全国大学生电子设计竞赛训练教程-1.3.4 放大器类题目分析
干货｜大学生电子竞赛题目分析——放大器非线性失真研究装置
干货｜大学生电子竞赛题目分析——放大器非线性失真研究装置1任务设计并制作一个放大器非线性失真研究装置，其组成如图所示，图中的K1和K2为1×2切换开关，晶体管放大器只允许有一个输入端口和一个输出端口。
2要求K1和K2均投到各自的“1”端子，外接信号源输出频率1kHz、峰峰值20mV的正弦波作为晶体管放大器输入电压u i，要求输出无明显失真及四种失真波形u o，且u o的峰峰值不低于2V。
外接示波器测量晶体管放大器输出电压u o波形。
（1）放大器能够输出无明显失真的正弦电压u o（2）放大器能够输出有“顶部失真”的电压u o（3）放大器能够输出有“底部失真”的电压u o（4）放大器能够输出有“双向失真”的电压u o（5）放大器能够输出有“交越失真”的电压u o（6）分别测量并显示上述五种输出电压u o的“总谐波失真”近似值。
（7）其他3说明（1）限用晶体管、阻容元件、模拟开关等元器件设计并实现图中的受控晶体管放大器，其输出的各种失真或无明显失真的信号必须出自该晶体管放大电路，禁用预存失真波形数据进行D/A转换等方式输出各种失真信号。
（2）在设计报告中，应结合电路设计方案阐述出现各种失真的原因。
（3）无明显失真及四种具有非线性失真电压u o的示意波形如下图所示：（4）总谐波失真定义：线性放大器输入为正弦信号时，其非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量，常用总谐波失真（THD：total harmonic distortion）衡量线性放大器的非线性失真程度。
THD定义：若线性放大器输入电压其含有非线性失真的输出交流电压为则有：在完成设计要求的第（6）项时，谐波取到五次即可，即（5）对THD自动测量期间，不得有任何人工干预。
（6）K1和K2的“2”端子用于作品测试。
题目分析与方案设计本题主要由两部分组成：一个晶体管放大器、一个谐波分析电路。
题目要求的晶体管放大器是一个具有特殊要求的放大器，要求通过切换某些元件后，不仅能够输出正常的无失真波形，还能输出4种失真波形，分别为顶部失真、底部失真、双向失真与交越失真。
3-电子竞赛讲座--放大器
题目
2．发挥部分 （1）电压增益Av ≥60dB，输入电压有效值Ui ≤1 mV。 Av在0～60dB范围内可调。 （2）在Av ≥60dB时，输出端噪声电压的峰峰值UoNpp ≤100mV。 （3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限频 率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz频带内增益起伏 ≤1dB。该项目要求在Av ≥60dB（或可达到的最高电 压增益点），最大输出正弦波电压有效值Uo ≥1V，输 出信号波形无明显失真条件下测试。 （4）最大输出正弦波电压有效值Uo ≥1V，输出信号 波形无明显失真。 （5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。
（四）作品设计举例
频带内增益起伏控制
1） 选增益曲线平坦的器件 如THS3092。
2） 极间阻抗匹配。
3） 输出频率补偿。
4） 合理利用芯片的特性。
（四）作品设计举例
系统框图
信号输入
信号输出
前级放大
增益调节
后级放大
DAC驱动
彩屏显示
STM32
键盘
电源
（五）其他设计举例
可控电压增益电路 可控增益调节部分使用压控增益放大器VCA820，VCA820在宽频 带工作模式下，增益控制范围为-20dB～+20dB。 前级电压增益放大电路 由于OPA657的增益带宽积高达1.6GHz,并且其输入失调电流仅 有±0.25mV，对于后级电路的调理起到相当大的简化作用。 后级电压增益放大电路 作为末级放大电路，一方面需要满足题目要求电压增益 Av≥60dB，另一方面为了避免放大倍数过大而自激，引入干扰。 末级放大电路的增益应尽可能小但又必须达到要求。可选择大 功率带宽，单位增益稳定，高输出电流的运放OPA2694。
全国电子竞赛放大器类赛题
“放大器类”赛题2.1.1 “放大器类赛题” 历届都有在9届电子设计竞赛中，“放大器类赛题” 除了1994年外，其它每届都有，共有9题：①实用低频功率放大器（1995年A题）；②测量放大器（1999年A题）；③高效率音频功率放大器（2001年D题）；④宽带放大器（2003年B题）；⑤程控滤波器（2007年D 题本科组）；⑥可控放大器（2007年I题高职高专组）；⑦宽带直流放大器（2009年C题）；⑧数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）；⑨低频功率放大器（2009年G题）。
其中：与音频功率放大器有关的有4题。
与宽带放大器有关的有2题。
与直流、低频放大器有关的有3题。
比较历届赛题可以看到，“放大器类”赛题的要求是越来越高，如：在“程控滤波器（2007年D题本科组）”中要求放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV。
制作“简易幅频特性测试仪”，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
在“数字幅频均衡的功率放大器（2009年F题）” 中要求：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。
功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。
