rc电路的应用总结

2024-04-22

rc电路的应用总结（共6篇）

篇1：rc电路的应用总结

RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用，由于电路的形式以及信号源和R，C元件参数的不同，因而组成了RC电路的各种应用形式：微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。关键词：RC电路。微分、积分电路。耦合电路。在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在些电路中，电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用，下面分别谈谈微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。

1.RC微分电路

如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号VI，由电阻R输出信号VO，当RC 数值与输入方波宽度tW之间满足：RC<

在t=t1时，VI由0→Vm，因电容上电压不能突变（来不及充电，相当于短路，VC＝0），输入电压VI全降在电阻R上，即VO＝VR＝VI＝V m。随后（t>t1），电容C的电压按指数规律快速充电上升，输出电压随之按指数规律下降（因VO＝VI－VC＝Vm－VC），经过大约3τ（τ＝R × C）时，VCVm，VO0，τ（RC）的值愈小，此过程愈快，输出正脉冲愈窄。

t=t2时，VI由Vm→0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负的电压V m开始按指数规律经电阻R放电，刚开始，电容C来不及放电，他的左端（正电）接地，所以VO＝－Vm，之后VO随电容的放电也按指数规律减小，同样经过大约3τ后，放电完毕，输出一个负脉冲。

只要脉冲宽度tW>（5~10）τ，在tW时间内，电容C已完成充电或放电（约需3 τ），输出端就能输出正负尖脉冲，才能成为微分电路，因而电路的充放电时间常数τ必须满足：τ＜（1/5~1/10）tW，这是微分电路的必要条件。

由于输出波形VO与输入波形VI之间恰好符合微分运算的结果［VO=RC（dVI/dt）］，即输出波形是取输入波形的变化部分。如果将VI按傅里叶级展开，进行微分运算的结果，也将是VO的表达式。他主要用于对复杂波形的分离和分频器，如从电视信号的复合同步脉冲分离出行同步脉冲和时钟的倍频应用。

2.RC耦合电路

图1中，如果电路时间常数τ（RC）>>tW，他将变成一个RC耦合电路。输出波形与输入波形一样。如图3所示。

（1）在t=t1时，第一个方波到来，VI由0→Vm，因电容电压不能突变（VC=0），VO=VR=VI=Vm。

（2）t1>tW，电容C缓慢充电，VC缓慢上升为左正右负，V O=VR=VI－VC，VO缓慢下降。

（3）t=t2时，VO由Vm→0，相当于输入端被短路，此时，VC已充有左正右负电压Δ［Δ=（VI/τ）×tW］，经电阻R非常缓慢地放电。

（4）t=t3时，因电容还来不及放完电，积累了一定电荷，第二个方波到来，电阻上的电压就不是Vm，而是VR=Vm-VC（VC≠0），这样第二个输出方波比第一个输出方波略微往下平移，第三个输出方波比第二个输出方波又略微往下平移，…，最后，当输出波形的正半周“面积”与负半周“面积”相等时，就达到了稳定状态。也就是电容在一个周期内充得的电荷与放掉的电荷相等时，输出波形就稳定不再平移，电容上的平均电压等于输入信号中电压的直流分量（利用C的隔直作用），把输入信号往下平移这个直流分量，便得到输出波形，起到传送输入信号的交流成分，因此是一个耦合电路。

以上的微分电路与耦合电路，在电路形式上是一样的，关键是tW与τ的关系，下面比较一下τ与方波周期T（T>tW）不同时的结果，如图4所示。在这三种情形中，由于电容C的隔直作用，输出波形都是一个周期内正、负“面积”相等，即其平均值为0，不再含有直流成份。

①当τ>>T时，电容C的充放电非常缓慢，其输出波形近似理想方波，是理想耦合电路。

②当τ=T时，电容C有一定的充放电，其输出波形的平顶部分有一定的下降或上升，不是理想方波。

③当τ<

3.RC积分电路

如图5所示，电阻R和电容C串联接入输入信号VI，由电容C输出信号V0，当RC（τ）数值与输入方波宽度tW之间满足：τ>>tW，这种电路称为积分电路。在

电容C两端（输出端）得到锯齿波电压，如图6所示。

（3）t=t2时，VI由Vm→0，相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负电压VI（VI

这样，输出信号就是锯齿波，近似为三角形波，τ>>tW是本电路必要条件，因为他是在方波到来期间，电容只是缓慢充电，VC还未上升到Vm时，方波就消失，电容开始放电，以免电容电压出现一个稳定电压值，而且τ越大，锯齿波越接近三角波。输出波形是对输入波形积分运算的结果号的变化量。，他是突出输入信号的直流及缓变分量，降低输入信4.RC滤波电路（无源）

