电子设计竞赛复试题波形发生器
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2009年)全国大学生电子设计竞赛题目数字幅频均衡功率放大器(F题)【本科组】一、任务设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。
该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路,其组成框图如图1所示。
图1 数字幅频均衡功率放大器组成框图二、要求1.基本要求(1)前置放大电路要求:a. 小信号电压放大倍数不小于400倍(输入正弦信号电压有效值小于10mV)。
b. -1dB通频带为20Hz~20kHz。
c. 输出电阻为600Ω。
(2)制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波,以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准,要求最大衰减≥10dB。
带阻网络具体电路见题目说明1。
(3)应用数字信号处理技术,制作数字幅频均衡电路,对带阻网络输出的20Hz~20kHz信号进行幅频均衡。
要求:a. 输入电阻为600Ω。
b. 经过数字幅频均衡处理后,以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准,通频带20Hz~20kHz内的电压幅度波动在±1.5dB以内。
2. 发挥部分制作功率放大电路,对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大,要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。
(1)当输入正弦信号v i电压有效值为5mV、功率放大器接8Ω电阻负载(一端接地)时,要求输出功率≥10W,输出电压波形无明显失真。
(2)功率放大电路的-3dB通频带为20Hz~20kHz。
(3)功率放大电路的效率≥60%。
(4)其他。
三、说明1.题目基本要求中的带阻网络如图2所示。
图中元件值是标称值,不是实际值,对精度不作要求,电容必须采用铝电解电容。
图2 带阻网络2.本题中前置放大电路电压放大倍数是在输入信号v i电压有效值为5mV的条件下测试。
3.题目发挥部分中的功率放大电路不得使用MOS集成功率模块。
4.本题中功率放大电路的效率定义为:功率放大电路输出功率与其直流电源供给功率之比,电路中应预留测试端子,以便测试直流电源供给功率。
长春理工大学光电信息学院2012年电子设计竞赛题目2012年6月A、正弦波相位发生器一、设计任务设计制作一个由运放组成的正弦波形发生器,产生两路有相位差的正弦波,并用显示屏显示时实波形(如图结构)二、设计要求与评分标准设计制作项目主要内容分数设计方案方案比较与论证选择;理论分析与计算;电路图及有关软件、硬件设计文件;测试方法与仪器;测试数据及测试结果分析。
20 作品制作作品制作(焊接、结构等)30 总分50基本要求(1)由运放组成一路正弦波发生器。
输出波形具有正负对称电压;频率可调范围:30Hz~20kHz;显示屏时实显示波形。
30(2)产生两路具有相位差的可调频率正弦波。
输出波形具有正负对称电压;两路完全相同波形的正弦波,可同时进行频率调节,具有小于等于90度的相位差;显示屏实时显示波形及频率与相差位;20 总分50提高部分(1)对显示波形进行放大、缩小、上下移动功能的调节25 (2)具有波形存储功能。
25 总分50B 、开关稳压电源一、设计任务设计并制作如图所示的开关稳压电源。
U O R LU 1=220VACDC-DC 变换器I O整流滤波U INI IN二、设计要求与评分标准设计 制作项 目 主要内容分数设计方案方案比较与论证选择; 理论分析与计算;电路图及有关软件、硬件设计文件; 测试方法与仪器;测试数据及测试结果分析。
20作品制作 作品制作(焊接、结构等)30 总分 50基本 要求◆ 最大输出电流I Omax >=6A ; ◆ 电压调整率S U ≤2%;◆ I O 从0变到6A 时,负载调整率S I ≤5%(U 2=18V ); ◆ 输出噪声纹波电压峰-峰值U OPP ≤1V (U O =10V,I O =6A ); ◆ DC-DC 变换器的效率η≥70%(U O =10V,I O =6A );◆ 具有过流保护功能,动作电流I O (th )=6.5±0.2A;50总分50提高 部分(1) 进一步提高电压调整率,使S U ≤0.2%(I O =6A ); (2) 进一步提高负载调整率,使S I ≤0.5%);(3) 进一步提高效率,使η≥85%(U O =10V,I O =6A );(4) 排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态;(5) 能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值1V ,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
