電路分析研討報(bào)告-互感和諧振電路應(yīng)用

互感和諧振電路應(yīng)用——RFID原理研究一、RFlD介紹RadioFrequencyIdentification，縮寫RFID），無線射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、 適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。如下為 RFID技術(shù)的典型應(yīng)用：一卡通，公交卡，身份證，超市刷卡消費(fèi)等。一套完整的RFID系統(tǒng)，是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用程序系統(tǒng)三個(gè)部分所組成,其工作原理是 Reader發(fā)射一個(gè)特定頻率的無線電波能量給Transponder,用以驅(qū)動 Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。當(dāng)裝有無源RFID電子標(biāo)簽的物體接近讀寫器時(shí)，讀寫器受控發(fā)出查詢信號，RFID電子標(biāo)簽收到此查詢信號后，將此信號與標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息結(jié)合后反射回讀寫器。反射回的合成信號，已攜帶有RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息。讀寫器接收到RFID電子標(biāo)簽反射回的合成信號后，經(jīng)讀寫器內(nèi)部微處理器處理后即可將RFID電子標(biāo)簽儲存的信息讀取出來。二、原理分析串聯(lián)諧振電路：對如圖（1）的RLC串聯(lián)組合，其阻抗為，的電抗成分X與ω有關(guān)，當(dāng)外加的信號頻率使得電抗X=0，稱電路發(fā)生串聯(lián)諧振，使電路產(chǎn)生諧振的頻率稱為諧振頻率。其中諧振頻率為。串聯(lián)諧振可以產(chǎn)生很高的正弦電壓。圖（1）并聯(lián)諧振電路：對如圖（2）的RLC并聯(lián)組合，其導(dǎo)納為,可以推導(dǎo)出，當(dāng) 時(shí)，導(dǎo)納虛部B=0，Y=G為純電阻，稱在此頻率下電路發(fā)生并聯(lián)諧振，成為并聯(lián)諧振頻率。并聯(lián)諧振可以產(chǎn)生高電流。1圖（2）三、課題介紹用非接觸方法進(jìn)行身份識別的技術(shù)稱為射頻識別技術(shù)（RFID-RadioFrequencyIdentification ），廣泛用于電子門禁、身份識別、貨物識別、動物識別、電子車票等場合。 RFID系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、讀寫器和應(yīng)答器以及耦合器組成。應(yīng)答器存放被識別物體的有關(guān)信息，放置在要識別的移動物體上。耦合器可以是天線或線圈。近距離的射頻識別系統(tǒng)采用耦合線圈。圖（1）所示為為互感耦合RFID系統(tǒng)電路接口的等效電路?；ジ械某跫壊糠诌B接信息讀寫器，它發(fā)出高頻信號，在初級電感L1（發(fā)送線圈）上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。次級電路是應(yīng)答器的接收等效電路，L2是應(yīng)答器的接收線圈。當(dāng)應(yīng)答器靠近讀寫器時(shí)，線圈之間發(fā)生互感，應(yīng)答器從接收線圈上獲得微弱能量（這部分電路沒有畫出）控制電子開關(guān) S動作發(fā)出特定的ID信息。2圖（1）電路初級和次級均諧振于 vs的頻率=125kHz。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，次級回路失諧，影響到初級回路也失諧。初級回路諧振時(shí)，電容 C1上有高電壓；失諧時(shí)，電容電壓 vc顯著下降。當(dāng)開關(guān)S受到控制信號電壓的變化而閉合或斷開時(shí)， vc幅度跟著變化。因此，次級負(fù)載變化引起初級電容電壓幅度被調(diào)制， 稱為負(fù)載調(diào)制，由此實(shí)現(xiàn)信號從次級到初級的傳遞。讀寫器檢測電容 C1上電壓幅度變化得到應(yīng)答器的ID信息。讀寫器檢測電容C1上電壓幅度變化得到應(yīng)答器的ID信息。1、給定電路參數(shù) L1=L2=1.35mH,C1=C2=1.2nF,耦合系數(shù) k=0.3,R1

