基礎(chǔ)知識(shí)(全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽)

1、Tianjin University1Tianjin University2各位領(lǐng)導(dǎo)、各位領(lǐng)導(dǎo)、老師下午好！老師下午好！Tianjin University3第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第三部分第三部分 設(shè)計(jì)案例設(shè)計(jì)案例Tianjin University4第一部分第一部分概概 述述Tianjin University5 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目范圍很廣，其中涉及的基礎(chǔ)理論、基本技能很多，也很重要，但是許多指導(dǎo)老師和參賽同學(xué)們并沒有給與足夠的重視。Tianjin University6重要體現(xiàn)在：重要體現(xiàn)在：1 1、有以基礎(chǔ)知識(shí)為主要內(nèi)容的競(jìng)賽試題。、有以基礎(chǔ)知識(shí)

2、為主要內(nèi)容的競(jìng)賽試題。像像放大器類題目放大器類題目和從和從20112011年開始增加的年開始增加的綜綜合測(cè)評(píng)題目合測(cè)評(píng)題目；2 2、各類題目中均包含基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容；、各類題目中均包含基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容；3 3、基本技能是參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的必備能、基本技能是參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的必備能力。力。 Tianjin University7 在競(jìng)賽過程中出現(xiàn)的：學(xué)生們思在競(jìng)賽過程中出現(xiàn)的：學(xué)生們思路窄、創(chuàng)新性差、新知識(shí)入門慢，設(shè)路窄、創(chuàng)新性差、新知識(shí)入門慢，設(shè)計(jì)不盡合理，指標(biāo)上不去，或在規(guī)定計(jì)不盡合理，指標(biāo)上不去，或在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成的作品不穩(wěn)定、不完整，的時(shí)間內(nèi)完成的作品不穩(wěn)定、不完整，造成測(cè)試失敗，甚至全軍

3、覆沒等諸多造成測(cè)試失敗，甚至全軍覆沒等諸多問題，都是基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)的反映，問題，都是基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)的反映，說明對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)缺乏足夠的重視。說明對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)缺乏足夠的重視。Tianjin University8 因此，在參加競(jìng)賽的培訓(xùn)過程中，一因此，在參加競(jìng)賽的培訓(xùn)過程中，一定要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的培訓(xùn)和定要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的培訓(xùn)和訓(xùn)練。雖然這是老生常談，但一定要引起訓(xùn)練。雖然這是老生常談，但一定要引起各位指導(dǎo)教師的重視，認(rèn)認(rèn)真真的準(zhǔn)備、各位指導(dǎo)教師的重視，認(rèn)認(rèn)真真的準(zhǔn)備、扎扎實(shí)實(shí)的訓(xùn)練。扎扎實(shí)實(shí)的訓(xùn)練。 Tianjin University9 第二部分第二部分 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 知知 識(shí)識(shí)

4、 Tianjin University10 歸納起來，基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)包含以下幾歸納起來，基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容：方面的內(nèi)容：一、模擬與數(shù)字電路的基本知識(shí)一、模擬與數(shù)字電路的基本知識(shí)1.1.基本放大器基本放大器2.2.功率放大器功率放大器3.3.濾波器濾波器4.4.基本組合邏與時(shí)序邏輯電路（基本組合邏與時(shí)序邏輯電路（FPGAFPGA）基礎(chǔ)知識(shí)Tianjin University115.5.運(yùn)算放大器應(yīng)用電路運(yùn)算放大器應(yīng)用電路6.A/D,D/A6.A/D,D/A電路電路7.7.常用傳感器電路常用傳感器電路8.8.電源電路電源電路9.9.簡(jiǎn)單的信息處理知識(shí)與算法簡(jiǎn)單的信息處理知識(shí)與算法基礎(chǔ)知識(shí)T