干货|大学生电子竞赛题目分析——2021年A题《信号失真度测量装置》一、任务设计制作信号失真度测量装置,对来自函数/任意波形发生器的周期信号(以下简称为输入信号)进行采集分析,测得输入信号的总谐波失真THD(以下简称为失真度),并可在手机上显示测量信息。
测量装置系统组成示意图如图所示。
二、要求1. 基本要求(1)输入信号的峰峰值电压范围:300mV~600mV。
(2)输入信号基频:1kHz。
(3)输入信号失真度范围:5% ~ 50%。
(4)要求对输入信号失真度测量误差绝对值Δ=|THDx -THDo|≤5%,THDx和THDo分别为失真度的测量值与标称值。
(5)显示失真度测量值THDx。
(6)失真度测量与显示用时不超过10秒。
2. 发挥部分(1)输入信号的峰峰值电压范围:30mV ~ 600mV。
(2)输入信号基频范围:1kHz ~100kHz。
(3)测量并显示输入信号失真度THDx值,要求Δ=|THDx -THDo|≤3%。
(4)测量并显示输入信号的一个周期波形。
(5)显示输入信号基波与谐波的归一化幅值,只显示到5 次谐波。
(6)在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THDx值、一个周期波形、基波与谐波的归一化幅值。
(7)其他。
三、说明(1)本题用于信号失真度测量的主控制器和数据采集器必须使用TI 公司的MCU及其片内ADC,不得使用其他片外ADC 和数据采集模块(卡)成品。
(2)关于THD 的说明:当放大器输入为正弦信号时,放大器的非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量,即出现谐波失真,通常用“总谐波失真THD(total harmonic distortion)”定量分析放大器的非线性失真程度。
若放大器的输入交流电压为出现谐波失真的放大器输出交流电压为,则uo的总谐波失真(失真度)定义为本题信号失真度测量采用近似方式,测量和分析输入信号谐波成分时,限定只处理到5次谐波。
定义为本题失真度的标称值。
波形发生器徐威(宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211)摘要:使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、一次和三次正弦波。
进行方案设计,制作出实际电路使其达到实验要求的各项指标。
一、设计任务与要求使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出方案设计、详细电路图和现场自测数据及波形。
设计制作要求如下:1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3(3次谐波);脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8KHz~10KHz,输出电压幅度峰峰值为1V;正弦波Ⅱ输出频率范围为24KHz~30KHz,输出电压幅度峰峰值为9V。
脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源只能选用+10V单电源,由稳压电源供给,不得使用额外电源。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置,便于检查。
6、翻译:NE555和LM324的数据手册(器件描述、特点、应用、绝对参数、电参数)。
二、方案设计与论证1.原始方案:在使用Multisim进行仿真设计的阶段,我想出了两种原始方案,两种方案的大体思路如下。
方案一:使用NE555芯片构成多谐振荡器,输出方波,通过锯齿波发生电路产生锯齿波,然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器,通过滤波产生一次,8KHz 到10KHz 的正弦波,然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器,输出三次正弦波。
其中滤出三次谐波的理论依据是,由于锯齿波是一个关于t 的周期函数,并且满足狄里赫莱条件:在一个周期内具有有限个间断点,且在这些间断点上,函数是有限值;在一个周期内具有有限个极值点;绝对可积。
2020西电电赛初试题:波形发生器
一、使用题目指定的555 芯片和一片通用四运放324 芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出设计方案、参数计算、详细仿真电路图文件和仿真波形,撰写不超过6页报告。
二、设计要求如下:
1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的
一种波形,每通道输出的负载电阻均为600 欧姆。
