2009年NEC杯全国大学生电子设计竞赛 C题 宽带直流放大器 设计报告 长江大学
全国电子设计大赛武汉大学-射频宽带放大器(精)
T(josc ) T(josc ) e jT (osc ) 1
，则 T (josc ) 1 ，即环路增益为0db时， T (osc ) Af (josc ) 此时即使输入信号为零，仍有某一频率的信号输 出，即反馈放大器出现自激。要保证反馈放大器稳定工作，必须使其远 离自激状态，这种远离程度可用相位裕量 表示，其定义式为 当
具体模块设计
具体模块设计
二、程控增益放大电路 程控增益放大电路是整个系统增益可调的主要部分，它可以实现对增益连 续可调。在设计中采用了程控增益芯片VCA824，VCA824是一款宽带，电压线 性，连续可变的电压控制增益放大器。其增益最大调节范围可以达到40db，信 号带宽可以达到420MHz。在本设计中，使用了20db的调节范围(主要是为了提 高调节的裕量) 单片机控制的12位串行D/A TLV5616来实现控制电压的直流输出 （0-1V，相应的增益为0-20db）。具体电路如下：
全国电子设计大赛 射频宽带放大器
主要内容
设计要求 方案论证与比较
系统总体设计方案
理论分析与计算 系统测试结果 总结
1. 设计要求
1．基本要求 （1）电压增益 Av ≥20dB ，输入电压，输入电压有效值 Ui ≤20m V。Av在 0～20dB 范 围内可调。 （2）最大输出正弦波 电压有效值 Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真 。 （3）放大器 BW -3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz ，上限频率 fH≥20MHz ，并要求在 1MHz ～15MHz 频带内增益起伏 ≤1dB 。 （4）放大器的输入阻抗 = 50Ω，输出阻抗 = 50Ω。 2．发挥要求 （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值 U ≤100m V。 oNpp （3）放大器 BW -3dB 的下限频率 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）。
2009年电子设计竞赛国赛论文-电能收集充电器
电能收集充电器参赛组：133目录目录 (I)摘要 (III)ABSTRACT (III)1 系统方案设计、比较与论证 (1)1.1 总方案设计、比较与论证 (1)1.2 直流变换电路脉宽调制电路的比较与论证 (1)2 理论分析与计算 (2)2.1 电路结构： (2)2.2 电路设计 (3)2.3 元器件选用 (3)3 各单元电路的设计与实现 (3)3.1 升压型变换器 (3)3.2 降压型变换器 (4)3.3 监控电路 (4)4 系统软件设计及流程 (5)4.1 功能分析 (5)4.2 软件设计 (5)5 整机测试及测试结果分析 (5)5.1 测试仪器 (5)5.2 测试结果 (5)5.3 测试结果分析 (6)6 结论 (6)摘要设计并制作了一种宽范围的电能收集充电器。
本充电器可根据输入电压的范围，选择升压、降压及直通输出三种工作模式，有效地提高了充电器直流变换电路的工作效率；监测和控制电路则工作于间歇模式，降低了功耗，有助于提高变换器效率。
经实际测试，充电器在0.9V至20V范围内均能正常工作,并能向模拟可充电池充电，电路工作稳定可靠，成本低，很好地满足了任务要求。
关键词：充电器直流变换器ABSTRACTA wide range power charger is designed. To improve the efficiency of DC conversion circuit, the charger selects one operating mode among the boost output, the buck output and the straight-through output to work, according to the input voltage range. In order to reduce the power consumption of circuit, the monitoring and control circuit works in the batch mode. The actual test presents that the charger can work under the input voltage from 0.9V to 20V, and the circuit is stable and reliable with low cost.Key Words：power charger DC conversion1 系统方案设计、比较与论证1.1 总方案设计、比较与论证根据题目要求，设计的电能收集充电器主要由DC/DC变换器、变换器选择电路、辅助电源及监控电路等部分构成，其原理框图如图1所示。
