护坡的破坏。
6.2 地基加固
路基敷设于天然地基上，自身荷载较大，要求地基应具有足够的承载能力，以保持地基稳定，需对地基进行加固。加固的方法有：换填土层法、重捶压实法、排水固结法、挤密法、化学加固法。本设计采用的是换填土层法。砂垫层厚度为0.8m，以中粗砂为主，颗粒的不均匀系数在2～4之间。
7 排水设计
路基排水设计主要根据本道路的等级和排水的通畅程度，并综合考虑工程的造价和路面的结构类型来确定的。挖方路段及填方路堤边坡高度小于边沟深度的填方路段，应在挖方边坡或填方边坡坡脚外设置边沟，以汇集和排泄降落在坡面和路面上的表面水。
常用的路基地面排水设备有边沟、截水沟、跌水与急流槽等，必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池。考虑到本次工程由于填挖高度较大以及南宁的雨水资料，所以涉及到的主要是边沟排水并在全线都设置了边沟排水，而且在挖方较大的地方设置了截水沟。下面简要介绍一下边沟排水。
边沟一般设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的纵坡（出水口附近除外）一般与路线纵坡一致。平坡路段，边沟宜保持不小于0.5%的纵坡。特殊情况容许采用0.3%但边沟口间距宜减短。边沟的横断面形式有梯形、矩形和三角形以及流线形等。沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0～1：1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽与深度约0.4～0.6m，水流少的地区或路段，取低限或更小，但不宜小于0.3m；降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。边沟可采用浆砌片石，栽砌卵石和水泥混凝土预制块防护。砌筑用的砂浆强度本公路采用M5。边沟出水口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采取相应的措施。本次工程采用的边沟形式为梯形边沟，边沟边坡为1：1.5，沟深与高分别为0.5m，采用的浆砌片石修筑。
在路堑与路肩衔接处的布置边沟排水，由于边沟泄出水流流向路堤坡脚处，两者高差大，因此因地制宜，根据地形与地质等具体条件，将出水口延伸至坡脚以外，以免边沟水冲刷填方坡脚。边沟水流流向桥涵进水口时，为避免边沟流水产生冲刷，应在作适当处治。
8 结 语
综上所述，在公路路基设计中，所涉及到的设计内容是比较多的，也是比较复杂的。上述通过对某高等级公路进行详细的设计，希望为同类工程作参考，有不足之处还望指出。
参考文献
[1]韩晓娟..高速公路黄土路基设计浅析[J].中国科技投资，2012年33期.12～13.