MvsL1L2R2SC2vC C1R1=40W,R2=5kW，vs幅度為5V，頻率為125kHz的正弦波，用相量法分析當(dāng)S斷開和閉合時(shí)，電容C1上的電壓vc。1）當(dāng)S斷開時(shí)：次級回路阻抗：3Z2jL21jL2R2R2(1jR2C2)11jR2C2jL22jC21(R2C2)R2R2jjR22C21(R2C2)2L21(R2C2)2當(dāng)諧振時(shí)，Z2為純阻：R22C2L2 1 ( R2C2)2對于給定元件參數(shù)，因此，1786103rad/s2125kHL2C2在125kHz下，Z2反映到初級的阻抗為純阻：Z1r()2/(R2)k2L1L2[1(R2C2)2]k2L1L2(R2C2)2M1(R2C2)2R2R2由：L1L2,C1C2,21L2C2有：Z1rk2L2C2R20.729109I1VsmVsm50.125AR1Z1rR140（2）當(dāng)S閉合時(shí)：次級回路阻抗：Z2jL2Z2反映到初級的阻抗：Z1r(M)2jM2jk2L1jL2L24初級的總阻抗：Z1rk2L2C2R20.729109此時(shí)初級電容上電壓：用EWB的頻率掃描分析，測量頻率從10kHz到1MHz變化時(shí)，C1和C2上電壓幅度的變化情況。電路如圖（3）所示：VC1mVsm1jk2L151.122.7(V)R1jC圖（3）進(jìn)行掃頻分析時(shí)，掃頻類型為十進(jìn)制，縱坐標(biāo)為線性（ Linear），其電壓幅度如圖（4）為仿真后的結(jié)果：（紅色為節(jié)點(diǎn)4，綠色為節(jié)點(diǎn)5）5圖（4）用EWB進(jìn)行仿真。S采用電壓控制開關(guān)，控制電壓Vm為1kHz方波，觀察C1上電壓波形。電路如圖（5）所示：圖（5）示波器顯示如圖（6）：6圖（6）擴(kuò)展：設(shè)計(jì)一種電路，檢測出Vc幅度變化，得到與控制電壓vm相同的波形。（提示：可采用二極管整流電路）。電路如圖（7）所示，用1MΩ的電阻分壓，利用運(yùn)算放大器和二級管進(jìn)行檢波。示波器A、B輸入分別接在二極管的兩端:圖（7）電壓波形如圖（8）所示：7圖（8）發(fā)現(xiàn)：通過示波器的顯示表明，二極管改變了原有的波形，在經(jīng)過二極管之后，濾去了下半部分的波。四、總結(jié)與感想我們小組在此次電路分析課程的研討中選擇了互感和諧振電路應(yīng)用—RFID原理研究的課題，是因?yàn)樵诳戳速Y料之后覺得這個(gè)技術(shù)在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，我們?nèi)粘Ｗ钇毡榈囊豢ㄍ?、公交卡、超市刷卡消費(fèi)等都是以這個(gè)原理設(shè)計(jì)制作的，了解這個(gè)實(shí)用的技術(shù)對我們的學(xué)習(xí)與生活都是比較有意義的。在完成此次研討的過程中，我們遇到了許多的問題，從開始的零起點(diǎn)，慢慢地通過自己的努力，通過查閱不同的書籍，參考各式的資料，以及詢問老師與同學(xué)，弄清了課題的基本原理，也掌握了 EWB軟件的基本應(yīng)用，最終順利地把研討作業(yè)完成了。首先，在初次接觸Multisim時(shí)，由于是全英文版的，用起來特別地不方便，我們通過摸索找到了Multisim的漢化工具，這個(gè)漢化包的發(fā)現(xiàn)將對我們以后的學(xué)習(xí)發(fā)揮重要作用。其次，我們在原件參數(shù)設(shè)置上遇到了一些問題，前期由于參數(shù)設(shè)置得不合理，導(dǎo)致最后出來的圖像不是特別標(biāo)準(zhǔn)，并且找不到問題的所在，這個(gè)過程中有過失落和無力感，不過我們堅(jiān)持不懈，不肯放棄，通過仔細(xì)地學(xué)習(xí)課本內(nèi)容，查閱圖書館的相關(guān)書籍以及與老師進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，最后學(xué)會設(shè)置元件8的參數(shù)，得出最后的圖像。在這個(gè)過程中，我們不僅僅是學(xué)到了相關(guān)軟件的應(yīng)用，掌握了EWB的具體操作技術(shù)，同時(shí)更重要的是，我們體會到了做研討工作的認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，堅(jiān)持耐心的精神的必要性。這也是我們自