2009年全国大学生电子竞赛D题答案
无线环境监测模拟装置一系统方案设计根据设计任务要求，本装置应由探测节点和监测终端两大部分构成。
探测节点部分由单片机、温度监测电路、照度监测电路和接收电路等组成，监测终端由单片机、发送电路、接收电路和液晶显示电路等组成。
系统结构框图如图1所示。
为防止信息传输时发生碰撞，在此采用“时分复用”信道方式。
图11.1 发射电路分析各探测节点和监测终端的发射电路可采用相同的电路结构。
发射框图如图2所示Um图21.2 各探测点和监测点的接收电路也可采用相同的结构。
接收电路框图如图3所示图3混频器的作用是提高接收电路的灵敏度和选择性。
如果没有混频电路，接收电路将直接放大接收到的高频信号，将会出现灵敏度低、选择性差等问题。
采用混频后，将高频信号变为固定的中频，故在混频后设置中频放大器，中频放大器在固定中频上放大信号，放大电路可以设得最佳，使放大器的增益做得更高且不易自激。
在本设计中中频放大器设置了一个耦合谐振电路和一个选频网络，以进一步提高接收电路的选择性和抗干扰能力。
由于检波出来的信号较弱，必须低频放大以后才能进行比较判断。
因此解调电路部分应包括由检波器、低频放大器和脉冲整形电路。
解调出来的数据信号送单片机进行处理。
二电路设计2.1 发射电路原理图如图4所示图41）电路组成与工作过程发射电路如上图所示，电路选用功耗较低的高速CMOS与非门74HC00实现脉冲产生、脉冲整形和ASK调制，用高频中功率三极管实现高频功率放大和高频信号发送。
晶体振荡产生频率稳定的13.56MHz高频载波，经与非门放大整形后被单片机送来的数据信号进行ASK调制，已调高频载波信号经过放大整形后由高频中功率三极管8050进行高频功率放大，并经天线回路发射出去。
ASK调制原理：采用ASK(振幅键控)电路。
载波在数字信号1或O的控制下通或断．在信号为1的状态下载波接通，此时传输通道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断。
此时传输信道上无载波传送。
全国大学生电子设计竞赛综合测评题论文报告
放大器的应用摘要集成运放裨上是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号,下限频率可到零；又能放大交流信号,上限频率与普通放大器一样,受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件;集成运放和外部反馈网络相配置后,能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系,故而称它为“运算”放大器;本课程设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路,电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块,每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建,通过理论计算分析,最终实现规定的电路要求;关键词运算放大器LM324、加法器、滤波器、比较器目录一、设计任务使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1a,实现下述功能：使用低频信号源产生Hz f V t f u i 500)(2sin 1.0001==π的正弦波信号, 加至加法器的输入端,加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号1o u ,1o u 如图1b 所示,1T =,允许1T 有±5%的误差;图中要求加法器的输出电压11210o i i u u u +=;2i u 经选频滤波器滤除1o u 频率分量,选出0f 信号为2o u ,2o u 为峰峰值等于9V 的正弦信号,用示波器观察无明显失真;2o u 信号再经比较器后在1k Ω 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压3o u ;电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源,由稳压电源供给;不得使用额外电源和其它型号运算放大器;要求预留1i u 、2i u 、2o u 、2o u 和3o u 的测试端子;二、设计方案及比较设计有五个部分,其中低频信号源使用信号发生器,其余四部分设计方案如下：1.