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3(3 次谐波):脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8kHz—10kHz,输出电压幅度峰峰值为1V;正弦波Ⅱ输出频率范围为24kHz—30kHz,输出电压幅度峰峰值为6V;脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源基本要求为±10V,发挥要求只选用+10V 单电源,由稳压电源供给。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600 欧姆应标示清楚、置于明显位置,便于测试。
三、注意:不能外加555 和324 芯片,不能使用除指定的一片555和324的芯片以外的其他任何器件或芯片(如二极管或三级管等有源器件)。
四、评分标准
本次竞赛时间紧张,完成形式为报告形式,不制作实物。
报告原则上不超过A4纸6页,报告要求及评分标准如下。
波形发生器徐威(宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211)摘要:使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、一次和三次正弦波。
进行方案设计,制作出实际电路使其达到实验要求的各项指标。
一、设计任务与要求使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出方案设计、详细电路图和现场自测数据及波形。
设计制作要求如下:1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3(3次谐波);脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8KHz~10KHz,输出电压幅度峰峰值为1V;正弦波Ⅱ输出频率范围为24KHz~30KHz,输出电压幅度峰峰值为9V。
脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源只能选用+10V单电源,由稳压电源供给,不得使用额外电源。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置,便于检查。
6、翻译:NE555和LM324的数据手册(器件描述、特点、应用、绝对参数、电参数)。
二、方案设计与论证1.原始方案:在使用Multisim进行仿真设计的阶段,我想出了两种原始方案,两种方案的大体思路如下。
方案一:使用NE555芯片构成多谐振荡器,输出方波,通过锯齿波发生电路产生锯齿波,然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器,通过滤波产生一次,8KHz 到10KHz 的正弦波,然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器,输出三次正弦波。
其中滤出三次谐波的理论依据是,由于锯齿波是一个关于t 的周期函数,并且满足狄里赫莱条件:在一个周期内具有有限个间断点,且在这些间断点上,函数是有限值;在一个周期内具有有限个极值点;绝对可积。
全国大学生电子设计竞赛题目分析全国大学生电子设计竞赛题目类型简介由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2003年已经成功地举办了6届。
从6届电子设计竞赛的试题来看,可以归纳成7类,即:(1)电源类:简易数控直流电源(第一届),直流稳压电源(第三届);(2)信号源类:实用信号源的设计和制作(第二届),波形发生器(第五届),电压控制LC振荡器(A题)(第六届);(3)高频无线电类:简易无线电遥控系统(第二届),调幅广播收音机(第三届),短波调频接收机(第四届),调频收音机(第五届);(4)放大器类:实用低频功率放大器(第二届),高效率音频功率放大器(第五届),宽带放大器(B题)(第六届);(5)仪器仪表类:简易电阻、电容和电感测试仪(第二届),简易数字频率计(第三届),频率特性测试仪(第四届),数字式工频有效值多用表(第四届),简易数字存储示波器(第五届),低频数字式相位测量仪(C题)(第六届),简易逻辑分析仪(D题)(第六届);(6)数据采集与处理类:多路数据采集系统(第一届),数字化语音存储与回放系统(第四届),数据采集与传输系统(第五届)。
(7)控制类:水温控制系统(第三届),自动往返电动小汽车(第五届);简易智能电动车(E题)(第六届);液体点滴速度监控装置(F题)(第六届)。
从以上试题可见,试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。
涉及到的电子信息类专业的课程有:低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等;实践性教学环节有:电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等;可选用的器件有:晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等;设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具,如VHDL语言、Xilinx Foundation Series EDA工具、单片机编程器等。
