电路分析研讨报告-互感和谐振电路应用

互感和谐振电路应用——RFID原理研究一、RFlD介绍RadioFrequencyIdentification，缩写RFID），无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、 适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。如下为 RFID技术的典型应用：一卡通，公交卡，身份证，超市刷卡消费等。一套完整的RFID系统，是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用程序系统三个部分所组成,其工作原理是 Reader发射一个特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。当装有无源RFID电子标签的物体接近读写器时，读写器受控发出查询信号，RFID电子标签收到此查询信号后，将此信号与标签中的数据信息结合后反射回读写器。反射回的合成信号，已携带有RFID电子标签数据信息。读写器接收到RFID电子标签反射回的合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将RFID电子标签储存的信息读取出来。二、原理分析串联谐振电路：对如图（1）的RLC串联组合，其阻抗为，的电抗成分X与ω有关，当外加的信号频率使得电抗X=0，称电路发生串联谐振，使电路产生谐振的频率称为谐振频率。其中谐振频率为。串联谐振可以产生很高的正弦电压。图（1）并联谐振电路：对如图（2）的RLC并联组合，其导纳为,可以推导出，当 时，导纳虚部B=0，Y=G为纯电阻，称在此频率下电路发生并联谐振，成为并联谐振频率。并联谐振可以产生高电流。1图（2）三、课题介绍用非接触方法进行身份识别的技术称为射频识别技术（RFID-RadioFrequencyIdentification ），广泛用于电子门禁、身份识别、货物识别、动物识别、电子车票等场合。 RFID系统由计算机、读写器和应答器以及耦合器组成。应答器存放被识别物体的有关信息，放置在要识别的移动物体上。耦合器可以是天线或线圈。近距离的射频识别系统采用耦合线圈。图（1）所示为为互感耦合RFID系统电路接口的等效电路。互感的初级部分连接信息读写器，它发出高频信号，在初级电感L1（发送线圈）上产生感应电压。次级电路是应答器的接收等效电路，L2是应答器的接收线圈。当应答器靠近读写器时，线圈之间发生互感，应答器从接收线圈上获得微弱能量（这部分电路没有画出）控制电子开关 S动作发出特定的ID信息。2图（1）电路初级和次级均谐振于 vs的频率=125kHz。当开关S闭合时，次级回路失谐，影响到初级回路也失谐。初级回路谐振时，电容 C1上有高电压；失谐时，电容电压 vc显著下降。当开关S受到控制信号电压的变化而闭合或断开时， vc幅度跟着变化。因此，次级负载变化引起初级电容电压幅度被调制， 称为负载调制，由此实现信号从次级到初级的传递。读写器检测电容 C1上电压幅度变化得到应答器的ID信息。读写器检测电容C1上电压幅度变化得到应答器的ID信息。1、给定电路参数 L1=L2=1.35mH,C1=C2=1.2nF,耦合系数 k=0.3,R1

MvsL1L2R2SC2vC C1R1=40W,R2=5kW，vs幅度为5V，频率为125kHz的正弦波，用相量法分析当S断开和闭合时，电容C1上的电压vc。1）当S断开时：次级回路阻抗：3Z2jL21jL2R2R2(1jR2C2)11jR2C2jL22jC21(R2C2)R2R2jjR22C21(R2C2)2L21(R2C2)2当谐振时，Z2为纯阻：R22C2L2 1 ( R2C2)2对于给定元件参数，因此，1786103rad/s2125kHL2C2在125kHz下，Z2反映到初级的阻抗为纯阻：Z1r()2/(R2)k2L1L2[1(R2C2)2]k2L1L2(R2C2)2M1(R2C2)2R2R2由：L1L2,C1C2,21L2C2有：Z1rk2L2C2R20.729109I1VsmVsm50.125AR1Z1rR140（2）当S闭合时：次级回路阻抗：Z2jL2Z2反映到初级的阻抗：Z1r(M)2jM2jk2L1jL2L24初级的总阻抗：Z1rk2L2C2R20.729109此时初级电容上电压：用EWB的频率扫描分析，测量频率从10kHz到1MHz变化时，C1和C2上电压幅度的变化情况。电路如图（3）所示：VC1mVsm1jk2L151.122.7(V)R1jC图（3）进行扫频分析时，扫频类型为十进制，纵坐标为线性（ Linear），其电压幅度如图（4）为仿真后的结果：（红色为节点4，绿色为节点5）5图（4）用EWB进行仿真。S采用电压控制开关，控制电压Vm为1kHz方波，观察C1上电压波形。电路如图（5）所示：图（5）示波器显示如图（6）：6图（6）扩展：设计一种电路，检测出Vc幅度变化，得到与控制电压vm相同的波形。（提示：可采用二极管整流电路）。电路如图（7）所示，用1MΩ的电阻分压，利用运算放大器和二级管进行检波。示波器A、B输入分别接在二极管的两端:图（7）电压波形如图（8）所示：7图（8）发现：通过示波器的显示表明，二极管改变了原有的波形，在经过二极管之后，滤去了下半部分的波。四、总结与感想我们小组在此次电路分析课程的研讨中选择了互感和谐振电路应用—RFID原理研究的课题，是因为在看了资料之后觉得这个技术在日常生活中应用非常广泛，我们日常最普遍的一卡通、公交卡、超市刷卡消费等都是以这个原理设计制作的，了解这个实用的技术对我们的学习与生活都是比较有意义的。在完成此次研讨的过程中，我们遇到了许多的问题，从开始的零起点，慢慢地通过自己的努力，通过查阅不同的书籍，参考各式的资料，以及询问老师与同学，弄清了课题的基本原理，也掌握了 EWB软件的基本应用，最终顺利地把研讨作业完成了。首先，在初次接触Multisim时，由于是全英文版的，用起来特别地不方便，我们通过摸索找到了Multisim的汉化工具，这个汉化包的发现将对我们以后的学习发挥重要作用。其次，我们在原件参数设置上遇到了一些问题，前期由于参数设置得不合理，导致最后出来的图像不是特别标准，并且找不到问题的所在，这个过程中有过失落和无力感，不过我们坚持不懈，不肯放弃，通过仔细地学习课本内容，查阅图书馆的相关书籍以及与老师进行交流学习，最后学会设置元件8的参数，得出最后的图像。在这个过程中，我们不仅仅是学到了相关软件的应用，掌握了EWB的具体操作技术，同时更重要的是，我们体会到了做研讨工作的认真严谨，坚持耐心的精神的必要性。这也是我们自