磁芯電感器的諧波失真分析 摘 要：簡述了改進鐵氧體軟磁材料比損耗系數(shù)和磁滯常數(shù)ηB，從而降低總諧波失真THD的歷史過程，分析了諸多因數(shù)對諧波測量的影響，提出了磁心性能的調(diào)控方向。 關鍵詞：比損耗系數(shù)， 磁滯常數(shù)ηB ，直流偏置特性DC-Bias，總諧波失真THD Analysis on THD of the fer rite co res u se d i n i nductancShi Yan Nanjing Finemag Technology Co. Ltd., Nanjing 210033 Abstract: Histrory of decreasing THD by improving the ratio loss coefficient and hysteresis constant of soft magnetic ferrite is briefly narrated. The effect of many factors which affect the harmonic wave testing is analysed. The way of improving the performance of ferrite cores is put forward. Key words: ratio loss coefficient，hysteresis constant，DC-Bias，THD 近年來，變壓器生產(chǎn)廠家和軟磁鐵氧體生產(chǎn)廠家，在電感器和變壓器產(chǎn)品的總諧波失真指標控制上，進行了深入的探討和廣泛的合作，逐步弄清了一些似是而非的問題。從工藝技術上采取了不少有效措施，促進了質(zhì)量問題的迅速解決。本文將就此熱門話題作一些粗淺探討。 一、 歷史回顧 總諧波失真（Total harmonic distortion） ，簡稱THD，并不是什么新的概念，早在幾十年前的載波通信技術中就已有嚴格要求<1>。1978年郵電部公布的標準YD/Z17－78“載波用鐵氧體罐形磁心”中，規(guī)定了高μQ材料制作的無中心柱配對罐形磁心詳細的測試電路和方法。如圖一電路所示，利用LC組成的150KHz低通濾波器在高電平輸入的情況下測量磁心產(chǎn)生的非線性失真。這種相對比較的實用方法，專用于無中心柱配對罐形磁心的諧波衰耗測試。 這種磁心主要用于載波電報、電話設備的遙測振蕩器和線路放大器系統(tǒng)，其非線性失真有很嚴格的要求。
圖中 ZD —— QF867 型阻容式載頻振蕩器，輸出阻抗 150Ω， Ld47 —— 47KHz 低通濾波器，阻抗 150Ω，阻帶衰耗大于61dB， Lg88 ——并聯(lián)高低通濾波器，阻抗 150Ω，三次諧波衰耗大于61dB Ld88 ——并聯(lián)高低通濾波器，阻抗 150Ω，三次諧波衰耗大于61dB FD —— 30～50KHz 放大器， 阻抗 150Ω， 增益不小于 43 dB，三次諧波衰耗b3(0)≥91 dB, DP —— Qp373 選頻電平表，輸入高阻抗， L ——被測無心罐形磁心及線圈， C ——聚苯乙烯薄膜電容器CMO-100V-707APF±0.5%,二只。
測量時，所配用線圈應用絲包銅電磁線SQJ9×0.12(JB661-75)在直徑為16.1mm的線架上繞制 120 匝， （線架為一格） ， 其空心電感值為 318μH（誤差1％） 被測磁心配對安裝好后，先調(diào)節(jié)振蕩器頻率為 36.6～40KHz， 使輸出電平值為+17.4 dB， 即選頻表在 22′端子測得的主波電平 （P2）為+17.4 dB，然后在33′端子處測得輸出的三次諧波電平（P3）， 則三次諧波衰耗值為：b3(+2)= P2+S+ P3 式中：S 為放大器增益dB 從以往的資料引證， 就可以發(fā)現(xiàn)諧波失真的測量是一項很精細的工作，其中測量系統(tǒng)的高、低通濾波器，信號源和放大器本身的三次諧波衰耗控制很嚴，阻抗必須匹配，薄膜電容器的非線性也有相應要求。濾波器的電感全由不帶任何磁介質(zhì)的大空心線圈繞成，以保證本身的“潔凈” ，不至于造成對磁心分選的誤判。 為了滿足多路通信整機的小型化和穩(wěn)定性要求， 必須生產(chǎn)低損耗高穩(wěn)定磁心。上世紀 70 年代初，1409 所和四機部、郵電部各廠，從工藝上改變了推板空氣窯燒結，出窯后經(jīng)真空罐冷卻的落后方式，改用真空爐，并控制燒結、冷卻氣氛。技術上采用共沉淀法攻關試制出了μQ乘積 60 萬和 100 萬的低損耗高穩(wěn)定材料，在此基礎上，還實現(xiàn)了高μ7000～10000材料的突破，從而大大縮短了與國外企業(yè)的技術差異。當時正處于通信技術由FDM（頻率劃分調(diào)制）向PCM（脈沖編碼調(diào)制） 轉換時期， 日本人明石雅夫發(fā)表了μQ乘積125 萬為 0.8×10 ，100KHz）的超優(yōu)鐵氧體材料<3>，其磁滯系數(shù)降為優(yōu)鐵
PC機之間串口通信的實現(xiàn)一、實驗目的 １．熟悉微機接口實驗裝置的結構和使用方法。 ２．掌握通信接口芯片8251和8250的功能和使用方法。 ３．學會串行通信程序的編制方法。
二、實驗內(nèi)容與要求 １．基本要求主機接收開關量輸入的數(shù)據(jù)（二進制或十六進制），從鍵盤上按“傳輸”鍵（可自行定義），就將該數(shù)據(jù)通過8251A傳輸出去。終端接收后在顯示器上顯示數(shù)據(jù)。具體操作說明如下：（１）出現(xiàn)提示信息“start with R in the board!”，通過調(diào)整乒乓開關的狀態(tài)，設置8位數(shù)據(jù)；（２）在小鍵盤上按“R”鍵，系統(tǒng)將此時乒乓開關的狀態(tài)讀入計算機I中，并顯示出來，同時顯示經(jīng)串行通訊后，計算機II接收到的數(shù)據(jù)；（３）完成后，系統(tǒng)提示“do you want to send another data? Y/N”，根據(jù)用戶需要，在鍵盤按下“Y”鍵，則重復步驟（1），進行另一數(shù)據(jù)的通訊；在鍵盤按除“Y”鍵外的任意鍵，將退出本程序。２．提高要求 能夠進行出錯處理，例如采用奇偶校驗，出錯重傳或者采用接收方回傳和發(fā)送方確認來保證發(fā)送和接收正確。