不难看出,电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平,又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
2006年吉林省大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项(1)2006年9月19日8:00竞赛开始,每支参赛队限定在下列题中任选一题;填写《登记表》,由赛场巡视员暂时保管。
(2)每队严格限制3人,不得中途更换队员;参赛队员必须是有正式学籍的在校本、专科学生,应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件(学生证)随时备查。
(3)竞赛期间,可使用各种图书资料和网络资源,但不得以任何方式与他人交流,包括教师在内的非参赛队必须回避,对违纪参赛队员取消评审资格,并视情节予以严肃处理。
(4)2006年9月22日晚8:00竞赛结束,封题。
(5)2006年9月23日早8:00-9:00到组委会指定的测试地点交封箱物品。
单相正弦波变频电源(A)一、任务设计并制作一个单相正弦波变频电源,输出电压有效值为15~36V可调,最大负载电流有效值为1A,负载为电阻负载。
变频电源框图如下图所示。
显示二、要求1.基本要求(1)输出频率范围为20Hz~100Hz,且输出电压有效值为15V~36V可调的单相交流电;(2)输出电压波形应尽量接近正弦波,用示波器观察无明显失真;(3)当输入电压为198V~242V,负载电流有效值为0.5~1A时,输出电压有效值应保持在15V,误差的绝对值小于5%;(4)具有过流保护(输出电流有效值达1.5A时动作),保护时自动切断输入交流电源。
2.发挥部分(1)当输入电压为198V~242V,负载电流有效值为0.5~1A时,输出电压有效值应保持在15V,误差的绝对值小于2%;(2)设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路,测量误差的绝对值小于5%;(3)其它。
三、说明1.不能使用产生SPWM(正弦波脉宽调制)波形的专用芯片;2.必要时,可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压;可用滑动变阻器或电阻箱模3.输出功率可通过电流、电压的测量值计算。
四、评分标准2006年吉林省大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项(1)2006年9月19日8:00竞赛开始,每支参赛队限定在下列题中任选一题;填写《登记表》,由赛场巡视员暂时保管。
1. 集成运放的应用设计低频信号源产生500Hz的正弦波信号Ui1,同时设计三角波产生器产生图1所示的三角波为Uo1,其中T1=0.5ms。
然后按图2所示的电路进行处理,要求加法器的输出电压Ui2=10*Ui1+Uo1;Ui2经滤波器滤除Uo1频率分量,选出500Hz的正弦波信号为uo2,要求uo2的峰峰值等于9V,用示波器观察无明显失真。
Uo2信号再经比较器后在1kΩ负载上得到峰峰值为2V的输出电压Uo3。
提示:用仿真软件验证设计是否正确,无误后再制作。
说明:预留ui1、ui2、uo1、uo2和uo3的测试端子,以方便测量。
参考元器件:NE555,LM324。
图1 三角波图2 信号处理电路2. 可控增益放大电路设计设计并制作一个增益可控的放大电路,能够对峰值为10mV的正弦信号进行放大。
放大电路设有“增益增”(UP)和“增益减”(DOWN)两个键,按UP时增益步进增加,按DOWN时增益步进减小。
具体要求如下:(1) 放大电路的增益范围为0~937.5,步进为62.5;(2) 增益误差≤±5%;发挥部分:显示设定增益值;参考元器件:NE5532/TL082,74HC161,DAC0832/AD7520。
3.数控稳压电源设计设计并制作一个数控稳压电源。
电源设有“电压增”(UP)和“电压减”(DOWN)两个键,按UP时输出电压步进增加,按DOWN时步进减小。
具体要求如下:(1) 输出电压范围为5~12V,步进为1V;(2) 输出电压的误差≤±0.1V;(3) 最大输出电流≥1A。
发挥部分:显示设定电压值;说明:(1) 分别测试输出电压为5V、6V、7V、…11V和12V的电压值;(2) 最大输出电流通过设计方案预以保证。
参考元器件:74HC191/193,74HC138,LM317,CD4511,S8050/8550,DAC0832,NE5532/TL082,TIP41/2N3055/3DD15。
波形发生器徐威(宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211)摘要:使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、一次和三次正弦波。
进行方案设计,制作出实际电路使其达到实验要求的各项指标。
一、设计任务与要求使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出方案设计、详细电路图和现场自测数据及波形。