在模拟电路，由RC组成的无源滤波电路中，根据电容的接法及大小主要可分为低通滤波电路（如图7）和高通滤波电路（如图8）。

(1)在图7的低通滤波电路中，他跟积分电路有些相似（电容C都是并在输出端），但他们是应用在不同的电路功能上，积分电路主要是利用电容C充电时的积分作用，在输入方波情形下，来产生周期性的锯齿波（三角波），因此电容C及电阻R是根据方波的tW来选取，而低通滤波电路，是将较高频率的信号旁路掉（因XC=1/（2πfC），f较大时，XC较小，相当于短路），因而电容C的值是参照低频点的数值来确定，对于电源的滤波电路，理论上C值愈大愈好。

(2)图8的高通滤波电路与微分电路或耦合电路形式相同。在脉冲数字电路中，因RC与脉宽tW的关系不同而区分为微分电路和耦合电路；在模拟电路，选择恰当的电容C值，就可以有选择性地让较高频的信号通过，而阻断直流及低频信号，如高音喇叭串接的电容，就是阻止中低音进入高音喇叭，以免烧坏。另一方面，在多级交流放大电路中，他也是一种耦合电路。

5.RC脉冲分压器

当需要将脉冲信号经电阻分压传到下一级时，由于电路中存在各种形式的电容，如寄生电容，他相当于在负载侧接有一负载电容（如图9），当输入一脉冲信号时，因电容CL的充电，电压不能突变，使输出波形前沿变坏，失真。为此，可在R1两端并接一加速电容 C1，这样组成一个RC脉冲分压器（如图10）。

(1)t=0+时，电容视为短路，电流只流经C1，CL，VO由C1和CL分压得到：

但是，任何信号源都有一定的内阻，以及一些电路的需要，通常采取过补偿的办法，如电视信号中，为突出传送图像的轮廓，采用勾边电路，就是通过加大C1的取值。

求RC电路的放电时间为1分锺，电压从9V降到5v.放电电流为300mA左右，选择最佳的的R值和C值。

RC电路的放电方程是：UC=US*e-t/RC，其中，US=9，UC=5，t=60，代入公式可求出时间常数RC的值，现在关键的就是要确定R和C的值了，它只能通过你所要求的放电电路来选择了，由放电电流公式：I=C*dU/dt，再将此公式代入上面的公式中可得：I=-US*C/RCe-t/RC，将C看成一个未知参数，然后作出I-t曲线，计算出该曲线与直线I=300所围成的面积，这个积分上下限为t=0-60，去使面积最小的C值就可.

篇2：rc电路的应用总结

关键词：电子系统,信号处理,无源滤波

1 概念

1.1 滤波是信号处理中的一个重要概念

经典滤波的概念, 是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论, 任何一个满足一定条件的信号, 都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。即是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的, 组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过, 而阻止另一部分频率成分通过的电路, 叫做经典滤波器或滤波电路。

1.2 常见类型

常用的滤波电路如果按照其中是否有电源, 可以分为:有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件 (电阻、电容、电感、二极管等等) 组成, 则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波 (包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等) 。

若滤波电路不仅由无源元件, 还由有源元件 (三极管、MOSFET、JFET、集成运放等) 组成, 则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波, 也被称作电子滤波器。也可以按照按照其输出信号频率分为低通、带通、带阻、高通高通, 最基本类型均可以看成低通、高通组合而成, 因此分析低通具有代表意义。在此以最简易低频RC滤波 (一阶) 为例。

2 工作原理及用途

2.1 利用电容的反复充电放电使信号平滑使用最多的就是分压电路、整流电路后的滤波电路, 如图1所示。

原理:由于AC为低频交流信号, 电容对特定频率的等效容抗小, 近似短路 (与谐振无关) 。电容两端电压不能突变, 只能充放电的特性, 可以达到平滑脉冲的目的。在正半周D2、D4导通时分两个电流, 一是电流IL向负载供电;二是IC向电容充电如忽略D的压降则在电容上的电压等于U2, 当U2达到最大的峰值后开始下降此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降, 当U2UC时二极管再导通, 再次循环下去。滤波前后图形对比如图2所示。

2.2 使用RC滤波去除 (削弱) 杂质高频信号

可以将输入Ui看成激励, 输出Uo看成响应, 则后者为前者的电容C阻抗在总阻抗的分压。即有:Ui/Uo= (1/jwc) / (1/jwc+R) =H (w) 取其模。