三角波产生器初始方案：根据模拟电子技术基础书上的方波发生器产生方波,然后再采用微分电路对信号处理,输出即为三角波;图图中：R 1 = ,R 2 = 10k,R 3 = 30k,R 0 = ,R 4 = 10k,R 5 = 20k,C = F, D Z1和D Z2采用稳压管;运算放大器A 1与R 1、R 2、R 3及R 0、D Z1、D Z2组成电压比较器;当积分器的输入为方波时,输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波,比较器与积分器首尾相连形成闭环电路,能自动产生方波与三角波;三角波或方波的频率为：改进方案：由于LM324只有四个运算放大器,如果三角波产生使用两个,则后面的三个电路中有一个无法实现,所以只能采用一个运算放大器产生;同时由于器件不提供稳压二极管,所以电阻电容的参数必须设计合理,用直流电压源代替稳压管;对方波放生电路进行分析发现,如果将输出端改接运放的负输入端,出来的波形近似为三角波;设计电路如图图2.加法器方案：由于加法器输出11210o i i u u u +=,所以采用求和运算电路,计算电阻电容的参数值,电路见图图3.滤波器初始方案：由于正弦波信号1i u 的频率为500Hz,三角波1o u 的频率为2KHz,滤波器需要滤除1o u ,所以采用二阶的有缘低通滤波器;见电路图图改进方案：根据仿真的波形看出电路对2KHz 的信号衰减不大,导致输出信号中仍然残留的有三角波成分,波形失真较严重;考虑要增大对三角波的衰减程度,而且要已知三角波的频率为2KHz,所以采用中心频率为2KHz 的带阻滤波器;电路见图图4.比较器初始方案：采用一般的单限比较器,见电路图图改进方案：在单限比较器中,输入电压在阀值电压附近的任何微小变化,都将引起输出电压的跃变,不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰,抗干扰能力差.所以采用滞回比较器;见图图三、电路设计及理论分析1.总电路图2.三角波发生器根据RC 充放电过渡过程的分析,电容电压编号应符合下面公式式中 U C 0初始电压；)(∞C U 充电终了电压;τ充电时间常数;解方程式可得所以该电路振荡周期有3R ,C 和21R R 决定,改变这些元件参数可以调节方波的周期; 由要求可知,电路的输出波形应为三角波,峰值为2V,振荡周期为;电路振荡周期为经过计算R3=10K Ω,R2=Ω,R1=1K Ω,C=理论波形为3.加法器加法器输入输出满足11210o i i u u u +=;根据“虚短”和“虚断”的原则,节点的电流方程为fo i i R u R u R u -=+2211,所以输出的表达式为 计算取R1=1K Ω,R2=10K Ω,Rf=10K Ω.三角波和正弦波经过加法电路后理论波形为4.带阻滤波器因为需要滤去三角波成分,所以选取的带阻滤波器的中心频率f 0=2KHz; 中心频率为RCf π210=,计算得R=Ω,C=1uF; 理论上对于2KHz 的信号衰减程度最大,其他频率几乎不衰减;信号为500Hz,5V 时信号为2KHz,5V 时5.滞回比较器当集成运放的输出为+U OM 时,通过正反馈支路加到同相输入端的电压为： 则同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++=+ = U H 上门限电压 7 当u i 由小到大,达到或大于上门限电压U H 的时刻,输出电压u o 才从+U OM 跃变到U OM ,并保持不变;此时,通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：此时同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++-=+ = U L 下门限电压 理论波形为四、电路仿真结果及分析仿真结果如下：1.1o U 端口由仿真图可知,波形近似为三角波;Um=2V,T=2KHz,波形稳定;2.1i U 端口因为由低频信号源产生,所以波形无失真;Um=,T=500Hz3.2i U 端口与理论波形有一定的偏差,三角波与正弦波相加时,三角波波峰、波谷有失真; 4.2o U 端口理论应为正弦波,可以看出经过滤波后,波形的波峰、波谷有失真,高频部分没有滤掉;Um=略大于9V,T 约为500Hz;5.3o U 端口可以看出近似为高低电平交替,在跳变过程中波形有失真,部分部分由于不稳定信号产生毛刺;五、总结1.