功率放大电路的效率≥60％。
宽带放大器（2003年B题）”中要求3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥58dB(3dB 通频带10kHz～6MHz，最大输出电压有效值≥6V，数字显示输出正弦电压有效值。
“宽带直流放大器（2009年C题）”中要求最大电压增益A V≥60dB，输入电压有效值V i≤10 mV。
放大器的输入电阻≥50Ω，3dB通频带0～10MHz；负载电阻（50±2）Ω，最大输出电压正弦波有效值V o≥10V。
注意：放大器同时也是各赛题中一个必不可少的组成部分。
2.1.2 常用的一些放大器（包含OP）芯片历届的“放大器类赛题” （包括其他赛题）中使用到的一些放大器（包含OP）芯片有：AD526精确程控放大器ADI公司，AD603，低噪声、90 MHz可变增益放大器.，ADI公司，AD605双通道、低噪声、单电源可变增益放大器，ADI公司，AD620低漂移、低功耗仪表放大器，增益设置范围1～10000 ADI公司， AD783，采样保持电路，ADI公司，AD811高性能视频运算放大器（电流反馈型宽带运放），ADI公司，AD818高速低噪声电压反馈型运放，ADI公司，AD8011 300 MHz、1 mA 电流反馈放大器，ADI公司，AD8056双路、低成本、300 MHz电压反馈型放大器ADI公司，AD8564，四路7 ns单电源高速比较器，ADI公司，AC524/AC525 5~500 MHz级联放大器，teledyne 公司，BUF634，250mA高速缓冲器，TI公司，/cnCA3140单运算直流放大器，Intersil Corporation，HFA1100 850MHz、低失真电流反馈放大器，Intersil Corporation，INA118精密低功耗仪表放大器，TI公司，/cnLF356 JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM311具有选通信号的差动比较器，National Semiconductor Corpora，LF356，JFET输入运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM393电压比较器，National Semiconductor Corpora，LM7171高速电压反馈运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM358/LM158/LM258/LM2904双运算放大器，National Semiconductor Corpora，LM2902,LM324/LM324A,LM224/ LM224A四运算放大器，National Semiconductor Corpora，LT1210 1.1A，35MHz电流反馈放大器，linear公司，/product/LT1210 MAX4256，UCSP封装、单电源、低噪声、低失真、满摆幅运算放大器，Maxim公司，MAX912, MAX913单/双路、超高速、低功耗、精密的TTL比较器，Maxim公司，MAX477 ，300MHz、高速运算放大器，Maxim公司，MAX427/ MAX437低噪声、高精度运算放大器，Maxim公司MAX900高速、低功耗、电压比较器，Maxim公司NE5532双路低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnNE5534低噪声高速音频运算放大器，TI公司，/cnOP27低噪声、精密运算放大器ADI公司，OP37低噪声、精密运算放大器ADI公司，OPA637，精密、高速、低漂移、高增益放大器，TI公司，/cnOPA637，精密、高速、低漂移高增益放大器，TI公司，/cnOPA642高速低噪声电压反馈型运放，TI公司，/cnOPA690，宽带50MHz、电压反馈运算放大器，TI公司，/cnOPA690 高速、电压反馈型运放（大于等于50MHz），TI公司，/cn PGA202KP，数字可编程仪表放大器，TI公司，/cnTHS3091单路高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTHS3092高压低失真电流反馈运算放大器，TI公司，/cnTL084，JFET 输入运算放大器，TI公司，/cnµA741标准线性放大器，TI公司，/cn以上各放大器IC和OP的更多资料，可以登录有关网站查询得到（以运算放大器的型号为关键词）。
2019 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题资料讲解
2019年全国大学生电子设计竞赛综合测评题综合测评注意事项（1）综合测评于2019 年8 月19 日8：00 正式开始，8 月19 日15：00 结束。
（2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。
（3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。
（4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存，交赛区保管。
多信号发生器使用题目制定综合测评板上的一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片设计制作一个多路信号发生器，如下图所示。
设计报告应给出方案设计、详细电路图、参数计算和现场自测数据波形（一律手写），综合测评板编号及3个参赛同学签字需在密封线内，限2页，与综合测评板一同上交。
