開題報告 ---阻抗變換器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p><b>　　開題報告 </b></p><p>　　題　　目 阻抗變換器的設(shè)計與實現(xiàn)　　　</p><p>　　系　　別 電子信息與電氣工程學院 </p><p>　　?！　I(yè) 電子信息工程

2、 </p><p>　　班 級 　 </p><p>　　姓　　名 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　完成時間

3、 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　學生： 班級： </p><p><b>　　附頁：</b></p><p><b>　　一、研究背景</b></p><

4、p>　　阻抗變換器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為微波射頻電路以及最大功率傳輸系統(tǒng)中的基本部件。阻抗變換通常采用兩種方法，集總參數(shù)法和傳輸線法。傳輸線阻抗變換器有很多形式，主要有1／4傳輸線組成的階梯式阻抗變換器和連續(xù)式阻抗變換器兩大類。這兩類變換器的分析和設(shè)計，都是針對某個頻率點或某個頻率范圍內(nèi)的純電阻實現(xiàn)阻抗匹配而進行的。大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線

5、的波長（transmission line matching）。</p><p>　　改變阻抗力，把電容或電感與負載串聯(lián)起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數(shù)電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹Ｕ{(diào)整傳輸線，由負載點至來源點加長傳輸線，在圖表上的圓點會

6、沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配。阻抗匹配則傳輸功率大，對于一個電源來講，單它的內(nèi)阻等于負載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠遠大于電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時,要求負載阻抗要和傳輸線的特征阻

7、抗相等,此時的傳輸不會產(chǎn)生反射,這表明所有能量都被負載吸收了.反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時，為了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數(shù)字,一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對絞線則為 1</p><p><b>　　二、主要內(nèi)容</b></p><p>　　當負載阻抗與傳輸線阻抗不相等或連接兩段特性阻抗不同的傳輸線時，由于阻

8、抗不匹配會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，從而導致傳輸系統(tǒng)的功率容量和傳輸效率下降，負載不能獲得最大功率。工程中為了消除這種不良反射現(xiàn)象，可在其間介入阻抗變換器，以獲得良好的匹配。阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。</p><p>　　在音頻系統(tǒng)中，為

9、了避免因采用半導體或其它有源器件帶來的非線性和頻率特性畸變，保證實現(xiàn)平坦而寬闊的高頻響應(yīng)。通常選用分立元件構(gòu)成的濾波器來滿足DSD(直接數(shù)據(jù)流)對頻率帶寬的苛刻要求。在分立元件有源濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)過程中，通常要尋找大量數(shù)值不同、但精度要求十分嚴格的元件又非常困難。而采用通用阻抗變換器(GIC)是由于電路中只有固定電阻和電容，利用若干個可變數(shù)值電阻即可完成電路設(shè)計，所以實現(xiàn)起來異常方便。下面就將其具體設(shè)計及應(yīng)用方法加以詳細分析。如圖1所

10、示，該方法中的l／S變換實現(xiàn)法可用于設(shè)計低通濾波器，而S變換實現(xiàn)法則可用于設(shè)計高通濾波器。</p><p>　　一般情況下，1／S變換實現(xiàn)法可用于低通濾波器的設(shè)計，S變換實現(xiàn)法可用于高通濾波器的設(shè)計。目前，通用阻抗變換器GIC (generalimpedance converter)的S變換實現(xiàn)法已可廣泛應(yīng)用于音頻系統(tǒng)和超音頻系統(tǒng)的濾波器。事實上，本設(shè)計方法已經(jīng)多次在設(shè)計中使用，效果良好。</p>

11、<p>　　圖1 通用阻抗變換器的典型電路</p><p>　　三、設(shè)計方案與技術(shù)路線</p><p>　　通用阻抗變換器(GIC)也可作為模擬電感使用，其電感值為。若取，C=1F，則可得到歸一化電感=。這種模擬電感特別適合作為高通臂接地電感。下面給出通用阻抗變換器(GIC)的S變換實現(xiàn)法。所謂S變換，就是用S乘以R、C、L。其結(jié)果就是把電阻變換為電感，電容變換為電阻，并將電感

12、變換為頻變電阻。但這里的頻變電阻是與S2成正比的。圖2給出了S變換的元件變換關(guān)系圖。</p><p>　　圖2 S變換的元件參數(shù)圖</p><p>　　下面用GIC實現(xiàn)S2L變換具體應(yīng)用方法。本設(shè)計要求在高通1590 Hz處的最大衰減為0.1773dB，而在465 Hz處的最小衰減為40 dB。其具體的實現(xiàn)方法如下。</p><p>　　(1) 計算陡度系數(shù)：；&

13、lt;/p><p>　　(2) 因濾波特性非常陡峭，所以選擇橢圓函數(shù)型，參數(shù)如下 n=3 =0.18dB =3.4203 =41.7dB 此時對應(yīng)的歸一化低通電路如圖3所示，它表明的是低通原型；</p><p>　　(3) 為了將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為歸一化高通模式，可用電容代替電感，其元件值為其倒數(shù)。歸一化高通模式的電感也取電容值的倒數(shù)，其電路如圖4所示。</p><p>

14、　　圖3 歸一化低通電路</p><p>　　圖4 歸一化高通電路</p><p>　　(4) 對圖4取S變換，將電容取倒數(shù)變?yōu)殡娮?，將電阻代替為電感，并將電感用頻變負阻代替，即可獲得如圖5所示的S變換歸一化電路；</p><p>　　(5) 繼續(xù)反歸一化即可得到實際元件值，并最終得到如圖6所示的實際電路。</p><p>　　圖5 S

15、變換歸一化電路</p><p>　　圖6 阻抗變換器應(yīng)用電路</p><p><b>　　四、關(guān)鍵問題</b></p><p>　　1、通用阻抗變換器GIC(generalimpedance converter)的S變換實現(xiàn)原理及電路設(shè)計；</p><p>　　2、各模塊及電路設(shè)計；</p><p&

16、gt;　　3、裝置的硬件制作。</p><p><b>　　五、時間安排</b></p><p>　　1、第5-6周 確定總體設(shè)計方案及各模塊的功能；</p><p>　　2、第7-10周 各模塊具體電路的實現(xiàn)；</p><p>　　3、第11-14周 電路調(diào)試、制作實物，撰寫畢業(yè)論文；</p>&l