【正文】 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。在查閱過程中我也了解了許多關(guān)于電子設(shè)計(jì)的方法和技巧。 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 27 功能驗(yàn)證 （ 1） 供電部分輸入 36V 以下的直流電壓，具有向多臺電器設(shè)備非接觸供電的功能； 圖 向 2 個 LED 供電 圖 向 4 個 LED 供電 由圖可知，對外供電可以使多個 LED 點(diǎn)亮，電源只用了 12V，小于 36V，滿足該項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了非接觸供電。 用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。將上述分電路聯(lián)調(diào)在一起得到總電路圖如下圖所示。 常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。 圖 同軸平行的線圈模型 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 19 傳輸系統(tǒng)的最佳頻率范圍 兩個諧振線圈的尺寸完全相同，諧振電容相等，且諧振線圈在同軸線上“強(qiáng)耦合”關(guān)系式： 式中 —— 真空磁導(dǎo)率， =4π 107； —— 取銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率 銅= 107S/m。損耗系數(shù)在能量傳輸系統(tǒng)中的作用絲毫不遜于耦合系數(shù)，二者共同決定了系統(tǒng)的耦合程度。 對高頻功率放大器的基本要求是 ,盡可能輸出大功率、高效率，為兼顧兩者，通常選丙類且要求在臨界工作狀態(tài)，其電流流通角 c? 在 600— 900 范圍。 T 類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制 D 類功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開關(guān)狀態(tài)，效率和 D 類功率放大器相當(dāng)。即當(dāng)信號在 ~ 之間時， Q1 Q2 都無法導(dǎo)通而引起的。放大器可單管工作，也可以推挽工作。高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。 晶振，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。它用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共 振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在V2 的正半周期， D1 和 D3 導(dǎo)通時，可將它們看成短路，這樣 D2 和 D4就并聯(lián) 在 V2 上，其承受的反相峰值電壓為： 22VVRM? 二極管所能承受的最高反向電壓就是電源電壓的最大值，即 22VVRM? 。 3 設(shè)計(jì)原理及主要電路參數(shù)的計(jì)算 電源設(shè)計(jì) 整流電路 當(dāng)負(fù)載僅需要幾十瓦或幾百瓦的功率時，常常采用單相整流電路。 功率放大電路方案的設(shè)計(jì)與論證 方案一，采用集成芯片。 采用 LC 諧振回路產(chǎn)生所需的頻率。 通過 AC/DC 轉(zhuǎn)換電路后，電流由原來的交流變?yōu)橹绷鳌? 磁場為單一頻率激勵源時，功率表達(dá)式 (25)簡化為集中參數(shù)形式： (26) 式中 源線圈激勵的磁場變化角頻率； 分別為源、接收線圈的電流； 2 方案設(shè)計(jì)與論證 總體方案設(shè)計(jì)與說明 在不采用專用器件（芯片）的前提下，設(shè)計(jì)一個非接觸供電系統(tǒng)的電路如下圖所示，使其實(shí)現(xiàn)對小型電器供電或充電等功能。 兩諧振體內(nèi)電場能與磁場能振蕩交換的同時諧振體之間也存在著以相同頻率振蕩的能量交換，即兩諧振體組成耦合諧振系統(tǒng)。 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 4 電磁共振式無線能量傳輸 電磁共振式 WPT，是美國 MIT Solja i 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在 20xx 年提出的突破性技術(shù)。 微波頻率傳輸所具備的“定向、可穿透電離層”等特性，使得該能量傳送方式早在 20 世紀(jì) 60年代初期就受到人們的關(guān)注，并在遠(yuǎn)程甚至超距能量傳輸場合有著重要的 應(yīng)用價值。電磁感應(yīng)方案就是利用變壓器原理，通過初、次級線圈的感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。 （ 2）在輸出功率≥ 1W 的條件下，轉(zhuǎn)換效率≥ 15% （ 3）最大輸出功率≥ 5W。 時間安排： 時間安排： 20xx 年 1 月 6 日，布置課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報告格式的要求說明?；谶@種方式的無線電能傳輸系統(tǒng)主要有三大部分組成，即能量發(fā)送端、無接觸變壓器、能量接收端。微波 WPT 主要用于如微波飛機(jī)、衛(wèi)星太陽能電站等遠(yuǎn)距輸電場合，其中衛(wèi)星太陽能電站作為人類應(yīng)對能源危機(jī)的有效策略已成為美國、日本等國大力發(fā)展的重要航天項(xiàng)目。他們使用兩個固有諧振頻率相等的銅線圈 (為方便表述，稱其為“變壓器” )，在共振激勵條件下 (即激勵頻率等于線圈的固有諧振頻率 )，距離 2m 處，成功點(diǎn)亮了一個 60W 的燈泡，其中變壓器的效率達(dá)到了 40%。 