微電子碩士論文開題報(bào)告范文精選

　　開題報(bào)告是寫畢業(yè)論文的第一個(gè)任務(wù)，其作用是闡述論文選題依據(jù)以及講述初步構(gòu)思的實(shí)驗(yàn)思路，以下是小編搜集整理的微電子碩士論文開題報(bào)告范文，歡迎閱讀查看。

　　論文題目：多頻帶聲吶換能器匹配網(wǎng)絡(luò)以及線性功率放大器

　　一、選題背景

　　水下聲響設(shè)備發(fā)射機(jī)分為主動(dòng)型聲吶設(shè)備發(fā)射機(jī)和被動(dòng)型聲響設(shè)備發(fā)射機(jī)。聲吶發(fā)射器在主動(dòng)聲響設(shè)備組成部分中占據(jù)很重要的地位，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的影響。聲吶發(fā)射機(jī)的作用是通過特定的電路產(chǎn)生特定的大功率電信號(hào)：源信號(hào)通過功率放大器以及匹配網(wǎng)絡(luò)提高其輸出效率和帶寬后，再經(jīng)過換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)轄射到水介質(zhì)中去。在不同的聲吶設(shè)備系統(tǒng)中，選擇的換能器也不一樣，所以說發(fā)射機(jī)是特定的，面對(duì)特定的系統(tǒng)需要特定的發(fā)射機(jī)。隨著現(xiàn)在社會(huì)水聲探測(cè)應(yīng)用和海底通信設(shè)備向?qū)拵�寬、低頻率、大功率方向發(fā)展來提高信號(hào)的作用距離，從而引起各個(gè)設(shè)備電路單元的變革；又隨著電子技術(shù)在高速、低功耗處理器方向的日益更新進(jìn)步，發(fā)射機(jī)己經(jīng)無法適應(yīng)系統(tǒng)在低功耗方向的要求，因?yàn)樵�有的發(fā)射器單元逐漸成為了整個(gè)主動(dòng)聲吶設(shè)備系統(tǒng)中耗電最大的一個(gè)部分。更加急迫的是便攜式水下通信設(shè)備、便攜式水下探測(cè)設(shè)備等需要使用電池作為電源的聲吶設(shè)備提出對(duì)發(fā)射機(jī)越來越高的性能要求：包括高傳輸效率、低功率損耗。

　　二、研究目的和意義

　　換能器的匹配網(wǎng)絡(luò)和線性功率放大器的簡要說明給本文的設(shè)計(jì)提供了比較堅(jiān)實(shí)的理論和研究基礎(chǔ)。由于在目前的對(duì)捕獲海魚的定位標(biāo)記聲響系統(tǒng)應(yīng)用研究里，這個(gè)系統(tǒng)主要由兩個(gè)窄帶帶寬的濾波器構(gòu)成，并且很多研宄都是把寬帶作為一個(gè)假設(shè)前提。這兩個(gè)窄帶帶寬濾波器在兩個(gè)頻帶之間利用開關(guān)進(jìn)行切換，無法同時(shí)進(jìn)行寬帶內(nèi)信號(hào)的探測(cè)和處理。基于此現(xiàn)狀背景，本文中提出雙頻帶下聲吶換能器同時(shí)工作的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，能夠提高整體的工作效率，降低成本。同時(shí)，為了減少換能器之間的干擾，提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的線性度有較高要求。在接下來的論述里，將首先就此聲吶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)總體的說明，一些基礎(chǔ)的理論和系統(tǒng)的專門知識(shí)也會(huì)在正文開始部分進(jìn)行一個(gè)較為精簡的闡述，為后文中的分析鋪塾。之后概述聲吶匹配網(wǎng)絡(luò)的分析，由于本文研究的頻帶范圍較寬，從IkHz到IMHz，換能器的阻抗隨寬帶頻率變換特性頻繁，所以利用MATLAB軟件編寫了從IkHz到IMHz范圍內(nèi)的匹配網(wǎng)絡(luò)算法程序。繼而再提出整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案：系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將被分成幾個(gè)子部分進(jìn)行講解，包括無源器件構(gòu)成的聲響換能器模型，換能器匹配網(wǎng)絡(luò)以及線性功率放大器。在匹配網(wǎng)絡(luò)部分，將就單頻帶下的帶通貝塞爾濾波器和傳統(tǒng)的利用開關(guān)轉(zhuǎn)換的雙頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)以及本文提出的雙頻帶下同時(shí)工作的無需切換的匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行單獨(dú)的討論。最后，就電路的硬件實(shí)現(xiàn)以及實(shí)際測(cè)試給出數(shù)據(jù)結(jié)果以及仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析。