u o1U o1————方波U o2————占空比连续可调窄脉冲U o3————正弦波U o4————余弦波一．约束条件1.一片SN74L.S0OD四与非门芯片（综合测评板上自带）;2. 一片LM324AD四运算放大器芯片（综合测评板上自带）;3.赛区提供固定电阻、固定电容、可变电阻元件（数量不限、参数不限）;4.赛区提供直流电源。
二．设计任务及指标要求利用综合测评板和若干电阻、电容元件，设计制作电路产生下列四路信号:1.频率为19kHz~2IkHz连续可调的方波脉冲信号，幅度不小于3.2V;2.与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰-峰值(Vpp)不小于1V;3.与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号，幅度不小于3.2V;4.与正弦波正交的余弦波信号，相位误差不大于5°，输出电压峰-峰值(Vpp)不小于1V。
各路信号输出必须引至测评板的标注位置并均需接1kΩ负载电阻(R L),要求在引线贴上所属输出信号的标签，便于测试。
三．说明1.综合测评应在模电或数电实验室进行，实验室提供常规仪器仪表和工具；2. SN74LS00D和LM324AD芯片使用说明书随综合测评板并提供；3.参赛队应在理论设计基础上进行实验调试，理论设计占一定分值，各部分分数（包括理论设计）分配为：方波占10分、正弦波占8分、窄脉冲占6分、正交的余弦波占6分；4.不允许在测评板上增加使用IC芯片，如果增加芯片则按0分记；5.原则上不允许在测评板上增加使用BJT、FET和二极管，如果增加则按3分/只扣分；6.原则上不允许参赛队更换测评板，如果损坏测评板只可更换一次并扣10分；7.各路信号测试应在电路互联且加负载情况下进行，单独模块测试相应得分减半；8.本科组只允许使用单一+5V电源，增加使用直流电源的扣除10分。
全国大学生电子竞赛题目答案22
全国大学生电子竞赛题目答案宽带放大器（A题）一、任务设计制作一个5V单电源供电的宽带低噪声放大器，输出为50Ω阻性负载。
二、要求1．基本要求（1）限定采用高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，THS3091D 作为末级放大电路，利用DC-DC变换器TPS61087DRC为末级放大电路供电；（2）放大器电压增益≧40dB(100倍)，并尽量减小带内波动；（3）在最大增益下，放大器下限截止频率不高于20Hz，上限截止频率不低于5MHz；（4）在输出负载上，放大器最大不失真输出电压峰峰值≥10V。
2．发挥部分（1）在达到40dB电压增益的基础上，提高放大器上限截止频率，使之不低于10MHz；（2）尽可能降低放大器的输出噪声；（3）放大器输入为正弦波时，可测量并数字显示放大器输出电压的峰峰值和有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为0.5～10V，测量相对误差小于5%；（4）其他。
三、评分标准设计报告项目分数系统方案 2 理论分析与计算9 电路与程序设计8 测试方案与测试结果8 设计报告结构及规范性 3小计30基本要求完成第（1）项12 完成第（2）项10 完成第（3）项18 完成第（4）项10小计50发挥部分完成第（1）项10 完成第（2）项20 完成第（3）项10 完成第（4）项10小计50总分130 点光源跟踪系统（B题）一、任务设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，系统示意图如图1所示。
光源B使用单只1W白光LED，固定在一支架上。
LED的电流能够在150～350mA的范围内调节。
初始状态下光源中心线与支架间的夹角θ约为60º，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45º的范围内移动，也可以沿直线LM移动。
在光源后3 cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。
光源跟踪系统A放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。
大学生电子方案设计书竞赛G题低频功率放大器题解分享
2009年全国大学生电子设计竞赛G题低频功率放大器题解分享本主题由 soso 于 2009-10-30 16:47 解除置顶裸片初长成芯币4693 枚∙个人空间∙发短消息∙加为好友∙当前离线xu__changhua的全部文章楼主大中小发表于 2009-9-8 01:06 只看该作者2009年全国大学生电子设计竞赛G题低频功率放大器题解分享2009年全国大学生电子设计竞赛G题是一个设计功率放大器的题，主要考核学生模拟电子技术的基础技能，要求是一定要用场效应晶体管做末级放大，且电路增益要求很大，如5mV的输入要达到5W（8欧负载）的输出，算下来要1265倍，这么大倍数的放大器还要求噪声非常小，小到5mV，失真度1%，这题相对来说是比较难的。
此外，还要检测放大器的输出功率、电源供给功率以及效率，这部分稍微容易些，但是也不是那么轻易就能解决的。
先说说实现方案吧。
功率放大器实现方法有几类，低频的有甲、乙、甲乙、丁等几种。
甲类效率很低，约20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率没做评分要点，只是适当考虑，所以可以采用；乙类的只能有半周输出，失真度太大所以不能采用。