可以分析得到, 信号频率w越高, 输出信号相对输入信号越小, 而当w=0, 即是信号为直流信号, 二者相等, 即是不消耗能量, 直接传输。高信号频率W>Wc信号受到抑制, 信号低于Wc容易通过。因此, 此种情况常常用于, 低频工作的信号, 而伴随高频干扰的情形, 如, 开关、按钮、话筒、喇叭、晶振电路等等附近。

2.3 用于多级三极管放大电路级间连接

由于多级三极管放大电路, 设置静态工作点比较困难, 因此使用一阶RC电路可以实现相对容易的静态工作点设置。

2.4 用于匹配传输电力网络

现实生活中, 我们所用的生活用电、工业用电、高压电传输线路, 我们为使传输因数λ, 尽量接近1, 因而常常使用RC电路进行匹配。

3 结束语

总之, 无源一阶低通RC电路由于简单易于设计使用, 所以该结构在电子系统中应用十分广泛。但是其幅频特性的低通滤波特性不是理想, 因此在实际应用中根据需要可以适当增加其阶数目来增强滤波其效果。

参考文献

[1]阎石, 数字电子技术基础 (第五版) 高等教育出版社2005

[2]商坤, 数字电子技术, 东北师范大学出版社, 2011

篇3：RC端角的定制与应用

关键词：RC端角；MMMC；时序分析；集成电路

中图分类号：TN47 文献标识码：A

Customizing and Application of RC Corner

YUE Da-heng， XIA Ting-ting， ZHAO Zhen-yu

（College of Computer， National Univ of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073， China）

Abstract： This paper designed the flow and method of custom RC corners， customized a new RC corner， and estimated the coverage of the custom corner. The result shows that the coverage of custom RC corner to the other corners can reach up to 99%. Finally， we improved the traditional MMMC analysis flow with the custom RC corner. The result of application case in engineering shows that the runtime of tools reduced greatly at the cost of buffer count and buffer area. The buffer count increased by 22.07% and the buffer area increased by 21.65%， whereas the runtime of tools decreased by 84% after the timing was closuring.

Key words： RC corner； multi-mode multi-corner； timing analysis； integrated circuit

随着VLSI（Very Large Scale Integrated Circuits）进入到超深亚微米阶段，集成电路规模和复杂度日益增加，互连线延时在总延时中所占比重开始超过门延时[1-3].特别是在采用纳米工艺之后，互连线延时大约占总延时的60%～70%^[4]，从而成为制约系统性能的关键因素.可以说，在未来的硅技术发展中，互连线对集成电路的影响会越来越显著，互连线设计将会成为集成电路设计中的核心因素^[5].

在超大规模集成电路制造过程中，通常需要经过光刻、掺杂、增层、热处理等数百甚至上千个工艺步骤，在这些工艺步骤中各种工艺上的波动是无法避免的，主要来自于温度、污染以及一些无法预料的因素，使得各种参数值偏离理想值^[6].因此，在互连线延时分析过程中必须考虑工艺波动的影响.[7-8]基于工艺角的分析方法是一种重要的分析方法，因为该方法可以直接分析得出工艺波动影响下的电路开关速度，而电路开关速度是集成电路的一个重要参数.工艺厂商提供WC， WCZ， WCL， BC， ML， LT， TC七个器件端角，以及typical， cbest， rcbest， cworst和rcworst五种互连线工艺角，又称RC端角，即代工厂根据提供的多种PVT（Process Voltage Temperature）条件和工艺条件产生的多种电阻电容文件.5种RC端角定义如下：

①typical端角代表典型电阻电容数据；

②cbest端角代表最佳电容数据；

③rcbest端角代表最佳电阻电容数据；

④cworst端角代表最差电容数据；

⑤rcworst端角代表最差电阻电容数据.

对于65 nm工艺以下的设计，使用MMMC （Multi-Mode Multi-Corner）分析方法已逐渐变成时序分析的一项基本要求，该分析方法已用于实际芯片产品设计中.在多端角时序分析中，器件端角和RC端角的组合就构成了时序分析端角.7种器件端角和5种RC端角，共有35种组合.在实际工程项目中存在以下两个问题：一个问题是设计模块在多端角组合下的时序违反路径不能相互覆盖，导致设计模块完成优化后需要在多个端角下进行时序分析，从而带来巨大的时间开销；另一个问题是，由于多端角组合下的时序路径不能相互覆盖，从而在设计优化时需要在多个端角间来回切换，而且每次对其中一个端角下的时序进行修正时，也会影响其他端角下的时序，进而增加了实现与时序验证工具之间的切换次数以及手工ECO的时间，这进一步增加了整个设计的时间开销.因此，研究可覆盖所有端角的custom端角就显得尤为必要.使得custom端角下优化收敛的电路在其他所有signoff端角下都可以时序收敛，就可以大大加速设计的时序收敛速度.