电源提供的电压对波形的影响：波形幅度变化必须在电源提供的电压范围之内,若不在,则底部或顶部会出现失真,因此采用+12V电源而不用+5V;2.单电源和双电源的区别及其对电路的影响：运放采用单电源供电时,加法电路、滤波电路不能工作,必须采用双电源式供电,正极4接+12V,负极11反接+12到地;模块与模块之间的链接存在相互影响;3、模块与模块之间的链接存在相互影响：虽然单个模块运行仿真成功,但是连接为整个的电路图时,各功能模块的波形会受到其他模块的影响,失真交严重;处理办法是在各模块之间加入耦合电容或电容电阻组成的低通网路作为接口电路;通过这次课程设计,不仅对于模拟电子线路有了新的认识,对电子电路的专业知识得到了很大的提高,加深了理论与实际之间的联系,同时学习到了书本上没有的知识,如怎样运用软件搭建电路,如何结合理论计算的参数和实际仿真结果对电路的元件参数进行调整;。
大学生电子设计竞赛题目方向[精选5篇]
![大学生电子设计竞赛题目方向[精选5篇]](https://img.taocdn.com/s3/m/422aae180812a21614791711cc7931b765ce7b24.png)
大学生电子设计竞赛题目方向[精选5篇]第一篇：大学生电子设计竞赛题目方向1）仪器仪表方向：音频信号分析仪：2007年A题数字取样示波器：2007年C题简易频谱分析仪：2005年C题简易逻辑分析仪：2003年D题低频相位测量仪：2003年C题数字存储示波器：2001年B题频率特性测量仪：1999年C题数字工频多用表：1999年B题简易数字频率计：1997年B题简易RLC测量仪：1995年D题仪器仪表方向训练重点：内容：包含信号产生、采集、存储、分析、处理、显示、控制等信号处理环节中的大部分或全部。
类型：分为时域分析处理和频域分析处理两大类。
难点：强调速度、处理能力、显示性能等。
需要通过构建新技术硬件平台及运用信号处理算法来实现。
系统中的部分任务需要在训练阶段完成。
训练：DDS任意信号产生、高速/宽带模拟电路、滤波器、高速ADC/DAC采样与回放、高速数据存储（FIFO）、算法（FFT、卷积、相关、数字滤波等）、显示技术（LCD、绘图、实时曲线等）、强实时性并发多任务软件设计、FPGA/ CPLD与单片机的接口、仪器仪表原理、各类电参数测量、等内容。
2）电路系统方向：宽带直流放大器：2009年C题简易程控滤波器：2007年D题正弦信号发生器：2005年A题宽带放大器：2003年B题压控L/C振荡器：2003年A题任意波形发生器：2001年A题简易测量放大器：1999年A题录音与回放系统：1999年E题实用信号源制作：1995年B题电路系统方向训练重点：内容：偏重概念和指标。
涉及到各类经典单元模块电路，及其基本概念、基本原理和新实现方法、性能指标测试方法等。
类型：分为功能型（重在新方法）和指标型（重在新设计思路）两大类。
难点：特别强调指标，通常经典设计、通用IC是难以完成的。
训练：（程控）放大器、（程控）滤波器、振荡器、DDS任意信号产生、基本模拟调理电路、电性能指标测试（阻抗、相位、带宽…）、开拓设计思路等。
2009年全国大学生电子设计竞赛
2009年全国大学生电子设计竞赛
基本仪器和主要元器件清单
1、基本仪器清单
20MHz普通示波器（双通道，外触发输入，有X轴输入，可选带Z轴输入）
60MHz双通道数字示波器
低频信号发生器（1Hz~1MHz）
高频信号发生器（1MHz~40MHz）
函数发生器
低频毫伏表
高频毫伏表
普通频率计
失真度测试仪
直流稳压电源
秒表
2米卷尺
四位半数字万用表
单片机开发系统及EDA开发系统
扫频仪（15MHz）
低频扫频仪
2、主要元器件清单
单片机最小系统板
A/D、D/A转换器
运算放大器、电压比较器
可编程逻辑器件及其下载板
显示器件
小型电动车
小型继电器
漆包线
光电传感器
隔离变压器：额定功率50W，3个绕组变比n1:n2:n3=20:10:1,电流依次为I1=1.5A、I2=3A、I3=0.1A 电阻器：30Ω/30W，36Ω/30W
无线收发模块。
2011年全国大学生电子设计竞赛(非常重要,也很全!!!)