甲乙类是解决甲类的效率和乙类的失真度的综合途径，推荐采用；丙类肯定不用了，那是高频功率放大器专用的类型，这里是低频的（10Hz~50KHz），所以不能采用；丁类的（就是所谓的D类）采用H桥的开关方式工作，输入的信号要进行PWM（PWM是脉冲宽度调制），H桥输出后是一个开关量，要经过LC滤波转变为模拟量，再传送给扬声器。
这种方法效率极高，但是电路复杂，调试困难，且效率不做评分的主要依据，建议舍弃这种方案。
经过综合权衡考虑，宜采用甲乙类比较合适。
再说下电路组成结构该课题有三个主要部分构成，1：功率传输部分；2：电压放大部分（1265倍以上）；3：信号测量部分功率传输部分没得选，课题已经规定了，一定得用场效应管，最好是P沟道和N沟道互补，这么大功率的场效应管要用V-MOS的，需要查场效应管资料来选型，尤其注意其源极电阻要小，这样才能发挥出优秀的转换效率，此外就是电压和电流的选型。
全国电子设计大赛射频宽带放大器
全国电子设计大赛射频宽带放大器（D题）摘要本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大器，要求具有0.3~100MHz通频带，增益0~60dB范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。
由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。
为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。
除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。
经测试，系统对mV≤的输入信号实现了增益0~60dB范围内可调，带宽0.3~100MHz，并在11~80MHz频带内增益起伏dB1≤，且全程波形无明显失真。
完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
关键字：带宽预置AD8367压控增益单片机1. 系统方案设计与论证1.1总体方案设计与论证分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。
系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图1.2前置缓冲级的方案论证与选择前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。
考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz ，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为R j 趋于无穷大，所以图2电路的输入阻抗为k k k k R R R R R R R R ≈+*==j jj n i //。
则可令实际电路取R k =50Ω以达到输入阻抗要求。
除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避图2 前置缓冲级免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。
其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz 。
全国电子设计大赛高频小信号放大器
放大器通常由三部分组成：输 入级、放大级和输出级。
输入级用于接收输入信号，放 大级用于将输入信号放大，输 出级用于输出放大的信号。
高频小信号放大器的特点
高频小信号放大器是一种专门用 于放大微弱的高频信号的放大器。
由于高频信号的频率较高，因此 高频小信号放大器通常具有较高
的增益和较低的噪声。
高频小信号放大器通常采用晶体 管或场效应管作为放大器件，并 采用谐振电路或匹配网络来减小
改进措施
根据分析结果，采取相应的改进措施，如 优化电路结构、更换性能更好的元器件、 调整参数等，以提高放大器的性能。
05
总结与展望
设计成果总结
功能实现
在本次大赛中，参赛者成功 设计出能够放大高频小信号 的放大器，实现了信号的稳 定、高效放大。
技术创新
许多参赛队伍采用了新型的 放大器件和电路拓扑，提高 了放大器的性能，降低了噪 声，实现了更高的增益。
功能测试
对放大器的各项功能进行测试，如 输入输出阻抗、增益、带宽、动态 范围等，确保其性能符合设计要求。
测试结果分析与改进
测试结果分析
对测试数据进行详细分析，找出放大 器的性能瓶颈和问题所在，如噪声、 失真、增益平坦度等。
重复测试
改进后，重新进行测试，验证改进措 施的有效性，并对电路进行进一步调 整和优化。
全国电子设计大赛高 频小信号放大器
• 引言 • 高频小信号放大器原理 • 全国电子设计大赛高频小信号放
大器设计 • 实际制作与测试 • 总结与展望
目录
01
引言
全国电子设计大赛简介
全国电子设计大赛是由教育部和工业和信息化部共同主办的全国性大学生学科竞 赛，旨在培养大学生的创新精神、实践能力和团队协作精神，提高大学生在电子 设计领域的综合素质。
3.2放大电路——【全国大学生电子设计竞赛训练教程---强力推荐】
3.2 运算放大器电路3．2．1运算放大器基本特性1.常用运算放大器类型运算放大器一般可分为通用型、精密型、低噪声型、高速型、低电压低功率型、单电源型等几种。
本节以美国TI公司的产品为例，说明其各类的主要特点。
(1)通用型运算放大器通用型运算放大器的参数是按工业上的普通用途设定的，各方面性能都较差或中等，价格低廉，其典型代表是工业标准产品μA741、LM358、OP07、LM324、LF412等。