　　三、本文研究涉及的主要理論

　　在很早期時(shí)，聲吶換能器的等效電路的概念就已經(jīng)被前人提出并且進(jìn)行了大量研宄和應(yīng)用[1]。文章[1]中提出這個(gè)聲響換能器的等效電路模型是由電感，電容以及電阻構(gòu)成的無源電路結(jié)構(gòu)，由于本文中所研究頻帶是從IkHz到IMHz的寬頻帶范圍，聲吶換能器的阻抗隨頻率點(diǎn)的變化的范圍也比較大，所以需要進(jìn)行聲響換能器的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。換能器的等效電路模型雖然己經(jīng)被有所研宄，但是這個(gè)等效電路模型并不總是以一樣的參數(shù)和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，系統(tǒng)不同，使用的換能器也不同，具體要求也不同。聲響換能器會(huì)受到環(huán)境等很多因素的影響，在不同的環(huán)境中受到的影響不同則會(huì)隨之呈現(xiàn)不同的性能導(dǎo)致其模型參數(shù)也不同。這些影響因子主要包括自然環(huán)境條件例如溫度、壓力以及各種人為因素、多個(gè)換能器之間的相互影響以及普遍存在的老化過程。這些影響因素會(huì)使得聲響換能器的屬性發(fā)生些許偏移，從而導(dǎo)致其等效電路模型的參數(shù)值發(fā)生變化。一旦換能器的等效電路模型參數(shù)值變化，則會(huì)影響原本的聲吶換能器匹配網(wǎng)絡(luò)不再匹配。這有可能會(huì)造成電路頻帶部分偏移或者電路系統(tǒng)完全工作失誤，從而導(dǎo)致聲明系統(tǒng)徹底失效。在海軍的聲吶應(yīng)用領(lǐng)域里，IkHz到lOkHz通常被定義為中頻，lOOHz到500Hz被定義為低頻段。從上述中我們已經(jīng)知道本文中研究的頻帶為IkHz到IMHz，這個(gè)頻帶被分成兩個(gè)頻率段，以頻率650kHz為分界點(diǎn)，從IkHz到650kHz在此文中被定義為低頻段，而從650kHz被定義為高頻段范圍，這是相對(duì)于文中的頻率而言。在正式介紹本文的工作之前，先對(duì)前人的研究做一個(gè)簡單的總結(jié)：R。Ramesh和D。D。Ebenezer在其論文[5]中提到，換能器等效電路不僅僅是聲吶換能器需要，也是功率放大器的設(shè)計(jì)需要考慮的，因?yàn)楣β史糯笃鞯脑O(shè)計(jì)是用來驅(qū)動(dòng)匹配網(wǎng)絡(luò)和聲吶換能器的，匹配網(wǎng)絡(luò)在一定程度上影響了功率放大器的效率。在Ramesh以及Ebenezer的這篇論文中，對(duì)于雙頻帶下興趣頻段的等效電路做了介紹以及電路的仿真，并且給出了其仿真波形。文中提到等效電路是由三個(gè)電路串聯(lián)橋臂互相并聯(lián)而成。這三個(gè)串聯(lián)橋臂分別是：其中一個(gè)橋臂是由一個(gè)單獨(dú)的電容構(gòu)成，這個(gè)電容被稱之為并聯(lián)電容；另一個(gè)橋臂和第三個(gè)橋臂結(jié)構(gòu)相同，都是由相同的元器件構(gòu)成，這些元器件包括靜態(tài)電容，靜態(tài)電感以及一個(gè)電阻，雖然是相同的元器件，但是是不同的數(shù)值。為了得到在雙頻帶下?lián)Q能器的等效電路模型，R。Ramesh利用了最小二乘逼近方法。在全篇論文中，強(qiáng)調(diào)的重心都放在了利用最小二乘逼近法的改善上，通過對(duì)這個(gè)方法的改進(jìn)，盡可能的減少模型與真實(shí)換能器之間的誤差，提高其精度。在進(jìn)行最小二乘法之前，需要先提供元器件的初始值，利用這些初始值作為迭代方法的初始條件，然后進(jìn)行不斷的迭代去逼近真實(shí)的換能器。這些改善的方法用來盡可能的減小各個(gè)頻率點(diǎn)的差值平方的總和，這些差值平方是由測(cè)量的數(shù)值和計(jì)算的數(shù)值得到的方程結(jié)果[5]。同時(shí)，采用微分和偏微分的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行二乘法的改進(jìn)。最后，作者將初始數(shù)值，改進(jìn)后的數(shù)值以及精度都陳列在數(shù)據(jù)表格中。從表格中可以看出，大部分的數(shù)值都得到了很大程度的改善。