2011年全国大学生电子设计竞赛竞赛时间：2011年8月31日~2011年9月3日1. 赛题要求和分类1.1 赛题要求在“全国大学生电子设计竞赛组委会官方网站”所公布的“全国大学生电子设计竞赛章程”、“关于组织2011年全国大学生电子设计竞赛的通知”和“2011年全国大学生电子设计竞赛命题原则及征题要求”中可以看到：（1）命题范围应以电子技术（包括模拟和数字电路）应用设计为主要内容。
可以涉及模-数混合电路、单片机、嵌入式系统、DSP、可编程器件、EDA软件的应用。
题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。
竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势。
（2）命题要求竞赛题目应能测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。
题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生既能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能便于优秀学生有发挥与创新的余地。
命题应充分考虑到竞赛评审的操作性。
（3）题目类型①综合题。
综合题应涵盖模-数混合电路，可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用，并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用；②专业题。
专业题是侧重于某一专业（如计算机、通信、自控、电子技术应用等）的题目；③电路题。
电路题是侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路等的题目；④新型器件和集成电路应用题。
新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用、新型集成电路的应用；⑤电子产品和仪器初步设计题。
常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计。
不同类型的题目之间，在难易程度上允许有差别。
1.2 历届竞赛已经出现过的赛题分类全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2009年已经成功地举办了9届。
从9届电子设计竞赛的赛题来看，53个赛题可以归纳成7类，即：（1）电源类：（7题）简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第二届）等。
（2）信号源类：（5题）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）等。
全国大学生电子设计方案竞赛分析
2018年全国大学生电子设计竞赛1. 赛题要求和分类1.1 赛题要求在“全国大学生电子设计竞赛组委会官方网站”所公布的“全国大学生电子设计竞赛章程”、“关于组织2018年全国大学生电子设计竞赛的通知”和“2018年全国大学生电子设计竞赛命题原则及征题要求”中可以看到：<1）命题范围应以电子技术<包括模拟和数字电路）应用设计为主要内容。
可以涉及模-数混合电路、单片机、嵌入式系统、DSP、可编程器件、EDA软件的应用。
题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。
竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教案基本内容和新技术应用趋势。
<2）命题要求竞赛题目应能测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。
题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生既能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能便于优秀学生有发挥与创新的余地。
命题应充分考虑到竞赛评审的操作性。
<3）题目类型①综合题。
综合题应涵盖模-数混合电路，可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用，并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用；②专业题。
专业题是侧重于某一专业<如计算机、通信、自控、电子技术应用等）的题目；③电路题。
电路题是侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路等的题目；④新型器件和集成电路应用题。