本文RC端角的定制与应用，是在定制一个可以覆盖其他signoff端角的情况下，采用定制的RC端角改进传统的MMMC时序分析流程，在少量增加缓冲器单元数目和牺牲单元面积为代价的情况下大大减少了时序分析的时间开销.

1 定制RC端角

本节主要包括RC端角的定制流程、实现、以及评估.

1.1 定制流程及实现

设计RC端角定制流程如图1所示.

首先需要创建RC端角下的工艺描述文件ITF（Interconnect Technology File）文件，该文件主要用于描述互连线工艺参数设置以及建立受制造工艺影响的互连线模型.该描述文件并不能直接用于互连线寄生参数的提取，需要将其转化成寄生参数提取工具能识别的工艺文件，如Star RC-XT可识别的.nxtgrd文件以及QRC可识别的qrcTechFile.如果在转换工艺描述文件的过程中报出错误的信息，需要根据错误信息重新修改工艺描述文件.如果没有错误信息，寄生参数提取工具就可以根据生成的工艺文件对设计版图进行寄生参数的提取，并输出存储有该端角下互连线的电阻R和电容C的文件.静态时序分析工具PT就可以读取芯片中整个互连网络的寄生参数R和C并计算出互连线的延时信息，然后结合器件的延时信息进行时序分析.

1.1.1 创建工艺描述文件

先进的IC需要6层或者更多的金属布线层，每层之间由绝缘介质隔开.工艺描述文件ITF文件主要包括以下内容：

①每层金属线的最小宽度和最小间距；

②每层金属线的厚度；

③相邻两层金属间的介质厚度；

④每层金属的电阻率；

⑤金属层间绝缘介质的介电常数；

⑥通孔和接触孔的定义，包括通孔所连接的顶层金属和底层金属以及通孔的电阻等；

⑦扩散层的厚度和电阻率.

1.1.2 转换工艺描述文件

工艺描述文件不能直接用于寄生参数的提取，需要将其转换成寄生参数提取工具能够识别的文件，如Star RC-XT工具可识别工艺文件.nxtgrd文件.ITF文件到.nxtgrd文件的转换，可以直接使用如下命令行.

grdgenxo

如果只是对ITF文件进行更新，可以使用如下命令行对初始的ITF文件进行增量式的更新.

grdgenxo-inc-old_itf

1.1.3 RC端角的实现

在集成电路中，互连线电阻与导线宽度和厚度成反比；互连线电容与导线宽度和厚度成正比，与层间绝缘介质厚度和线间距成反比.因此5种RC端角工艺参数有以下特点：

①cbest端角下的互连线电容最小，cworst端角下的互连线电容最大；

②rcbest端角下的互连线电阻最小，rcworst端角下的互连线电阻最大.

由于层间绝缘介质厚度只影响互连线电容，因此为了使定制的RC端角可以覆盖这5种RC端角，可以适当地调整层间绝缘介质厚度.所以，依据rcbest端角rcworst端角下互连线工艺参数设置，分别向下或向上调整层间绝缘介质厚度，使得rccustom_max端角在互连线电阻达到最大的同时互连线电容也尽可能的大，rccustom_min端角在互连线电阻达到最小的同时互连线电容也尽可能的小.

采用图1所示的RC端角定制流程，本文分别在rcbest端角rcworst端角下互连线工艺参数设置的基础上，向上和向下调整层间绝缘介质厚度20%，定制出rccustom_max和rccustom_min两个端角.

为了验证rccustom_max和rccustom_min这两个定制的RC端角的效果，使用Star RC-XT分别提取20 ～300 μm不等长度的互连线在各个RC端角下的互连线寄生参数值，然后通过工具PT计算出互连线延时，结果分别如图2，图3和图4所示.

从图中可以看出，rccustom_max端角下的互连线的电阻电容值都是最差的，且互连线延时最大；而rccustom_min端角下的互连线的电阻电容值都是最小的，且互连线延时最小.

1.2 RC端角评估

以实际工程项目中的设计模块X1为测试用例，来评估定制的两个RC端角（rccustom_max， rccustom_min）对其他端角的覆盖情况.其中，X1模块长850 μm，宽400 μm，寄存器6 063个，总单元数目30 784个，且该设计模块为route阶段优化之后的设计.在时序分析时，时序路径违反很大程度上受到时钟偏差和串扰的影响，因此，在测试的过程中需要减小时钟偏差和串扰的影响，特别是时钟偏差的影响，故对测试电路，使用理想时钟进行时序检查且不考虑串扰的影响.