(2)精密型运算放大器要求运算放大器有很好的精确度，特别是对输入失调电压U IO、输入偏置电流I IB 、温度漂移系数、共模抑制比K CMR等参数有严格要求。
如U IO不大于lmV，高精密型运算放大器的U IO只有几十微伏，常用于需要精确测量的场合。
其典型产品有TLC4501／TLC4502、TLE2027／TLE2037、TLE2022、TLC2201、TLC2254等。
(3)低噪声型运算放大器也属于精密型运算放大器，要求器件产生的噪声低，即等效输入噪声电压密度σV n≤15nV／Hz，另外需要考虑电流噪声密度，它跟输入偏流有关。
双极型运算放大器通常具有较低的电压噪声，但电流噪声较大，而CMOS运算放大器的电压噪声较大，但电流噪声很小。
低噪声型运算放大器的产品有TlE2027／TLE2037、TLE2227／TLE2237、TlC2201、TLV2362／TLV2262等。
(4)高速型运算放大器要求运算放大器的运行速度快，即增益带宽乘积大、转换速率快，通常用于处理频带宽、变化速度快的信号。
双极型运算放大器的输入级是JFET的运算放大器，通常具有较高的运行速度。
典型产品有TlE2037／TLE2237、TLV2362、TLE2141／TLE2142／TLE2144、TLE2071、TLE2072／TLE2074、TLC4501等。
(5)低电压、低功率型运算放大器用于低电压供电，如3V电源电压运行的系统或电池供电的系统。
历届(94-11)电赛电源及放大器方向题目
第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目题目一简易数控直流电源一、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
其原理示意图如下：二、设计要求1．基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。
2．发挥部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。
三、评分意见第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目题目一实用低频功率放大器一、任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。
其原理示意图如下：二、要求1．基本要求（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV，等效负载电阻R L为8Ω下，放大通道应满足：① 额定输出功率P OR≥10W；② 带宽BW≥（50～10000）Hz；③ 在P OR下和BW内的非线性失真系数≤3%；④ 在P OR下的效率≥55%；⑤ 在前置放大级输入端交流短接到地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mW。
（2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
2．发挥部分（1）放大器的时间响应① 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤1μs、峰-峰值电压为200mV pp。
用上述方波激励放大通道时，在R L=8Ω下，放大通道应满足：② 额定输出功率P OR≥10W；带宽BW≥（50～10000）Hz；③ 在P OR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs；④ 在P OR下输出波形顶部斜降≤2%；⑤ 在P OR下输出波形过冲量≤5%。
（2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。
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1.3.4放大器类题目分析放大器类的题目有实用低频功率放大器（第二届，1995年）、测量放大器（第四届，1999年）、高效率音频功率放大器（第五届，2001年）和宽带放大器（第六届，2003年）。
实用低频功率放大器（第二届，1995年）要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功率P OR≥10W，带宽BW≥（50～10000）Hz。
涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。
测量放大器（第四届，1999年）要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。
差模电压放大倍数A VD＝1～500。
涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等。
高效率音频功率放大器（第五届，2001年）要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置，3dB通频带为300Hz～3400Hz，最大不失真输出功率≥1W。
涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，音频功率放大器等。
宽带放大器（第六届，2003年）要求设计并制作一个3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥40dB的宽带放大器。
涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，AGC，宽带放大器等。