　　而在論文[6]和論文[7]中，主題都是關(guān)于濾波器的設(shè)計(jì)。首先，在F。N。KU陳述在文章[6]中的主要介紹了貝塞爾濾波器以及其改善方法，貝塞爾濾波器有其最大的一個(gè)特征是這個(gè)濾波器擁有很好的線性相位響應(yīng)。文章對(duì)貝塞爾濾波器的介紹主要提到了貝塞爾濾波器的網(wǎng)絡(luò)綜合，貝塞爾方程多項(xiàng)式，貝塞爾濾波器完整的電路表格。這些基礎(chǔ)的知識(shí)介紹帶來貝塞爾濾波器的數(shù)學(xué)理論模型，這些可以幫助我們更好的了解貝塞爾濾波器的電路結(jié)構(gòu)以及對(duì)這個(gè)濾波器的設(shè)計(jì)有一個(gè)接觸的框架了解。在基礎(chǔ)的介紹后，作者提出了一些爭對(duì)高階濾波器下存在的問題的解決方法。這些問題是：隨著貝塞爾濾波器的階數(shù)越來越高，計(jì)算的精度問題也就變得愈加突出。最后，作者就電路結(jié)構(gòu)在有匹配考慮和沒有匹配考慮的兩種情景下的插入損耗做出了一個(gè)比較，用三個(gè)表格和兩個(gè)圖表給出了比較的結(jié)果。從那些圖表中，我們可以得出插入損耗在貝塞爾濾波器的階數(shù)高于七階后保持相對(duì)穩(wěn)定，但是這個(gè)濾波器的群延時(shí)會(huì)相對(duì)延長隨著濾波器的階數(shù)設(shè)計(jì)的增高。另外，在論文[7]中，C。Bowick主要提到了不同的濾波器設(shè)計(jì)的比較，包括巴特沃斯，切比雪夫以及貝塞爾濾波器，包括這些濾波器在低通高通帶通以及帶阻下的性能研宄和比較。在論文[15]中，作者提出用MathCAD程序進(jìn)行巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)。但是這篇文章所論述的方法只能限于巴特沃斯濾波器的應(yīng)用，無論是低通帶通還是高通情況下。首先，作者利用巴特沃斯濾波器的傳輸函數(shù)和反射系數(shù)方程計(jì)算出各個(gè)元件器的數(shù)值。這個(gè)算法的最大優(yōu)點(diǎn)是階梯型的濾波器的元器件數(shù)值計(jì)算不需要依賴于標(biāo)準(zhǔn)的巴特沃斯的系數(shù)。這個(gè)方法只需要部分參數(shù)值例如帶寬，阻帶頻率，信號(hào)源電阻以及負(fù)載電阻值。然后MathCAD程序會(huì)對(duì)所有的元器件數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，基于給出的參數(shù)值。最后，作者建立并且仿真了低通巴特沃斯濾波器和帶通巴特沃斯濾波器。不過，這個(gè)方法仍舊有其不足之處，因?yàn)榇朔椒ㄖ荒茉诹私庖恍┍匾�的參�?shù)值的前提下進(jìn)行。并且這個(gè)程序算法爭對(duì)巴特沃斯濾波器。大部分的論文閱讀都是爭對(duì)我們提過的換能器和濾波器。不能忽視的是，換能器和匹配網(wǎng)絡(luò)都是由功率放大器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，就像我們之前討論的，功率放大器用來提高信號(hào)的功率，提高功率的轉(zhuǎn)換效率。在本論文中，線性功率放大器設(shè)計(jì)在信號(hào)源和換能器匹配網(wǎng)絡(luò)之間，功率放大器對(duì)信號(hào)源出來的信號(hào)進(jìn)行放大后進(jìn)入匹配網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到換能器被轉(zhuǎn)換成聲波信號(hào)，達(dá)到對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)和換能器驅(qū)動(dòng)的效用。由于功率放大器在電路中的重要功能，目前也有很多關(guān)于如何提高功率放大器性能的研究工作。例如，在J。Yim和他的同事在論文[21]中提到的D類推挽功率放大器，這個(gè)功率放大器工作在很高的電壓源下，同時(shí)擁有比較高的效率。