5、ianjin University12二、最小系統(tǒng)二、最小系統(tǒng)1.1.處理器（包含儲(chǔ)備一些基本的通用軟件處理器（包含儲(chǔ)備一些基本的通用軟件模塊，也有參賽隊(duì)使用模塊，也有參賽隊(duì)使用FPGAFPGA模塊實(shí)現(xiàn)處理模塊實(shí)現(xiàn)處理器功能）。器功能）。2.2.接口電路。接口電路。3.3.外設(shè)電路。外設(shè)電路?；A(chǔ)知識(shí)Tianjin University13三、基本技能三、基本技能1. 1. 電路板設(shè)計(jì)電路板設(shè)計(jì) 通常采用通常采用ProtelProtel繪圖軟件，需要了繪圖軟件，需要了解元件器的規(guī)格、尺寸；對(duì)各電路模塊解元件器的規(guī)格、尺寸；對(duì)各電路模塊合理布局。合理布局。2. 2. 元器件選擇元器件選擇 熟悉各

6、種基本元器件和常用的集成熟悉各種基本元器件和常用的集成電路芯片的特性。電路芯片的特性?；A(chǔ)知識(shí)Tianjin University143. 3. 焊接焊接 焊接和連線：可靠、規(guī)整、方便連接。焊接和連線：可靠、規(guī)整、方便連接。4. 4. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 電路模塊化設(shè)計(jì)，利于調(diào)試與故障電路模塊化設(shè)計(jì)，利于調(diào)試與故障檢查；接口要方便且留有足夠的測(cè)試點(diǎn)；檢查；接口要方便且留有足夠的測(cè)試點(diǎn)；應(yīng)將系統(tǒng)的各個(gè)電路模塊固定在一個(gè)框應(yīng)將系統(tǒng)的各個(gè)電路模塊固定在一個(gè)框架（或平板）結(jié)構(gòu)上，增加電路的可靠架（或平板）結(jié)構(gòu)上，增加電路的可靠性；注意試驗(yàn)臺(tái)的整潔，規(guī)范操作。性；注意試驗(yàn)臺(tái)的整潔，規(guī)范操作?；A(chǔ)知識(shí)Tianjin

7、 University15電動(dòng)車蹺蹺板電動(dòng)車蹺蹺板20072007年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國一等獎(jiǎng)年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國一等獎(jiǎng)基礎(chǔ)知識(shí)Tianjin University16單工無線呼叫系統(tǒng)單工無線呼叫系統(tǒng)20052005年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國二等獎(jiǎng)年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國二等獎(jiǎng)基本知識(shí)Tianjin University17射頻寬帶放大器射頻寬帶放大器20132013年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本知識(shí)Tianjin University18射頻寬帶放大器射頻寬帶放大器20132013年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本知識(shí)Tianjin University19射頻寬

8、帶放大器射頻寬帶放大器20132013年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本知識(shí)Tianjin University205 5、基本儀器使用與電路調(diào)試、基本儀器使用與電路調(diào)試常用儀器：萬用表、穩(wěn)壓電源、信常用儀器：萬用表、穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜儀、邏輯號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等儀器的使用。分析儀等儀器的使用。調(diào)試：調(diào)試：基本知識(shí)Tianjin University21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的過程：系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的過程：1.1.方案設(shè)計(jì)；方案設(shè)計(jì)；2.2.電路模塊設(shè)計(jì)；電路模塊設(shè)計(jì)；3.3.元器件選擇與購買；元器件選擇與購買；4.PCB4.PCB版圖設(shè)計(jì)（元器件布局）；版

9、圖設(shè)計(jì)（元器件布局）；5.5.元器件、電路板檢查；元器件、電路板檢查；6.6.焊接；焊接；7.7.分模塊調(diào)試，聯(lián)調(diào)。分模塊調(diào)試，聯(lián)調(diào)?；局R(shí)Tianjin University22 這里特別要提醒大家的是，在培訓(xùn)中應(yīng)這里特別要提醒大家的是，在培訓(xùn)中應(yīng)高度注意學(xué)生科學(xué)研究素質(zhì)的培養(yǎng)。高度注意學(xué)生科學(xué)研究素質(zhì)的培養(yǎng)。通過培通過培訓(xùn)使學(xué)生初步養(yǎng)成：實(shí)事求是的工作原則、訓(xùn)使學(xué)生初步養(yǎng)成：實(shí)事求是的工作原則、一絲不茍的工作態(tài)度、勤于思考的工作方法、一絲不茍的工作態(tài)度、勤于思考的工作方法、百折不饒的工作精神和精益求精的工作作風(fēng)。百折不饒的工作精神和精益求精的工作作風(fēng)?；炯寄躎ianjin Univer