评估定制RC端角好坏的一个重要的指标就是覆盖率，而且要求覆盖端角下的时序要比被覆盖端角下的时序更差.

假设被检查模块在端角1下的违反路径为集合A，在端角2下的违反路径为集合B，集合B中的路径

也在集合A中存在的违反路径为集合C，集合A中的路径在集合B中也存在的违反路径为集合D.则

端角1对端角2的覆盖率为：

P1v2=count（C）/count（B）.（1）

端角2对端角1的覆盖率为：

P2v1=count（D）/count（A）.（2）

在测试电路中使用如表1所示的端角进行多端角时序检查.每个端角用小括号里面的Ci（i=1，…，16）代替，其中C1～C6以及C8～C15为signoff端角组合，C7和C16为定制端角组合.

首先，分析建立时间检查时各个端角之间的覆盖情况，如表2所示.

然后，分析保持时间检查时各个端角的覆盖情况.进行保持时间检查时，设计模块X1在C1～C6六个端角没有保持时间违反，故只需分析C8～C16端角下保持时间违反路径间的相互覆盖情况，结果如表3所示.

[4] YAMADA K， ODA N. Statistical corner conditions of interconnect delay （corner LPE specifications）[C]//Proceedings of the 2006 Asia and South Pacific Conference on Design Automation. New York： IEEE， 2006： 706-711.

[5] 李建伟.考虑工艺波动的互连线模型研究[D].西安：西安电子科技大学， 2010：2-8， 11-12.

LI Jian-wei. Research on interconnect model considering process variations[D]. Xi’an： Xidian University， 2010：2-8， 11-12.（In Chinese）

[6] 张瑛，王志功. VLSI中互连线工艺变化的若干问题研究进展[J].电路与系统学报， 2010， 15（3）：96-101.

ZHANG Ying， WANG Zhi-gong. Research progress of some problems in interconnects process variations of VLSI [J]. Journal of Circuits and Systems， 2010， 15（3）：96-101. （In Chinese）

[7] NASSIF S R. Modeling and analysis of manufacturing variations[C]//Proceedings of IEEE Conference on Custom Integrated Circuits. New York： IEEE， 2001： 223-228.

篇4：rc电路的应用总结

顶驱驱动钻井装置, 又被简称为顶驱, 目前作为一种新型钻井设备, 已经引入石油钻井领域。它显著提高了钻井作业的能力和效率, 从而在国内和国际钻井市场上得到了广泛的采用和良好的声誉。目前顶驱的驱动方式已经由液压、直流驱动向交流变频驱动的方向发展。

胜利二号钻井平台引进的挪威 (M H) 公司生产的交流变频顶驱, 型号为:P T D-5 0 0-A C、参数如下:

1、PTD-500-AC顶驱主要技术参数

2、PTD-500-AC顶驱主要组成部分

PTD-500-AC交流变频顶驱主要由外接电源 (6 0 0 V) 、整流装置、逆变器、变频器控制系统 (该系统包括矢量控制板和通讯板) 、数据采集与监视系统、传动机构、辅助驱动系统等部分组成。它集机械、电气、液压于一体, 先进和复杂的电气和液压系统对现场服务人员提出了较高的要求。

3、PTD-500-AC顶驱工作原理

PTD-500-AC顶驱通过交流变频电机驱动齿轮箱内输入轴旋转, 再通过齿轮二级减速驱动主轴旋转, 主动轴带动钻杆旋转, 以实现钻井的目的, 顶部驱动与以前的转盘驱动相比, 无论是打立柱、循环起钻处理事故, 还是套管钻井等特殊工艺井施工, 顶驱都具有明显优势, 尤其是深探井井下情况复杂, 对顶驱的依赖性更强, 因此, 维护、使用好顶驱, 强化顶驱的技术分析及故障诊断尤为重要。

一、使用中存在问题

PTD-500-AC型顶驱主电机散热为强迫风冷式, 风机电机参数:功率8.4KW、电压600V, 频率60Hz。液压泵电机参数:功率为8.4KW、电压600V, 频率60Hz。顶驱冷却风机电机和液压泵电机共用一套vacon变频器, 主要参数:电压525~690V功率15/18.5Kw频率50/60 Hz。

主电机上接有温度传感器和风压传感器对电机实施监控保护, 在使用时, 发现冷却风机、液压泵电机时常停机, 造成主电机出现高温 (温度超过155℃) , 主变频器关断, 主电机需冷却20~30分钟才能恢复工作, 而此时顶驱液压单元也不工作, 钻工无法操作, 极易造成井下事故, 影响到钻井生产的正常进行, 必须改进。