设计制作要求如下:1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3(3次谐波);脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8KHz~10KHz,输出电压幅度峰峰值为1V;正弦波Ⅱ输出频率范围为24KHz~30KHz,输出电压幅度峰峰值为9V。
脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源只能选用+10V单电源,由稳压电源供给,不得使用额外电源。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置,便于检查。
6、翻译:NE555和 LM324的数据手册(器件描述、特点、应用、绝对参数、电参数)。
二、方案设计与论证 1.原始方案:在使用Multisim 进行仿真设计的阶段,我想出了两种原始方案,两种方案的大体思路如下。
方案一:使用NE555芯片构成多谐振荡器,输出方波,通过锯齿波发生电路产生锯齿波,然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器,通过滤波产生一次,8KHz 到10KHz 的正弦波,然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器,输出三次正弦波。
其中滤出三次谐波的理论依据是,由于锯齿波是一个关于t 的周期函数,并且满足狄里赫莱条件:在一个周期内具有有限个间断点,且在这些间断点上,函数是有限值;在一个周期内具有有限个极值点;绝对可积。
则有如下公式(1)成立。
称为积分运算()t f 的傅里叶变换根据欧拉公式2cos 000t jw t jw e e t w -+=就可以方案二:使用功放构成文森桥式震荡电路,产生出8KHz~10KHz 的正弦波。
接着是用NE555芯片,搭建出施密特触发电路,产生脉冲波输出;将脉冲波分别输入一个KHz f H 10=的低通滤波器和24KHz~30KHz 的带通滤波器电路中,产生一次和三次正弦波。
2.总体方案设计与论证:最初方案设计的大体思路在方案一和方案二之间犹豫不决,于是将两个电路的大体电路都进行了简单的设计,发现方案二存在很多的问题很难解决。
问题一:如果使用文森桥式震荡器产生正弦波,改变震荡频率就需要改变RC常数,要同时改变两个R(在实际电路中,同时改变两个电容的值是很复杂的,而且这样也无法得到一个8KHZ~10KHz的连续的频率),需要双滑动变阻器并且要保证滑动变阻器改变的值完全相同,有一定困难。
问题二:NE555芯片搭建出来的是一个简单的施密特触发器,输入正弦波之后,输出的脉冲波的占空比是不可以调整的,不满足实验要求的占空比可调的条件。
要是施密特触发器产生的脉冲波的占空比可调会是该电路进一步复杂化。
问题三:LM324芯片的功放不够,由于有600负载电阻的限制,输出波形的峰峰值不能简单的通过电阻的分压来实现。
鉴于方案二存在的问题能以解决,我们就确定选择方案一的整体思路进行方案的设计。
3.单元电路的设计与论证:(1)脉冲波产生电路脉冲波由NE555芯片搭建的多稳态谐振器振动产生,频率可调,为KHz8~KHz10参考NE555芯片使用手册可知,芯片输出波形的峰峰值为10V 左右。
使用Multisim仿真的脉冲波产生电路如下图1所示。
图 1 脉冲波发生电路利用软件进行波形的仿真,得到脉冲波的图形如图2所示图2 脉冲波仿真波形(2)锯齿波发生电路在锯齿波发生电路的设计中,原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路,是通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同,对输入信号的脉冲波进行积分产生锯齿波(该电路是需要二极管的)。
开始是按照这个思路进行仿真的。
因为要同时调整正向和反向积分的时间常数,于是我们就想可以在调整脉冲波的输出频率的时候,只改变高电平或者低电平的持续时间,然后在锯齿波发生电路中选取合适的电容值,然后就可以讲正向或者反向的电阻值固定,只改变另一方向的电阻值就可以了。
见图3是该方案的仿真电路。
图3 锯齿波产生电路见图1,是用NE555产生出脉冲波,然后通过锯齿波产生电路,这里仿真没有选择功放为LM324,未考虑Ω600的负载电阻以及输出的峰峰值。
脉冲波和锯齿波发生电路的参数取值如下根据NE555芯片的使用手册,有以下有用公式:根据以上的公式,就可以计算出理论上的各种参数:在对锯齿波进行仿真的时候,发现波形有些失真,上网查阅资料后得知要是RC常数跟脉冲波的时间相匹配才行。
去锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下:如图1所示,1R为一个ΩK9电阻和一个ΩK3电位器组成,2R取Ω700仿真结果见图4的锯齿波。
图4 锯齿波仿真波形从图4的波形中算出锯齿波的峰峰值为由于要求负载电阻为600,不能直接进行分压来控制峰峰值为V1,再用功放来满足峰峰值的要求的话,LM324的四功放无法满足整个电路的需求,因此这种锯齿波的单元电路就被放弃了,需要进行改进。