10、sity23三、報(bào)告撰寫三、報(bào)告撰寫 按照要求，重點(diǎn)介紹按照要求，重點(diǎn)介紹方案比較方案比較、電路模電路模塊設(shè)計(jì)、器件選擇塊設(shè)計(jì)、器件選擇、理論推導(dǎo)、理論推導(dǎo)、軟件流程圖軟件流程圖、調(diào)試方法、使用儀器、調(diào)試方法、使用儀器、測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)和波（數(shù)據(jù)和波形）、形）、結(jié)果分析、參考資料結(jié)果分析、參考資料。一般電路圖和。一般電路圖和程序可作為附錄放在后面。程序可作為附錄放在后面。 再有就是格式規(guī)范，內(nèi)容全面，詳略得再有就是格式規(guī)范，內(nèi)容全面，詳略得當(dāng)，圍繞要求下筆，常識(shí)性或無關(guān)緊要的內(nèi)當(dāng)，圍繞要求下筆，常識(shí)性或無關(guān)緊要的內(nèi)容盡量簡(jiǎn)述。容盡量簡(jiǎn)述?；炯寄躎ianjin University24第

11、三部分第三部分 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 案案 例例Tianjin University25出題思想出題思想1.1.上手容易，整體要有難度，并且難度要有梯度。上手容易，整體要有難度，并且難度要有梯度。2. 2. 改變目前學(xué)生培養(yǎng)的弱項(xiàng)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的改變目前學(xué)生培養(yǎng)的弱項(xiàng)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展（高頻段）。發(fā)展（高頻段）。3. 3. 體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，和工程實(shí)際應(yīng)用背景。（寬體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，和工程實(shí)際應(yīng)用背景。（寬帶，新器件，新技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，阻抗匹配，工帶，新器件，新技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，阻抗匹配，工藝）。藝）。4. 4. 重點(diǎn)要求基本指標(biāo)，包括增益（增益可調(diào)）、帶重點(diǎn)要求基本指標(biāo)，包括增益（增益可調(diào)）、

12、帶寬和帶負(fù)載能力（輸出電壓）。寬和帶負(fù)載能力（輸出電壓）。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University26一、任務(wù)一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。設(shè)計(jì)并制作一個(gè)射頻寬帶放大器。二、要求二、要求1 1基本要求基本要求（1 1）電壓增益）電壓增益A Av 20dBv 20dB，輸入電壓有效值，輸入電壓有效值U Ui i 20mV20mV。A Av v在在0 020dB20dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。（2 2）最大輸出正弦波電壓有效值）最大輸出正弦波電壓有效值U Uo200mVo200mV，輸出，輸出信號(hào)波形無明顯失真。信號(hào)波形無明顯失真。（3 3）放大器）放大器BWBW

13、-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHzL 0.3MHz，上限，上限頻率頻率f fH20MHzH20MHz，并要求在，并要求在1MHz1MHz15MHz15MHz頻帶內(nèi)增益頻帶內(nèi)增益起伏起伏1dB1dB。 （4 4）放大器的輸入阻抗）放大器的輸入阻抗 = 50= 50 ，輸出阻抗，輸出阻抗 = 50 = 50 。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University272 2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1 1）電壓增益）電壓增益A Av 60dBv 60dB，輸入電壓有效值，輸入電壓有效值U Ui 1 mVi 1 mV。A Av v在在0 060dB60dB范圍內(nèi)可調(diào)。范圍

14、內(nèi)可調(diào)。（2 2）在）在A Av 60dBv 60dB時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰峰值時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp oNpp 100mV100mV。（3 3）放大器）放大器BWBW-3dB-3dB的下限頻率的下限頻率f fL 0.3MHzL 0.3MHz，上限頻，上限頻率率f fH100MHzH100MHz，并要求在，并要求在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。該項(xiàng)目要求在。該項(xiàng)目要求在Av 60dBAv 60dB（或可達(dá)到的最高電（或可達(dá)到的最高電壓增益點(diǎn)），最大輸出正弦波電壓有效值壓增益點(diǎn)），最大輸出正弦波電壓有效值Uo 1VUo 1V，輸，