各题目具体要求如下：1. 实用低频功率放大器[2]（第二届，1995年）（1）设计任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。
其原理示意图如图1.3.14所示。
图1.3.14 低频功率放大器原理示意图（2）设计要求①基本要求第1部分：在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV，等效负载电阻R L为8Ω下，放大通道应满足：a. 额定输出功率P OR≥10W；b. 带宽BW≥（50～10000）Hz；c. 在P OR下和BW内的非线性失真系数≤3%；e. 在P OR下的效率≥55%；f. 在前置放大级输入端交流短接到地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mW。
第2部分：自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源②发挥部分第1部分：放大器的时间响应a. 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤1μs、峰-峰值电压为200mV pp。
用上述方波激励放大通道时，在R L=8Ω下，放大通道应满足：b. 额定输出功率P OR≥10W；带宽BW≥（50～10000）Hz；c. 在P OR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs；d. 在P OR下输出波形顶部斜降≤2%；e. 在P OR下输出波形过冲量≤5%。
第2部分：放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。
2.测量放大器[4]（第四届，1999年）（1）设计任务测量放大器方框图如图1.3.15所示。
图1.3.15 测量放大器方框图设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。
参见图1.3.15。
输入信号V I取自桥式测量电路的输出。
当R1＝R2＝R3＝R4时，V I＝0。
R2改变时，产生V I≠0的电压信号。
测量电路与放大器之间有1米长的连接线。
（2）设计要求①基本要求第1部分：测量放大器差模电压放大倍数A VD＝1～500，可手动调节；最大输出电压为±10V，非线性误差< 0.5％；在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比K CMR >105 ；在A VD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；通频带0～10Hz ；直流电压放大器的差模输入电阻≥2MΩ（可不测试，由电路设计予以保证）。
第2部分：电源设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。
由单相220V交流电压供电。
交流电压变化范围为＋10％～－15％。
第3部分：设计并制作一个信号变换放大器，参见图1.3.16。
将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。
图1.3.16信号变换放大器方框图②发挥部分a. 提高差模电压放大倍数至A VD＝1000，同时减小输出端噪声电压。
b. 在满足基本要求(1)中对输出端噪声电压和共模抑制比要求的条件下，将通频带展宽为0～100Hz以上。
c. 提高电路的共模抑制比。
d. 差模电压放大倍数A VD可预置并显示，预置范围1～1000，步距为1，同时应满足基本要求中对共模抑制比和噪声电压的要求。
e. 其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。
（3）说明直流电压放大器部分只允许采用通用型集成运算放大器和必要的其它元器件组成，不能使用单片集成的测量放大器或其它定型的测量放大器产品。
3. 高效率音频功率放大器[5]（第五届，2001年）（1）设计任务设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。
功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。
（2）设计要求①基本要求第1部分：功率放大器a．3dB通频带为300Hz～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。
b．最大不失真输出功率≥1W。
c．输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。
d．低频噪声电压（20kHz以下）≤10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。
e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）≥50%。
第2部分：设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路，将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出，经RC滤波供外接测试仪表用，如图1.3.17所示。
图1.3.17 测试方框图第3部分：设计并制作一个测量放大器输出功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5%。