新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用、新型集成电路的应用；⑤电子产品和仪器初步设计题。
常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计。
不同类型的题目之间，在难易程度上允许有差别。
1.2 历届竞赛已经出现过的赛题分类全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2009年已经成功地举办了9届。
从9届电子设计竞赛的赛题来看，53个赛题可以归纳成7类，即：<1）电源类：<7题）简易数控直流电源<第一届），直流稳压电源<第二届）等。
<2）信号源类：<5题）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）等。
2009年(第九届)全国大学生电子设计竞赛
06机械
贺建闽
张维 男
电气工程
06电气1
李扬加 男
自动化
自动06-1班
10 何世健 男
自动化
自动06-1班
周琴
杨帆 男
自动化
自动06-1班
郭建波 男
通信工程
通信06-4班
11 唐峰峰 男
通信工程
通信06-4班
蒋朝根
王薇 女
通信工程
通信06-4班
费明 男
通信工程
通信06-3班
12 张敏 男
通信工程
通信06-3班
附件5：
2009年（第九届）全国大学生电子设计竞赛
四川赛区“TI杯”参赛队员报名登记表
通信地址： 成都市二环路北一段111号西南交通大学教务处
学校名称： 西南交通大学
联系人： 卫飞飞
电话： 87600254
Email:
序号 队员姓名 性别
专业
班级
崔永强 男 1 邱晓磊 男
王维 男 郑海波 男
电气工程 电气工程 电气工程 电气工程
软件07-1班 网路07-2班 通信07-3班
蒋朝根 （杨武 东）
何智力 男 22 韦升俊 男
贾定宏 男
计算机科学与技术 计算机科学与技术 计算机科学与技术
计算机（茅班）07班 计算机（茅班）07班 计算机（茅班）07班
蒋朝根 （刘海 涛）
孙炳南 男 23 王闻昊 男
张益涛 男
通信工程 计算机科学与技术 计算机科学与技术
通信06-1班
26 卢先宁 男
网络工程
网络06-1班
蒋朝根
余健 男
计算机科学与技术
计算机06-1班
全国大学生电子设计竞赛计划及题目分类
计划计划（（参考历年获奖作品参考历年获奖作品））
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放大器部分
放大器部分：：
（国一 C 宽带直流放大器）
（国二 C 徐兴旺 题西电）
第一级用VCA810做程控放大器，
第二级放大调理电路利用THS4001运放构成反相放大器
以THS4001为核心的功率放大电路
（国二 C 宽带直流放大器 宜宾学院）
单机可变增益电路VCA820
（NEC杯及12篇国一）
前级放大电路OPA690
高共模抑制比运放OPA2690，最小可放大1mv有效值电压
Jiangsu
电源部分
电源部分：：
（国一 C 宽带直流放大器）
（国二 C 宽带直流放大器 宜宾学院）
（NEC杯及12篇国一）
滤波器部分
滤波器部分：：
（国一 C 宽带直流放大器）
（国一 C 宽带直流放大器 西电）
国二 A 光伏并网发电模拟装置（西电任腊梅）
（NEC杯及12篇国一）
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第１页 宽带直流放大器 中文摘要：本设计由输入缓冲电路，增益控制电路，后级功率放大电路，测量电路，单片机控制及显示和电源模块六个功能模块组成。其中前级放大由两块高性能集成宽带、低噪声可变增益放大器AD603级联而成,负责信号放大并与单片机电路配合实现了增益控制；后级功率输出模块采用分立元器件构成,得到较高的输出电压范围；系统控制模块以TI公司的超低功耗MSP430F149单片机为主,可完成增益设定、电压有效值计算和输出电压有效值显示等功能。系统采用电压反馈控制方式实现了自动增益控制,AGC范围较宽。 第２页
1、系统方案设计 1.1系统总体设计 按照题目要求，我们设计的宽带直流放大器包括输入缓冲、增益控制电路、后级放大、测量、键盘显示和直流稳压电源六大功能模块。其总体框图如下图1-1：
按键控制LCD显示峰值检波电路
输入缓冲电路增益
控制电路
后级功率
放大电路输入
直流稳压电源供电
DAC
MSP430F149
ADC