二、原因分析

当顶驱风机电机停机时, 对风机电机进行测量, 发现绝缘电阻、线路、风机本身均无问题, 是vacon变频器出现了问题。调出相关数据发现vacon变频器出现 (o v e r v o l t a g e) 过电压故障, 交流侧电压峰值634伏, 变频器直流侧最高电压值9 9 6伏 (正常值应为8 4 3伏) , 超过变频器容许最高限值保护跳闸。经分析比对是平台电网谐波污染所致, 具体来讲就是在钻机绞车、泥浆泵等直流设备低速运行时, 直流可控硅整流器在触发点产生的毛刺电压, 在变频器直流侧电容累积所致。问题发生后, 平台邀请外方服务人员对vacon变频器直流侧进行检测, 更证明了我们的判断是正确的, 并且建议对平台电网进行全面治理, 平抑谐波, 消除电网谐波干扰, 改善电网运行质量。但是, 若对平台整个电网改造需上百万元, 经济和时间都不允许。

三、解决思路及改造过程

从以上分析, 我们不难发现造成vacon变频器关断的主要原因是直流侧峰值电压过高 (实际值比允许值高9 9 6-843=153V) , 只有消除谐波过高的峰值电压, 才能将其控制在额定范围之内。经理论和实践证明, 采用RC-阻容吸收电路能很好地消除尖锋电压, 即电容在充放电时, 通过电阻将电能转化为热能, 从而达到部分消除高次谐波尖脉冲的目的, 关键是选择合适的时间常数。为此, 我们对vacon变频器直流侧的峰值电压进行测量, 经详细计算, 确定了阻容吸收电路的连接方式及电容容量、电阻的阻值, 并将RC-阻容吸收电路串接在vacon变频器直流侧, 利用R-C充放电过程将电能转化为热能, 从而达到消减过高峰值电压目的, 进而消除了谐波干扰, 改造后顶驱电机工作正常。

vacon变频器RC-阻容吸收电路接线原理图:

四、改造的目的和意义

在对平台电网谐波进行全面治理前, 通过增加RC-阻容吸收电路, 以达到消除谐波对vacon变频器的影响, 消除主电机高温跳闸隐患, 最终确保顶驱主电机正常工作。意义在于用较小的投入解决了顶驱运行中的重大问题, 较好地满足了钻井生产的要求, 也为类似设备改造提供了宝贵经验。

五、取得经济效益

篇5：rc电路的应用总结

1、Multisim软件的特点

随着计算机的飞速发展, 以EDA技术已经成为电子学领域的重要学科。EDA工具摒弃了靠硬件调试来达到设计目标的繁琐过程, 实现了硬件设计软件化。NI Multisim 10是美国国家仪器公司推出的Multisim最新版本。

NI Multisim 10为用户提供了一个集成一体化的设计实验环境, 建立电路、仿真分析和结果输出在一个集成菜单中可以全部完成, 仿真手段切合实际, 元器件和仪器与实际情况非常接近。NI Multisim 10元件库中不仅有数千种电路元器件、虚拟测试仪器可供选用, 而且与较常用的电路分析软件PSPICE提供的元器件完全兼容。Multisim还提供了丰富的分析功能, 可对模拟电路或数字电路分别进行仿真, 也可进行数模混合仿真, 尤其是新增了射频 (RF) 电路的仿真功能;因此功能强大的Multisim仿真软件非常适合电子类课程的教学和实验[4、5]。

2、RC正弦波振荡电路仿真分析

2.1 创建仿真电路图

运行Multisim, 在绘图编辑器中调入所需要元件和虚拟仪器[6], 创建RC桥式正弦振荡电路, 如图1所示。

2.2 起振条件的研究和起振过程的观察

在正反馈支路中, 反馈系数为1/3。根据起振的幅值条件AF>1, 在电路的起振过程中, 由D1、D2、R3、R4、R5构成的负反馈的放大电路的电压增益Auf须略大于3, 即

通过调节电位器R5, 可实现电路起振, 若5R′过小, 则电路有可能停振;若5R′过大, 则无论二极管导通与否负反馈支路的反馈系数都小1/3, 从而电路失去稳幅作用输出电压波形产生失真。

运行并双击示波器图标XSC1, 可以看出电路慢慢地振荡起来, 逐渐产生越来越大的振荡输出。利用二极管电流增大动态电阻减小的特性构成稳幅环节, 从而得到稳定的正弦波输出, 起振和稳幅过程如图2所示。