②发挥部分a. 3dB通频带扩展至300Hz～20kHz。
b. 输出功率保持为200mW，尽量提高放大器效率。
c. 输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压。
e. 增加输出短路保护功能。
f. 其它。
（3）说明a. 采用开关方式实现低频功率放大（即D类放大）是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如图1.3.18所示。
本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。
图1.3.18 D类放大原理框图b. 效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压（+5V），不包括“基本要求”中b、c项涉及的电路部分功耗。
制作时要注意便于效率测试。
c. 在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。
4. 宽带放大器[6]（第六届，2003年）（1）设计任务设计并制作一个宽带放大器。
（2）设计要求①基本要求600。
a. 输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻b. 3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB。
c. 最大增益≥40dB，增益调节范围10dB～40dB（增益值6级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增益值。
e. 最大输出电压有效值≥3V，数字显示输出正弦电压有效值。
f. 自制放大器所需的稳压电源。
②发挥部分a. 最大输出电压有效值≥6V。
b. 最大增益≥58dB (3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB)，增益调节范围10dB～58dB（增益值9级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增益值。
c. 增加自动增益控制（AGC）功能，AGC范围≥20dB，在AGC稳定范围内输出电压有效值应稳定在 4.5V≤V o≤5.5V内（详见说明4）。
e. 输出噪声电压峰-峰值V oN ≤0.5V。
f. 进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大AGC范围、减小增益调节步进间隔。
g. 其它。
（3）说明a. 基本要求部分c项和发挥部分b项的增益步进级数对照表1.3.1所示。
表1.3.1 增益步进级数对照表b. 发挥部分第d项的测试条件为：输入交流短路，增益为58dB。
c. 宽带放大器幅频特性测试框图如下图1.3.19所示。
图1.3.19 宽带放大器幅频特性测试框图d. AGC电路常用在接收机的中频或视频放大器中，其作用是当输入信号较强时，使放大器增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而保证在AGC作用范围内输出电压的均匀性，故AGC电路实质是一个负反馈电路。
e. 发挥部分第d 项中涉及到的AGC 功能的放大器的折线化传输特性示意图如图1.3.20所示；本题定义：AGC 范围=[][]oL oH s s V V V V /log 20/log 2012-（dB ）；要求输出电压有效值稳定在 4.5V ≤V o ≤5.5V 范围内，即V oL ≥4.5V 、V oH ≤5.5V 。
图1.3.20 放大器AGC 功能的折线化传输特性示意图5. 方案例：测量放大器[9]（1）测量放大器（方案1）测量放大器（方案1）方框图如图1.3.21所示。
系统由前级高共模抑制比仪器放大器、AD7520衰减器和单片机键盘显示处理模块三个模块电路组成。
在前级高共模抑制比仪器放大器中还将输出共模电压反馈到正负电源的公共端，使运算放大器电源电压随共模输入电压浮动，各级偏置电压都跟踪共模输入电压，从而提高了共模抑制比。
由4片运放构成的前级高共模输入的仪表差动放大器，对不同的差棋输入信号电压进行不同倍数的放大，再经后级数控衰减器得到要求放大倍数的输出信号。
AD7520衰减器利用电阻网络的可编程性，实现衰减器衰减率的数字编程。
单片机键盘显示处理模块除可以对8279进行实时控制外，还可进行数字处理和对继电器及AD7520的控制。
八位LED 显示电路显示提示符及放大倍数。
单独设置的“＋”、“－”键，实现步进。
图1.3.21 测量放大器（方案1）方框图V s (V) V V V V V o（2）测量放大器（方案2）测量放大器（方案2）方框图如图1.3.22所示。
系统由8031最小系统、低噪声放大器、程控专业放大等电路组成。
采用四位KSA－3型的BCD拨码开关预置调节差模电压增益。
8031最小系统包括8031、74LS373、74THl38译码器以及8255等外围芯片。
显示驱动芯片采用INTERSIL公司生产的CMOS通用型8位LED数码管驱动电路7218B。
7218B内含位和段驱动电路及自动扫描控制电路，还有8 X 8位的静态存储器以及七段16进制显示码和10进制显示译码电路。
8位LED数码管直接与7218B相连。
通过改变电桥桥臂电阻得到一差模信号，信号先经OP07组成的前置放大器放大，提高共模抑制比，减少零漂。
放大倍数通过程控增益放大电路调节。
程控增益放大电路由AD7520组成。
图1.3.22 测量放大器（方案2）方框图。