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
放大器非线性失真研究装置设计与测试
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 放大器非线性失真研究装置设计与测试臧竞之 李希平杭州广安汽车电器有限公司 浙江省杭州市 311402摘 要： 基于STM32F334单片机设计制作的一个放大器非线性失真研究装置。
该设计采用晶体管放大电路将信号源放大，使用四双向模拟开关（CD4066BM）做模拟开关，利用单片机自带ADC采集电压变化，用FFT 算法实现的低频谐波失真度的测量。
使用THD的计算公式计算出线性放大器的“总谐波失真”近似值。
通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度并且可以通过按键进行波形选择。
关键词：STM32F334单片机 晶体管 ADC采集 FFT算法1 系统方案论证1.1 方案描述信号源输出频率为1kHZ、峰峰值为20mV的正弦波，通过晶体管放大电路放大到峰峰值不小于2V，频率为1kHZ的无明显失真正弦波形，顶部失真波形，底部失真波形，双向失真波形，交越失真波形这5种波形[1]。
通过ADC采集电压变化，用FFT算法实现的低频谐波失真度的测量，使用THD计算公式计算出非线性失真的输出的“总谐波失真”近似值。
通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度。
如图1所示。
1.2 方案比较与选择1.2.1 失真度测量方法的比较与选择方案一：失真度计以模拟法为基础，采用基于基波抑制原理的基波抑制方法，通过频率选择性无源网络抑制基波，并从抑制基波后的总均方根电压和均方根谐波电压中计算失真度，基波抑制法构成的失真度测量仪可以解决频率范围为100Hz～10KHz、失真度为1×10-5～100％的总体谐波失真测量，测量准确度为±5％～±30％左右，测量较为方便。
方案二：采用快速傅立叶变换（FFT）算法对量化后的信号进行处理，得到基波和各次谐波的电压，从而计算出失真度[2]。
为了提高非整周期采样条件下失真度测量的精度，可以采用准同步法对被测信号的基波和谐波电压进行精确测量。
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
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。
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。
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》?
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。
2022年大学生电子设计竞赛题目
第八届全国大学生电子设计竞赛题目题目一音控信号分析仪一、设计任务设计、制作一种可分析音频信号频率成分，并可测量正弦信号失真度旳仪器。
二、设计规定1．基本规定（1）输入阻抗：50Ω（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V（3）输入信号包括旳频率成分范围：200Hz～10kHz（4）频率辨别力：100Hz（可对旳测量被测信号中，频差不不不小于100Hz 旳频率分量旳功率值。
）（5）检测输入信号旳总功率和各频率分量旳频率和功率，检测出旳各频率分量旳功率之和不不不小于总功率值旳95%；各频率分量功率测量旳相对误差旳绝对值不不小于10%，总功率测量旳相对误差旳绝对值不不小于5%。
（6）分析时间：5秒。
应以5秒周期刷新分析数据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同步实时显示信号总功率和至少前两个频率分量旳频率值和功率值，并设暂停键保持显示旳数据。