在实验中, 当R5′=04.R5时, 电压的输出波形较为理想 (如图3所示) , 电路进入稳幅工作状态后, 由示波器的读数,

UA/UB=216.622/62.709=34.>3, 这与理论值是一致的。

2.3 振荡周期的测量

调整示波器面板参数, 将示波器水平灵敏度设置为5ms/Div, 开启仿真开关, 拖动垂直坐标线1和2, 如图3所示, 可测得2T=T2-T1=12.5ms, 则振荡周期T=6.25ms, 在测量误差范围内与理论值图2示波器显示的起振、稳幅过程T=2πRC≈6.28ms是一致的。

2.4 稳副环节的分析

图1中二极管D1和D2起稳幅作用。起振时, 由于集成运放的输出电压很低, D1和D2接近于开路, R3, D1, D2并联电路的等效电阻近似等于R3, AF>1, 电路产生振荡。随着输出电压的增大, 当R3上的分压超过二极管的正向导通电压时, 流过R3上的电流被分流, 负图4示波器显示的停振的波形反馈支路的反馈系数增大, 迫使AF逐渐等于1, 最终电路进入稳幅工作状态。若电路进入稳幅工作状态后闭合J1, 则R3, D1, D2并联电路被短路, 电路不满足振荡条件, 振荡电路将会停止振荡, 如图4所示。

3、结语

应用Multisim软件对RC振荡电路进行验仿真, 通过设置和改变元器件参数、观测电路波形, 可以进一步了解并掌握振荡电路的结构和工作原理。实践证明, 利用Multisim软件进行辅助教学, 可以让学生直观地理解和领会课本中抽象的内容, 提高学习的兴趣和积极性, 从而有效地提高课堂理论教学的教学质量并达到改善教学效果的目的。

参考文献

[1]华成英主编.模拟电子技术基础教程[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[2]熊旭军.基于Multisim的RC桥式正弦波振荡电路仿真分析[J].喀什师范学院学报, 2008, (6) :39-40.

[3]胡维.基于Multisim进行波形变换器的设计[J].实验技术与管理, 2007, (12) :82-84.

[4]冯国强.基于Multism的波形产生电路的分析与仿真.湖北第二师范学院学报, 2009, (2) :19-21.

[5]蒋伟丽, 苏丹.Multisim7在模电实验设计中的应用.实验科学与技术, 2009, (2) :61-63.

篇6：rc电路的应用总结

1 RC5加密算法

在对现存的大量加密算法(DES,AES,RSA等)进行充分研究的基础之上,我们引入了非常适合于智能无线传感器节点的加密算法——RC5加密算法。RC5是一个由Ron Rivest[RIVE94,RIVE95]研制的对称加密算法,他在设计方面有其独有的特性:RC5只使用在微处理器上常见的初等计算操作使其适合于硬件和软件实现;RC5基本操作每次对数据的整个字进行,所以他是一种快速的加密算法;一个字中的比特数是RC5中的一个参数,不同的字长会导致使用不同的算法,这使得他对不同字长的处理器有适应性;循环次数和密钥长度是RC5的可变参数,他们可以用来在更高的速度和更高的安全性之间做出折衷;RC5具有移位位数依赖于数据的移位操作,加强了该算法对分析的抵抗力;另外,RC5还具有结构简单易于实现和内存要求低的特点[1]。

1.1 RC5的参数

RC5是一个可定制的加密算法,是可变参数的分组密码算法。之所以这么说是因为RC5实际上是由3个参数确定的一组加密算法。具体参数如表1所示。

因而,一个特定版本的RC5被记为RC5-w/r/b。例如,RC5-32/12/16具有32 b的字节(64的明文和密文分组),加密和解密算法包含12个循环,密钥长度为16 B(128 b)。对于要求不同、节点能力不同的应用可以选择不同的定制参数,非常方便灵活。这里以RC5-32/10/5为例详细介绍RC5算法[1,2]。

1.2 密钥扩展

根据所设定的循环次数,RC5对秘密密钥进行一组复杂的操作后产生总共t个子密钥存储在数组S[0,1,…,t]以用于加密解密。每个循环使用2个子密钥,还有2个子密钥用于初始化,不属于任何循环的操作,这样就有t=2r+2。每个子密钥的长度是一个字长(w比特)。

这其中用到两个常量Pw和Qw,Pw和Qw大小是一个字长,定义如下:

undefined

其中e=2.718281828459…(自然对数),φ=1.618033988749…(黄金分割),Odd(x)是离x最近的奇数。

使用可以选取的w值,这些常数如表2所示(十六进制表示):

密钥扩展算法的第一步是将秘密钥K[0,1,…,b-1]放入另一个数组L[0,1,…,c-1]中,其中c=[b/u],u=w/8,即L数组中的元素大小为uw位,将u个连续字节的密钥顺序放入L中,先放入L中元素的低字节,再放入其高字节,若L[c-1]的高字节未满,则以0填充。当b=0,c=0时,c=1,L[0]=0。

