01 设计说明
电机通常属于强电设备，为了提高效率，需用PWM。但本赛题用的是N20微型电机，供电电压1.2~9VDC，空载电流30mA，见图1.1 。空载功耗0.27W，与一个1/4W的贴片电阻差不多，见图 1.2 。为此还要专门设计一套PWM电路，收获甚微，实在不值得。搞不好PWM电路本身的功耗比所节省下来的还要多，得不偿失。
▲ 图1.1 N20微型减速电机技术参数 可以选用2N910、D882等中功率三极管。2N910的主要性能参数：直流增益hFE典型值：300；饱和电压Vce(sat)典型值0.7V；集电极电流Ic≤2A；最大功耗(Pd)=1W。它们能承受的电流远大于N20型电机。平时常用的MOS管IRLR7843，漏极电流高达113A，与N20电机相比，简直就是个天文数字！尽管不贵，但“伤害性不大，侮辱性极强”，对于设计者来说就是自取其辱。
▲ 图1.2 常用小功率电阻的尺寸与额定功耗02 电路工作原理
一、信号检测
图2.1.1 是微型电磁车电路仿真图。V1是调幅信号源AM，代替LC谐振电路检测到的感应电压。AM的参数设置：载波幅度A=25mV；载波频率f=20 kHz，与引导线的电流频率fs相等；调制指数β=1为满调制，载波幅度变化量为±A；智能频率F=25Hz，取决于赛道最小曲率半径和最高车速。
▲ 图2.1.1 微型电磁电路仿真二、信号放大与调节
图 2.1.1 中U1A的型号为OPA2350，单价4.99元，有些奢侈。可改用其他型号，例如：NX358、EG8546、COS2353、COS722 等(单价0.25 <sub> 1.2元)，只要带宽≥2MHz就行。以上都是轨到轨型运放。原因是运放在单电源供电的条件下，且输入参考电压Vref = 0时，它就有了检波作用。如果不是轨到轨运放也都能用，只是检波效果差一些。它们的优势是价格便宜。例如LM 358单价0.15 </sub> 0.45元。二极管D1型号不限于1N4148，性能相近的点接触式二极管均可。D1在这里并不是做检波用的，是为了防止电流倒灌，提高传输效率。
信号源V1与运放U1A的同相输入端相接，构成同相放大器。输入电阻Ri=R1=5.1kΩ。反馈电阻Rf=RP× 70% =355.1kΩ。所以放大倍数为Ku1=1+Rf/Ri=69.6。若考虑到D1和R2、R3、Q1输入阻抗的影响，实际放大倍数会比计算值小。输入电压峰峰值为100mV，检波之后upp被削去了一半，所以输入信号的等效幅度为Ui =upp/2=50mV。实测通道B的峰值电压为1.975V，放大倍数为Ku1=1.975A/50mA=39.5倍。
图 2.2.1 是微型电磁车电路的仿真波形。通道A的坐标原点下移了1格，且纵坐标为200mV/格；其他通道的坐标原点未变，纵坐标均为2V/格。
▲ 图2.2.1 微型电磁车电路仿真波形三、驱动电路
三极管Q1的型号为2N910，是一个中功率三极管，可以用性能相近的三极管替换。以Q1为中心构成了驱动电路。输入信号通过R3送到Q1的基极。电阻R4是基极偏置电阻，把它跨接在Q1的集电极与基极之间，具有负反馈作用，可以稳定Q1的直流工作点。
若将通道B的峰值电压作为运放U1A的输出，将Out1作为Q1的输出，实测Out1的峰值电压为4.28V，Ku2=4.28/1.975=2.17倍。RL=43Ω，可求得输出电流为4.28/43=99.5mA，可见Q1主要是起电流放大作用的。
假负载RL在仿真电路中代替电机。实际电路中须将RL去掉，换成二芯插座，一端接Q1的集电极，另一端接电源正极，以便电机插拔。续流二极管D2的型号为1N4001，反向击穿电压约为100V，额定电流在0.5~1A之间，对Q1起保护作用。
03 设计须知
本电路采用电池供电，并通过稳压电路为本电路提供5V电源。仿真电路中没有给出这部分电路。稳压电路和信号放大电路的可以做在同一块PCB上。设计PCB时，需要把弱电部分的地与强电部分的地分开。两部分地线之间用磁珠或0Ω电阻连接。PCB上须设计一个二芯插头（公头），以便与电池夹上的插座（母头）连接。
附件1是对引导线周围感应电压的测试数据，作为本电路设计的依据。见下页。
一、附件1：
电感在引导线周围不同位置上的感应电压——根据晋豹智能车队电磁组同学的测试数据整理，
表1列出了电感在不同位置上的感应电压值 (L=10mH，C=6.3nF)。
表F1 电感在不同位置上测得的感应电压峰峰值upp(h, x)/mV
图3.1.1 的曲线是对表1的数据进行拟合之后绘制出来的。其中三条实线是实测值。虚线是以4cm处的曲线为准，进行归一化的结果。
▲ 图3.1.1 电感上的感应电压曲线 可以看到，电感高度h = 4cm时，感应电压的最大幅度为243 mV，但当电感左右平移时，感应电压迅速降低。当h = 20cm时，感应电压的最大幅度为62mV，电感左右平移时，感应电压缓慢降低。当h=12cm时的变化规律介于前二者之间。