2．发挥部分（1）扩大输入信号动态范围，提高敏捷度。
（2）输入信号包括旳频率成分范围：20Hz～10kHz。
（3）增长频率辨别力20Hz档。
（4）判断输入信号旳周期性，并测量其周期。
（5）测量被测正弦信号旳失真度。
（6）其他。
三、阐明1．电源可用成品，必须自备，亦可自制。
2．设计汇报正文中应包括系统总体框图、关键电路原理图、重要流程图、重要旳测试成果。
完整旳电路原理图、重要旳源程序、和完整旳测试成果用附件给出。
四、评分原则设计汇报构造及规范性摘要设计汇报正文旳构造图表旳规范性8总分50基本规定实际制作完毕状况50发挥部分完毕第一项10 完毕第二项10 完毕第三项10 完毕第四项10 完毕第五项 5 其他 5 总分50题目二无线识别装置一、设计任务设计制作一套无线识别装置。
该装置由阅读器、应答器和耦合线圈构成，其方框图参见图1。
阅读器能识别应答器旳有无、编码和存储信息。
装置中阅读器、应答器均具有无线传播功能，频率和调制方式自由选定。
不得使用既有射频识别卡或用于识别旳专用芯片。
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。
放大器的非线性失真
放大器的非线性失真非线性失真是模拟电路中影响电路性能的重要因素之一。
本章先从非线性的定义入手，确定量化非线性的一个度量标准，然后研究放大器的非线性失真及其差动电路与反馈系统中的非线性，并介绍一些线性化的技术。
12.1 概述 非线性的定义电路非线性是指输出信号与输入信号之比不为一个常量，体现在输出与输入之间的关系不是一条具有固定斜率的直线，或体现为小信号增益随输入信号电平的变化而变化。
放大器的非线性定义：当输入为正弦信号时，由于放大器（管子）的非线性，使输出波形不是一个理想的正弦信号，输出波形产生了失真，这种由于放大器（管子）参数的非线性所引起的失真称为非线性失真。
由于非线性失真会使输出信号中产生高次谐波成分，所以又称为谐波失真。
非线性的度量方法1 泰勒级数系数表示法：用泰勒级数展开法对所关心的范围内输入输出特性用泰勒展开来近似：)()()()(33221 +++=t x t x t x t y ααα （12.1）对于小的x ，y (t)≈α1x ，表明α1是x ≈0附近的小信号增益，而α2，α3等即为非线性的系数，所以确定式(12.1)中的α1，α2等系数就可确定。
2 总谐波失真（THD ）度量法：即输入信号为一个正弦信号，测量其输出端的谐波成分，对谐波成分求和，并以基频分量进行归一化来表示，称为“总谐波失真”(THD )。
把x(t)=Acosωt 代入式(12.1)中，则有：+++++=+++=)]3cos(cos 3[4)]2cos(1[2cos cos cos cos )(332213332221t t A t A t A t A t A t A t y ωωαωαωαωαωαωα （12.2）由上式可看出，高阶项产生了高次谐波，分别称为偶次与奇次谐波，且n 次谐波幅度近似正比于输入振幅的n 次方。
例如考虑一个三阶非线性系统，其总谐波失真为：2331233222)43()4()2(THD A A A A αααα++= （12.3） 3 采用输入/输出特性曲线与理想曲线（即直线）的最大偏差来度量非线性。
放大器的非线性失真doc10页.doc
放大器的非线性失真非线性失真是模拟电路中影响电路性能的重要因素之一。
本章先从非线性的左义入手, 确左量化非线性的一个度量标准，然后研究放大器的非线性失真及其差动电路与反馈系统中 的非线性，并介绍一些线性化的技术。
12.1概述非线性的定义电路非线性是指输岀信号与输入信号之比不为一个常量，体现在输出与输入之间的关系 不是一条具有固立斜率的直线，或体现为小信号增益随输入信号电平的变化而变化。
放大器的非线性左义：当输入为正弦信号时，由于放大器(管子)的非线性，使输出波 形不是一个理想的正弦信号，输岀波形产生了失真，这种由于放大器(管子)参数的非线性 所引起的失真称为非线性失真。