在老师的提醒下,我发现了在NE555芯片构成的脉冲波发生电路中就有锯齿波,只需要在该处输出,然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波。
改进后的电路仿真图如下图5。
图 5 改进后的脉冲波和锯齿波发生电路改进后的电路对脉冲波发生电路的参数也进行了调整,让脉冲波的占空比接近一半。
锯齿波发生电路是一个反向比例运算电路,由公式参数的选择如下:对该电路进行软件仿真得到理论上的锯齿波波形,见图6。
图中另一个波形是NE555芯片的输出波形。
图 6 改进电路后的脉冲波和锯齿波的仿真波形得到的锯齿波的峰峰值约为V1,频率与NE555芯片产生的脉冲波频率保持一致,满足实验要求,就完成了锯齿波波形发生电路的理论设计。
(3)正弦波发生电路波,也就是KHz 8~KHz 10KHz f c 10=图7 原理图根据截至频率KHz f c 10=,查图确定电容的标称值图8 二阶压控电压源低通滤波电路参数选取参考图取nF C 3.3=查表确定电容1C 的值,以及1=K 时对应的电阻。
表1 二阶压控电压源低通滤波器参数表因为低通滤波器的输入直接从锯齿波发生电路的输出端引入,峰峰值为V 1,所将上列阻值乘以计算出来的K 值。
进行电路仿真后电路图如图图9 二阶压控电压源低通滤波器9下部分就是二阶压控电压源低通滤波器电路(一次正弦波产生电路),蓝色的线分别是滤波器的输入和输出端,其中输入端是锯齿波发生电路的输出端,即输入峰峰值为V1的锯齿波。
图10 一次正弦波仿真波形图中,上部分波形是输入的峰峰值为V1的锯齿波,下部分是一次正弦波,频率与锯齿波保持一致,但是峰峰值没有达到实验要求的V1,有所衰减。
于是对电路的参数重新选择。
修改后的仿真电路图如下图11 改进后的二阶压控电压源低通滤波电路再次进行波形的仿真,结果如下图:图12 改进后的一次正弦波仿真波形从仿真结果可以发现,波形的峰峰值又超过了V1,对电路进行理论分析,发现因为使用的单电源,偏置电阻ΩK10影响了原本与地直接只有ΩK10的3R的阻值,串上了偏置电阻。
根据二阶压控电压源电路的放大倍数公式341RRAv+=进行电阻的调整。
取Ω=KR1003得到的满足条件的峰峰值为V1的一次正弦波。
上面的波形是从锯齿波发生电路输出的锯齿波,下面的是经过低通滤波器之后产生的一次正弦波波形,两个波形的峰峰值单位都是DivV/5,可知波形在KHzKHz10~8的仿真结果都满足实验要求。
该部分的仿真设计就完成了。
图13 最终的z8KH一次正弦波仿真波形图14 最终的z9KH一次正弦波仿真波形图14 最终的z10KH一次正弦波仿真波形(4)三次正弦波发生电路三次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为z30~z24KHKH的带通滤波器。
设计该滤波器是采用的无限增益多路反馈(MFB)电路。
该电路的电路图如下所示。
图15 无限增益多路反馈电路原理图该电路有以下公式方便参数选择为了使通带更加平坦,应该尽量使Q值大,查二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表表2 无限增益多路反馈电路参数选择表参数选择如下:仿真的电路图如下图所示:图16 无限增益多路反馈电路(带通滤波器)对电路进行波形仿真时发现,当接入一个波形发生器进行测试的时候,输出的波形不会随着输入信号的频率变化而变化,始终为z17KH左右,于是想到没有接输入信号,直接查看输入端和输出端的波形,结果如下:图17 无限增益多路反馈电路的自激振荡仿真波形仿真的波形图中上面的波形是A端,即输入端的波形,下面的波形是输出端的波形,两个探针A/B 分别放在输入和输出端。
这里没有输入的信号,输出却稳定在将近z 18KH ,可知电路产生了自激震荡。
对电路进行改进,重新选取参数对电路的波形进行仿真,发现峰峰值比较小,与实验要求差距较大,由13232121202R R A C R R R R R w v-=+=,,可知,缩小1R 的值会使放大倍数v A 增大,而且对通带的中心频率0w 影响也较小。
电容值取实验室有的电容nF C 3.3=。
改进后的电路图如下所示图18 改进后的无限增益多路反馈电路对电路进行仿真,查看仿真出的波形结果如下图,由波形可以知道该电路产生的三次正弦波的频率是满足实验要求的,但是峰峰值没有达到要求的9V 。
两个波形的峰峰值单位分别是Div V /1和Div V /5图19 z 24KH 三次正弦波仿真波形图20 z 27KH 三次正弦波仿真波形图21 z 30KH 三次正弦波仿真波形三、系统测试结果与分析 1.系统测试结果脉冲波波形如下所示,分别是z 10z 9z 8KH KH KH 、、的波形: 图22 z 8KH 脉冲波波形图23 z 9KH 脉冲波波形图24 z 10KH 脉冲波波形锯齿波的波形如下:分别是z10z9z8KHKHKH、、的波形:图25 z8KH锯齿波波形图26 z9KH锯齿波波形图27 z10KH锯齿波波形2.实验结果分析观察示波器上显示波形,可以四、实验结论本次实验时间较长,在仿真设计电路的阶段占了很大一部分时间,拖慢了实验进度。
在电路仿真设计中,开始没有选取实验要求使用的LM324运放,导致在设计无限增益多路反馈电路时出现了自激振荡而找不到具体的原因。