　　四、本文研究的主要內(nèi)容

　　論文的主要工作是在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)符合聲響系統(tǒng)需求的聲吶系統(tǒng)寬帶聲吶換能器E配電路以及線性功率放大器。需達(dá)到的任務(wù)有：1，測(cè)量出商業(yè)聲吶換能器的輸入阻抗值，2利用MATLAB建立關(guān)于聲響換能器的模型，并且利用MATLAB得出換能器輸入阻抗計(jì)算的數(shù)值，3設(shè)計(jì)建立基于濾波器設(shè)計(jì)的E配網(wǎng)絡(luò)的單帶寬的匹配系統(tǒng)，并且進(jìn)行驗(yàn)證，4對(duì)基于諧波法得出的雙頻帶濾波器的匹配網(wǎng)絡(luò)，利用MATLAB進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)算法，由此算法得到我們需要的帶寬。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的任務(wù)為：1，驗(yàn)證測(cè)試實(shí)際情況下的寬帶雙頻帶下基于濾波器設(shè)計(jì)的匹配網(wǎng)絡(luò)的性能，2利用LTSpice設(shè)計(jì)并且建立對(duì)超線性功率放大器的仿真，此線性功率放大器應(yīng)擁有較少的諧波失真。

　　五、寫作提綱

　　致謝5—6

　　摘要6—7

　　ABSTRACT7—8

　　1序言9—12

　　2引言12—18

　　3聲吶匹配網(wǎng)絡(luò)分析18—20

　　4系統(tǒng)設(shè)計(jì)20—26

　　4。1系統(tǒng)框圖20—22

　　4。2濾波器分析22—24

　　4。3濾撥器類型選擇24—26

　　5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案26—56

　　5。1換能器等效電路27—34

　　5。1。1方法27—30

　　5。1。2仿真30—33

　　5。1。2。1低頻帶30—31

　　5。1。2。2高頻帶31—33

　　5。1。3換能器模型的電路總結(jié)33—34

　　5。2匹配網(wǎng)絡(luò)34—53

　　5。2。1方法34—48

　　5。2。1。1單頻帶帶通貝塞爾濾波器34—45

　　5。2。1。2雙頻帶帶通貝塞爾濾波器45—48

　　傳統(tǒng)方法45—47

　　定義45—46

　　電路46

　　計(jì)算46—47

　　雙頻帶同時(shí)工作的貝塞爾帶通濾波器方法47—48

　　5。2。2仿真48—53

　　5。2。2。1單低頻帶帶通貝塞爾濾波器仿真結(jié)果48—49

　　5。2。2。2單高頻帶帶通貝塞爾濾波器仿真結(jié)果49—50

　　5。2。2。3傳統(tǒng)雙頻帶帶通貝塞爾濾波器仿真結(jié)果50—52

　　5。2。2。4同時(shí)工作雙頻帶帶通貝塞爾濾波器仿真結(jié)果52—53

　　5。3線性功率放大器53—56

　　6測(cè)試56—64

　　6。1貝塞爾濾波器測(cè)試56—64

　　6。1。1測(cè)試系統(tǒng)56

　　6。1。2水下聲吶換能器測(cè)試數(shù)據(jù)圖56—57

　　6。1。3聲吶換能器匹配網(wǎng)絡(luò)水中測(cè)試57—63

　　6。1。4測(cè)試結(jié)果分析63—64

　　7結(jié)論64—65

　　參考文獻(xiàn)65—68

　　六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)

　　[1]。D。P。Massa，"AnoverviewofElectroacousticTransducers"，10：17，05/06/2014

　　[2]。D。Stansfield，UnderwaterElectroacousticTransducers，BathUniversityPressandInstituteofAcoustics，pp。l05—115，119—122Chapter5，1990

　　[3]。W。K。Chen，Linearnetworksandsystems，BROOKS/COLEENGINEERINGDIVISION18：0201/07/2014

　　[4]。程書田。寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用研究。西安電子科技大學(xué)博士論文。1998

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