图1-1 系统总体设计框图 1.2自动增益控制电路 方案一：简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。 方案二：DAC控制增益。如图1-2，输入信号放大后作为基准电压送给DAC的Vref脚，相当于一个程控衰减器。再接一级放大，这两级放大可实现要求的放大倍数。输出接到有效值检测电路上，反馈给单片机。单片机根据反馈调节衰减器，实现AGC。还可通过输入模块预置增益值，控制DAC的输出，实现程控增益。但增益动态范围有限，故不采用。
放大峰值检测单片机放大DACVref输出
图1-2 增益控制部分方案二示意图 方案三：电压控制增益。如图1-3，信号经缓冲器后进入可编程增益放大器PGA--AD603，放大后进入峰值测量部分，得出的峰值采样后送入单片机，再由DAC输出给AD603控制放大倍数，实现自动增益控制。同时可通过输入模块设置增益值，控制DAC的输出，实现程控增益放大。 第３页
缓冲器AD603单片机DACADC峰值检测基准
电压源
输入
图1-3 增益控制部分方案三示意图 终上所述，选用方案三，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB，满足题目要求的精度，其增益（dB）与控制电压（V）成线性关系，因此可以很方便地使用D/A输出电压控制放大器的增益。 1.3后级放大电路 由于AD603的最大输出电压较小，不能满足题目要求，所以前级放大信号需经过后级功率放大达到更高的输出有效值。 方案一: 使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明。可是题目要求输出10V以上有效值,而在电子市场很难买到这样的芯片,而且很容易发生工作不稳定的情况。 方案二: 使用分立元件设计后级放大器。使用分立元件设计困难,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换,在此时看来较集成电路灵活。因此,我们决定自行设计后级放大器。 1.4有效值测量电路 方案一：采用真有效值转换器件AD637测量，直接输出被测信号的真有效值。这样可以实现对任意波形的有效值测量。但AD637可测量的有效值最大为7V，不能满足发挥部分输入有效值大于10V的要求。 方案二：采用峰值检波测量。采用峰值检波电路，检出峰值经A/D转换后由单片机转换为有效值。电路简单可靠，但前提是信号是正弦波，否则误差较大。考虑到本题要求测量的是标准正弦波，因此选择本方案。 1.5直流稳压电源 方案一：线性稳压电源，包括并联型和串联型两种结构。并联型电路复杂，效率低，仅用于对调整速率和精度要求较高的场合；串联型电路比较简单，效率较高，尤其是若采用集成三端稳压器，更加方便可靠。 方案二：开关稳压电源。此方案效率高，但电路复杂，开关电源的工作频率通常在几十～几百KHz，基波与很多谐波都在本放大器通频带内，很容易带来串扰。因此为满足系统要求，我们采用方案一中串联型稳压电源。 2、系统分析与计算 2.1电压控制增益的原理 AD603的基本增益可以用下式算出： Gain (dB) = 40 VG + 10 其中，VG是差分输入电压,单位是V，Gain是AD603的基本增益,单位是dB。 从此式可以看出，以dB作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。由此可以得出，只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益，增益步进可以 第４页
很准确的实现。但若要用放大倍数来表示增益的话，则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以dB为单位后再去控制AD603的增益，这样在计算过程中就引入了较大的运算误差。 2.2 AGC AGC即自动增益控制电路，常用在收音机、电视机、录像机的信号接收和电平处理电路中。它的作用是当信号较强时，使其增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而保证输出信号基本稳定。 2.3正弦电压有效值的计算 根据正弦波峰峰值与有效值的关系有：VVm2 其中：Vm为峰值检波电路输出，V为输出电压有效值。 3、电路设计与软件设计 3.1电路设计 3.1.1输入缓冲和增益控制部分 如附图1所示，输入部分先用电阻分压衰减，再由低失真度电流反馈放大器AD8009放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到AD8009的电压峰峰值的不超过其极限。增益控制部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种，如图3-1所示，通频带为90MHz，增益为-10～+30dB,输入控制电压U的范围为-0.5～+0.5V。 增益和控制电压的关系为 1040)(UAGdB