第二步是利用Pw,Qw将数组S初始化成一个固定的伪随机的数组,最后将用户密钥扩展到数组S中,密钥扩展算法如下所示:

输入:用户密钥b字节预放入数组L[0,1,…,c-1];循环次数r;

输出:w位的循环密钥S[0,1,…,2r+2];

过程:

数组S初始化:

undefined

将L混入S中:

undefined

Rivest[RIVE94]认为上述密钥扩展函数有一定的单向性:从S推出K并不容易。

1.3 加密

RC5使用3个基本操作(以及他们的逆操作):

加法:记为+,其逆操作为减法,记为-。

逐位异或:这个操作记为⊕。

循环左移:字x循环左移y比特被记为x<<>>y。

RC5用2个w位的寄存器A和B存放输入的明文和输出的密文。将明文分成两个w 位的两个部分存储在A,B中,这样加密算法的描述如下:

输入:明文存放在寄存器A,B中,循环次数r,w位循环密钥S[0,1,…,2r+1];

输出:密文存放在寄存器A,B中;

过程:

undefined

1.4 解密

由于是对称加密,解密是加密算法的逆过程,很容易从加密算法中导出过程。解密算法描述如下:

输入:密文存放在寄存器A,B中,循环次数r,w位循环密钥S[0,1,…,2r+1];

输出:明文存放在寄存器A,B中;

过程:

for i=r down to 1

B=((B-S2i+1)>>>A)⊕A

A=((A-S2i+1)>>>B)⊕B

B=B+S1

A=A+S0

RC5的两个最显著的特征是算法的简单性和使用依赖于数据的循环移位。循环移位是算法仅有的非线性部分,Rivest觉得因为循环移位的多少依赖于通过算法的数据,线性和差分密码分析应该更困难。RC5的加密轮数是可变的,在6轮后,经过线性分析已经是安全的了。作者推荐的加密轮数至少是12轮,最好是16轮[3,4]。

2 算法的实现

根据以上算法的伪代码描述,由于RC5算法运用的都是基本的计算操作,在C语言环境下是比较容易实现的,我们借鉴文献[5]中给出的以w=32时的RC5算法的C语言源程序,因为这个程序出现很多问题不能够直接使用,几经修改与测试,最后又将该算法移植到Keil C环境下,从而达到了预期的效果。

3 硬件设计

我们设计的智能传感器节点具有典型的无线传感器网络节点的特征,具体实物如图1所示,整个节点由4部分组成:电源部分、处理器部分、传感器部分、无线传输部分。下面分别介绍各个组成部分。

3.1 电源部分

电源可以选择3 V电池,本文做实验期间选用的是AC/DC电源模块,输入为220 V交流电,输出为3.3 V直流稳压电。

3.2 处理器部分

采用STC12LE5410AD型号单片机作为核心处理器芯片。他是单时钟/机器周期的兼容8051内核单片机,是高速、低功耗的新一代8051单片机,全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810专用复位电路。

运用查询方式按一定周期采集传感器测到的数据,进行加密/解密操作,通过SPI与nRF905进行数据和命令的通信。

3.3 传感器部分

实验板主要配备的传感器有DS18B20温度传感器,人体热释红外传感器,离子式烟雾报警器。

3.4 无线传输部分

无线传输部分的核心器件为nRF905无线收发控制芯片,该芯片是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器,工作电压为1.9～3.6 V, 32引脚QFN封装(5×5 mm2),工作于433/868/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频段,频段之间的转换时间小于650 μs。 nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加滤波器, Shock Burst TX/RX工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验),使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。4种工作模式可以根据需要,通过程序设定,操作简单、使用很方便[6]。

4 算法测试

在算法的实际测试过程中,我们使用了两块实验板,其中一块将传感器采集到的数据信息(明文)进行加密处理后(密文)通过nRF905发出去,另一块与PC机相连作为接收方将收到的密文进行解密处理,并将处理后的数据通过串口发送到PC机上。我们选取的RC5加密算法具体的版本为RC5-32/10/5,即字的大小为32 b,循环轮数为10次,密钥K的字节个数为5个,这里选用的密钥为K[5]=″y h k w o″。待加密的数据字节个数为8个。

实验数据如下:

明文:0x55(包头),

0x01(节点序号),

0x01(温度传感器高字节温度),

0x0C(温度传感器地字节温度),

0x02(红外与烟感信息),

0x12(CRC校验高字节),

0xCE(CRC校验低字节),

0x AA(包尾)。

密文:0x0000004E 解密后的明文:0x00000055

0x000000EC 0x00000001

0x000000B7 0x00000001