由于非线性失真会使输出信号中产生髙次谐波成分，所以又 称为谐波失真。
非线性的度量方法1泰勒级数系数表示法：用泰勒级数展开法对所关心的范用内输入输出特性用泰勒展开来近似:y(t) = a x x(t) + a 2x 2 (r)+a 3x 3 (/) + •・・ 对于小的勒y(t)切m 表明a 是心0附近的小信号增益，而如，如等即为非线性的系 数，所以确定式(12.1)中的如他等系数就可确定。
2总谐波失真(THD)度量法即输入信号为一个正弦信号，测量英输出端的谐波成分，对谐波成分求和，并以基频分 量进行归一化来表示，称为“总谐波失真\THD)0把x(t)=Acoscot 代入式(12.1)中，则有:y(t)=务Acosef + a 2A 2 cos 2 coi + a y A y cos 3 cot + -・=a.Acoscot + ——[1 + cos(2 曲)]+—[3cosdX + cos06X)] + •… 2 4由上式可看出，髙阶项产生了高次谐波，分别称为偶次与奇次谐波，且〃次谐波幅度近 似正比于输入振幅的〃次方。
例如考虑一个三阶非线性系统，其总谐波失真为：(a 2A 2/2)2 +(a 3A 3/4)2 (a {A + 3a 3A^4)23采用输入/输出特性曲线与理想曲线(即直线)的最大偏差来度量非线性。
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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。
下面分析各种失真波形可能出现的条件。
前三种失真波形（顶部失真、底部失真与双向失真）都是限幅失真。
限幅失真与放大器的输出动态范围密切相关：放大器的输出电压越出其输出动态范围后就会被限幅，形成限幅失真。
而晶体管放大器的输出动态范围又与下列因素有关：晶体管的组态、晶体管放大器的负载、电源电压、以及晶体管的静态工作点。
以晶体管共发射极放大器为例。
一旦电源电压与负载电阻确定后，晶体管共发射极放大器的最大输出动态范围便仅与静态工作点有关。
通常，工作正常的放大器的静态工作点位于交流负载线接近中央的位置，只要输入信号幅度不是太大，那么输出信号就基本无失真，如下左图中黑线波形所示。
若输入幅度过大，使得晶体管被双向驱动到饱和区与截止区，那就会出现双向限幅失真，如下图中红色波形所示。
若静态工作点偏高，则输入信号的上半周就可能使得晶体管进入饱和区，输出就出现底部限幅失真；反之，若静态工作点偏低，则输入信号的下半周可能使得晶体管进入截止区，输出就会出现顶部限幅失真。
下图中显示了这两种失真波形的情况。
第四种失真（交越失真）发生在推挽输出电路中。
由于晶体管存在一个约为0.7V的导通阈值，所以推挽输出电路中需要给晶体管施加一个偏置，工作在AB类状态。
若偏置电压不足或为0，就会产生交越失真。
明确了四种失真产生的原因后就可以有针对性地设计放大器电路，例如一个可能的设计方案如下图。
其中晶体管Q1构成带电压负反馈的共射放大器。
开关S1控制负载电阻大小，当S1接通时负载电阻小，导致其电压增益小，为正常放大状态。
S1开路后负载电阻增大，导致该放大器的电压增益增加、输出幅度增加，使得后续的放大器输出幅度超出其输出动态范围而产生双向限幅失真。
Q2构成第二个共射放大器。
开关S2、S3控制其偏置电阻，正常放大状态下S2断开、S3接通，偏置电阻为R6+R7；若S2与S3均断开则偏置电阻变大，Q2的静态工作点下降，输出产生顶部失真；若S2与S3均接通则偏置电阻变小，Q2的静态工作点变大，输出产生底部限幅失真。
晶体管Q3、Q4构成互补推挽输出电路。
其偏置电压由D1、D2与R14等确定，若开关S4接通则偏置电压变得极小从而产生交越失真。
由于将几种不同的失真情况分配给不同的放大器，在具体设计时就比较容易，整个放大器的具体设计要点如下：
互补推挽输出级：
该电路通常用于功率输出，需要考虑其输出驱动能力，包括输出电压范围与输出电流。