三、設計報告要求 １．設計目的和內(nèi)容 ２．總體設計 ３．硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明 ４．軟件設計框圖及程序清單５．設計結果和體會（包括遇到的問題及解決的方法）
四、8251A通用串行輸入/輸出接口芯片由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串→并）和“發(fā)送移位寄存器”（并→串）。能夠完成上述“串←→并”轉換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器”（UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）,典型的芯片有：Intel 8250/8251。8251A異步工作方式：如果8251A編程為異步方式，在需要發(fā)送字符時，必須首先設置TXEN和CTS#為有效狀態(tài)，TXEN(Transmitter Enable)是允許發(fā)送信號，是命令寄存器中的一位；CTS#(Clear To Send)是由外設發(fā)來的對CPU請求發(fā)送信號的響應信號。然后就開始發(fā)送過程。在發(fā)送時，每當CPU送往發(fā)送緩沖器一個字符，發(fā)送器自動為這個字符加上1個起始位，并且按照編程要求加上奇／偶校驗位以及1個、1.5個或者2個停止位。串行數(shù)據(jù)以起始位開始，接著是最低有效數(shù)據(jù)位，最高有效位的后面是奇／偶校驗位，然后是停止位。按位發(fā)送的數(shù)據(jù)是以發(fā)送時鐘TXC的下降沿同步的，也就是說這些數(shù)據(jù)總是在發(fā)送時鐘TXC的下降沿從8251A發(fā)出。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈嗜Q于編程時指定的波特率因子，為發(fā)送器時鐘頻率的1、1/16或1/64。當波特率指定為16時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈示褪前l(fā)送器時鐘頻率的1/16。CPU通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)送到8251A的數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器以后，再傳輸?shù)桨l(fā)送緩沖器，經(jīng)移位寄存器移位，將并行數(shù)據(jù)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，從TxD端送往外部設備。在8251A接收字符時，命令寄存器的接收允許位RxE(Receiver Enable)必須為1。8251A通過檢測RxD引腳上的低電平來準備接收字符，在沒有字符傳送時RxD端為高電平。8251A不斷地檢測RxD引腳，從RxD端上檢測到低電平以后，便認為是串行數(shù)據(jù)的起始位，并且啟動接收控制電路中的一個計數(shù)器來進行計數(shù)，計數(shù)器的頻率等于接收器時鐘頻率。計數(shù)器是作為接收器采樣定時，當計數(shù)到相當于半個數(shù)位的傳輸時間時再次對RxD端進行采樣，如果仍為低電平，則確認該數(shù)位是一個有效的起始位。若傳輸一個字符需要16個時鐘，那么就是要在計數(shù)8個時鐘后采樣到低電平。之后，8251A每隔一個數(shù)位的傳輸時間對RxD端采樣一次，依次確定串行數(shù)據(jù)位的值。串行數(shù)據(jù)位順序進入接收移位寄存器，通過校驗并除去停止位，變成并行數(shù)據(jù)以后通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送入接收緩沖器，此時發(fā)出有效狀態(tài)的RxRDY信號通知CPU，通知CPU8251A已經(jīng)收到一個有效的數(shù)據(jù)。一個字符對應的數(shù)據(jù)可以是5～8位。如果一個字符對應的數(shù)據(jù)不到8位，8251A會在移位轉換成并行數(shù)據(jù)的時候，自動把他們的高位補成0。
五、系統(tǒng)總體設計方案根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，對系統(tǒng)設計的總體方案進行論證分析如下：1．獲取8位開關量可使用實驗臺上的8255A可編程并行接口芯片，因為只要獲取8位數(shù)據(jù)量，只需使用基本輸入和8位數(shù)據(jù)線，所以將8255A工作在方式0，PA0-PA7接實驗臺上的8位開關量。2．當使用串口進行數(shù)據(jù)傳送時，雖然同步通信速度遠遠高于異步通信，可達500kbit/s，但由于其需要有一個時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的同步，硬件電路復雜，通常計算機之間的通信只采用異步通信。3．由于8251A本身沒有時鐘，需要外部提供，所以本設計中使用實驗臺上的8253芯片的計數(shù)器2來實現(xiàn)。4：顯示和鍵盤輸入均使用DOS功能調(diào)用來實現(xiàn)。設計思路框圖，如下圖所示：
六、硬件設計硬件電路主要分為8位開關量數(shù)據(jù)獲取電路，串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送電路，串行通信數(shù)據(jù)接收電路三個部分。1．8位開關量數(shù)據(jù)獲取電路該電路主要是利用8255并行接口讀取8位乒乓開關的數(shù)據(jù)。此次設計在獲取8位開關數(shù)據(jù)量時采用8255令其工作在方式0，A口輸入8位數(shù)據(jù)，CS#接實驗臺上CS1口，對應端口為280H-283H，PA0-PA7接8個開關。2．串行通信電路串行通信電路本設計中8253主要為8251充當頻率發(fā)生器，接線如下圖所示。