一级的控制范围只有40dB，使用两级串联，增益为
20240140)(UUAGdB
增益范围是－20dB～+60dB，满足题目要求。
由于两级放大电路幅频响应曲线相同，所以当两级AD603串联后，带宽会有所下降，串联前各级带宽为90MHz左右，两级放大电路串联后总的3dB带宽对应着单级放大电路1.5dB带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHz.。
图3-1 AD603接成90MHz带宽的典型方法 3.1.2功率放大部分 电路如附图2所示，参考音频放大器中驱动级电路，考虑到负载电阻为（50±2），输出有效值大于10V，而AD603输出最大有效值在2V左右，故选用两级三极管进行直流耦合和发射结直流负反馈来构建末级功率放大，第一级进行电压放大，整个功放电路的电压增益在这一级，第二级进行电压合成和电流放大，将第一级输出的双端信号变成单端信号，同时提高带负载的能力。选用NSC的 第５页
2N3904和2N3906三极管（特征频率Tf＝250～300MHz）可达到25MHz的带宽。整个电路没有使用频率补偿，可对DC到20MHz的信号进行线性放大，在20MHz以下增益非常平稳，为稳定直流特性。 本电路放大倍数为： AG≈1＋R10/R9 整个功放电路电压放大约10倍。通过调节R10来调节增益，根据电源电压调节R7可调节工作点。 3.1.3峰值检测部分 电路如附图3所示，取样回来的输出电压经过二极管和电容进行峰值检波,并经过高精度运算放大器进行衰减和保持后输入A/D转换器转换为数字信号进行显示,这样精度可以得到保证,不过会有一定的管压降,使用检波用肖特基二极管大概会有0.2V压降,完全可以通过单片机进行显示上的补偿。 3.1.4控制部分 这一部分采用TI公司的超低功耗MSP430F149单片机，其内部自带有12位精度的A/D转换模块，可直接使用。另外还需接入D/A转换模块和基准源电路。 3.1.5稳压电源部分 电路如附图4所示。 3.2软件设计 本系统单片机控制部分采用反馈控制方式，通过输出电压采样来控制电压增益。由于AD603的设定增益跟实际增益有误差，故软件上还进行了校正，软件流程如图3-2所示： 系统初始化
有键按下？是
否
预置增益并显示
按键扫描AD采样
电压有效值显示AGC
判断键值
重新扫描 图3-2软件流程图 4、测试方案与测试结果
4.1测试方法 将各部分电路连接起来，先调整0dB，使输出信号幅度和输入信号幅度相等。接上50Ω的负载电阻进行整机测试。 4.2测试结果与分析 （1）输入阻抗：电路的设计保证输入阻抗大于50Ω电阻，满足题目要求。 第６页
（2）输出电压有效值测量：输入加100kHz正弦波，调节电压和增益测得不失真最大输出电压有效值为9.30～9.50V，达到题目大于6V的要求。 （3）输出噪声电压测量：增益调到58dB，将输入端短路时输出电压峰峰值为300mV左右。满足输出噪声电压小于0.5V的要求。 （4）频率特性测量：增益设为40dB档，输入端加10mV正弦波，由于信号源不能保证不同频段的10mV正弦波幅度稳定，因此每次测量前先调节信号源使得输入信号保持在10mV左右，再测量输出信号。测试的数据如表1所示。 表1 频率特性测试数据 频率（kHz） 0 5 100 10 20 40 50 60 输出RMS(V)
增益（dB） 37.0 38.3 39.8 40.0 40.0 40.1 39.9 40.1 频率（kHz） 90 100 200 300 400 500 600 800 输出RMS(V) 0.999 0.998 0.997 0.996 0.997 1.00 1.01 1.02 增益（dB） 39.9 39.9 39.9 39.9 39.9 40.0 40.0 40.1 由表1数据可以得到，3dB通频带在低频端达到了1KHz，高频端在20MHz以上，由于信号源无法产生大于20MHz的信号故无法测量，从5MHz以上增益的趋势来看最终通频带高频端应大于20MHz，比较符合后级功率放大器的理论高频截止频率25MHz。在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤0.2dB。 （5）增益误差测量: 输入端加有效值为10mV，频率为1MHz的正弦信号，保持幅度稳定，然后预设增益值测量输出信号来计算增益误差。测试的数据如表2所示。 表2 增益误差测试数据 预置增益(dB) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 输出RMS（mV） 32.3 63.8 127 254 0.502V 1.01V 1.98V 3.95V 7.45V 实际增益（dB） 10.2 15.1 20.1 25.1 30.0 35 40.0 45.9 50.8