但是在本电路中只要求能够演示交越失真，所以不需要考虑其输出电流，两个晶体管只要采用小功率晶体管，负载电阻实际上是后续的示波器以及ADC的输入电阻，阻值很大以致可忽略其负载电流。
R17与R18是稳定工作点的负反馈电阻，通常取一个
远小于负载的阻值，在本电路中取欧姆数量级即可。
题目要求输出峰峰值大于2V，本级的输出电压动态范围必须满足上述要求，因此电源电压应该比2V大许多，例如可以取5~6V。
由于还要考虑此电源电压与电路中的模拟开关芯片公用、以及最后的输出电压要满足ADC的输入电压范围等诸多因素，因此电源电压不宜取得太高。
晶体管静态偏置电流取1~2mA即可，流过D1、D2的静态电流也取同样数量级电流。
可据此设计R12~R16的阻值，微调R14可以调整静态偏置电流。
该级采用自举式偏置电路，其输入阻抗较高，使得前级的交流负载几乎仅由R10确定，可以方便前级的设计。
第二级为共射极放大器。
该级要实现正常放大、顶部失真、底部失真以及双向失真（依靠前级输入信号幅度增加实现）等功能。
该级放大器的输出电压上限大致就是VCC，输出电压下限为Q2的发射极电压V E2加上Q2的饱和压降。
这个输出动态范围应该大于题目要求的正常输出电压峰峰值2V，但是也不能取得太大，否则演示双向失真时的输出幅度会过大，无论对于放大器的增益还是后续的ADC采样都会增加不必要的麻烦。
因此取输出电压动态范围（输出电压上下限之差）为3V左右是一个较为合适的选择，可据此确定Q2发射极电压V E2（电源电压减去输出电压动态范围）。
正常放大状态下，晶体管静态工作点电流可取1~2mA，Q2的集电极电位应该位于V E2与VCC的中点附近。
根据上述条件可以确定发射极电阻R11以及集电极电阻R10。
演示正常放大状态时S2断开、S3接通，偏置电阻为R6+R7，此时Q2的基极电位应该是V E2+0.7V。
演示底部失真时，S2接通，偏置电阻为R6，该电阻的取值应该能令晶体管Q2接近饱和。
演示顶部失真时，S2与S3均断开。
偏置电阻为R6+R7+R8，该电阻值应该能令晶体管Q2接近截止。
根据上述各条件可以确定电路中的偏置电阻R6、R7、R8与R9。
可以验证，按照上述设计得到的放大器Q2在正常放大状态下的电
压放大倍数约为50。
但是题目要求在20mV p-p输入时的输出不小于2V p-p，即正常输出时的电压放大倍数不低于100。
考虑到双向限幅后，整个放大器的电压放大倍数应该大于200，因此第一级放大器至少应该有4倍的电压增益。
第一级放大器采用电流串联负反馈形式的共发射极放大器，其增益约等于负载电阻与发射极电阻R5的比值。
正常放大时S1闭合，负载电阻为R3与后级放大器的输入阻抗并联值，要求其电压增益为2倍左右。
演示双向限幅失真时S1开路，负载电阻为R3+R4与后级放大器的输入阻抗并联值，要求其电压增益为4倍左右。
可以根据这些电压增益设计该级放大器。
由于本级放大器的输入输出幅度均很小，基本上不必考虑动态范围问题，接通工作点电流可以取得较小，各相关电阻值可以取得较大。
目的第二个要求是设计一个谐波分析电路。
谐波分析可以用ADC采集波形数据后，用FFT得到基波与各高次谐波分量，然后按照定义计算THD。
关于ADC采样与FFT运算等细节，可以参考另一篇大学生电子竞赛题目分析——2021年A题《信号失真度测量装置》，这里不再赘述。
由于本题的信号频率为固定的1kHz，所以本题的ADC数据采集要比2021年的那个题目简单许多。
讨论
此题需要对晶体管放大器有比较清晰的了解。
尽管现在放大器多用运放之类的集成电路进行设计，但是运放内部的结构仍然是晶体管，了解晶体管放大器的基本结构不仅是集成电路设计者的必修课，对于应用设计者来说也是准确使用集成电路的必要前提。
另外，此题与2021年A题具有一定的连贯性。
两题都有信号的失真度测量要求，但是此题要求的信号频率为固定的1kHz，而2021年A题的基本要求是信号频率为1kHz，但提高要求则将信号频率提高
到1kHz~100lHz可变，因此在设计难度上提高了不止一个数量级。
其实纵观整个大学生电子竞赛的历年赛题，这种连贯性还有很多。