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 5 能量傳輸過程及其遵循的準(zhǔn)則與方程 源線圈通正弦電流，線圈電感周圍產(chǎn)生時變磁場，同時向電容充電；接收線圈感應(yīng)磁場，線圈電感產(chǎn)生電動勢，同時向其電容充電。 圖 非接觸供電系統(tǒng)框圖 非接觸 供電系統(tǒng)由電源、振蕩器、功率放大 、耦合線圈、 AC/DC 轉(zhuǎn)換電路、充電電路這幾個部分組成。 成 為直流后，要想實(shí)現(xiàn)充電，則可以通過有存儲電量的元器件作為電路的輸出方法。優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生任意所需載波，缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度比較低 。 現(xiàn)有許多高頻大功率的集成放大器 (如 AD815)可以用來設(shè)計(jì)高頻功放。整流 電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕呀涣麟娮優(yōu)槊}動直流電的電路。 流過每只二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半，即 : LLOOD RVRVII ???武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 11 濾波電路 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同來實(shí)現(xiàn)濾波。在通常工作條件下，普通的晶 振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。由于晶體自身的特性致 使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感， 晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。這幾項(xiàng)指標(biāo)要求是互相矛盾的，在設(shè)計(jì)放大器時應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標(biāo)，兼顧其他一些指標(biāo)。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。所以這類放大器也逐漸被設(shè)計(jì)師摒棄。它和普通 D 類功率放大器不同的是，它不是使用脈沖調(diào)寬的方法，功率晶體管的切換頻率不是固定的，無用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上，因此 T 類功率放大器的動態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦?，F(xiàn)設(shè)c? =700。系統(tǒng)中損耗功率增加，則通過磁場從一端耦合到另一端的功率所占比重減小，因此，損耗系數(shù)的減小與耦合系數(shù)的增加均可以增大系統(tǒng)的耦合程度。 中距離的無線能量傳輸，線圈半徑 r 與傳輸距離 d 是同一數(shù)量級的，線圈導(dǎo)線線徑 D 為是 米 數(shù)量級。 整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波（包括倒 L 型、 LC 濾波、 LCπ型濾波和 RCπ型濾波等）。 圖 系統(tǒng)整體電路圖 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 22 4 仿真分析 仿真環(huán)境介紹 Multisim 是美國國家儀器（ NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 23 電源仿真 1 整流電路部分仿真 圖 整流電路波形 如圖 整流電路仿真波形圖中可以看出，整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電壓變成了脈動直流電壓，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 28 2)在輸出功率 ≥1W 的條件下，轉(zhuǎn)換效率 ≥15%； 圖 當(dāng)負(fù)載較大時 由 圖片 可以知道最小功率大于 1W 還 可以算出 效率 ，滿足該項(xiàng)指標(biāo)。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我不僅學(xué)會了如何應(yīng)用專業(yè)知識設(shè)計(jì)電子線路，同時也感受到了將理論應(yīng)用于實(shí)踐的樂趣，在學(xué)習(xí)中完善了自己。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 武漢理工大學(xué)《學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報告書 36 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 這次課程設(shè)計(jì)綜合了這幾個學(xué)期的所有基礎(chǔ)課知識內(nèi)容，因此非常具有挑戰(zhàn)性，在進(jìn)行電子線路的設(shè)計(jì)過程中，我又重新復(fù)習(xí)了之前學(xué)習(xí)過的模電、數(shù)電、高頻等學(xué)科的相關(guān)知識，同 時也參考了很多書籍。 充電電路仿真 圖 充電電路波形 如圖所示，輸出直流穩(wěn)恒電壓，能夠很好地對外供電。通過對各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測和分析。 電路設(shè)計(jì) 此處采用 LC 低通濾波 圖 充電電路 整體電路圖 非接觸供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路五部分組成。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