15、輸出信號(hào)波形無明顯失真條件下測(cè)試。出信號(hào)波形無明顯失真條件下測(cè)試。（4 4）最大輸出正弦波電壓有效值）最大輸出正弦波電壓有效值U Uo 1Vo 1V，輸出信號(hào)，輸出信號(hào)波形無明顯失真。波形無明顯失真。 （5 5）其他（例如進(jìn)一步提高放大器的增益、帶寬等）。）其他（例如進(jìn)一步提高放大器的增益、帶寬等）。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University283. 3. 說明說明1 1）要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波）要求負(fù)載電阻兩端預(yù)留測(cè)試端子。最大輸出正弦波電壓有效值應(yīng)在電壓有效值應(yīng)在R RL=50L=50 條件下測(cè)試（要求條件下測(cè)試（要求R RL L阻值誤差阻值誤

16、差5 %5 %），如負(fù)載電阻不符合要求，該項(xiàng)目不得分。），如負(fù)載電阻不符合要求，該項(xiàng)目不得分。2 2）評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái)）評(píng)測(cè)時(shí)參賽隊(duì)自備一臺(tái)220V220V交流輸入的直流穩(wěn)壓電交流輸入的直流穩(wěn)壓電源。源。3 3）建議的測(cè)試框圖如圖）建議的測(cè)試框圖如圖1 1所示，可采用點(diǎn)頻測(cè)試法。所示，可采用點(diǎn)頻測(cè)試法。信號(hào)源射頻寬帶放大器示波器/高頻毫伏表自備直流穩(wěn)壓電源UiUo圖圖1 測(cè)試框圖測(cè)試框圖例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University29圖圖2 2 幅頻特性示意圖幅頻特性示意圖 例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University30 該題目的考點(diǎn)主要有：該

17、題目的考點(diǎn)主要有：帶寬、增益帶寬、增益（高增益、可調(diào)、（高增益、可調(diào)、帶內(nèi)波動(dòng)）、帶內(nèi)波動(dòng)）、帶負(fù)載能力、動(dòng)態(tài)范圍帶負(fù)載能力、動(dòng)態(tài)范圍（增益分配）、（增益分配）、阻阻抗匹配、降低噪聲、測(cè)量方法?？蛊ヅ洹⒔档驮肼?、測(cè)量方法。 帶寬指標(biāo)主要通過選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)帶寬指標(biāo)主要通過選擇新型高性能的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，如現(xiàn)，如OPA847OPA847、OPA690OPA690、THS3091THS3091、OPA2694 OPA2694 、AD8321AD8321 高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)，典型的設(shè)計(jì)方案是高增益均采用多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)，典型的設(shè)計(jì)方案是采用采用3 3級(jí)放大器，也有采用級(jí)放大器，也有

18、采用4 4級(jí)放大的方案。級(jí)放大的方案。 由于題目對(duì)增益可調(diào)功能沒有程控、步進(jìn)的要求。由于題目對(duì)增益可調(diào)功能沒有程控、步進(jìn)的要求。所以，可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增益解所以，可簡(jiǎn)單的使用手動(dòng)調(diào)整方案。如選擇程控增益解決方案，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。決方案，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。1.1.采用可程控增益運(yùn)放；采用可程控增益運(yùn)放；2.2.采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。采用可程控衰減器實(shí)現(xiàn)。 帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)通過極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。帶內(nèi)增益波動(dòng)指標(biāo)通過極間阻抗匹配、補(bǔ)償?shù)冉鉀Q。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University31 動(dòng)態(tài)范圍（增益分配）指標(biāo)主要是做好增益分配。今動(dòng)態(tài)范圍（增益分

19、配）指標(biāo)主要是做好增益分配。今年全國復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入年全國復(fù)測(cè)時(shí)比賽區(qū)測(cè)試多了一項(xiàng)輸入20mV20mV時(shí)測(cè)輸出電壓。時(shí)測(cè)輸出電壓。結(jié)果，不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠?，輸出失真，丟了結(jié)果，不少的隊(duì)因?yàn)樵鲆娣峙洳惶侠恚敵鍪д?，丟了分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲，將第一級(jí)的增益設(shè)分。主要原因是一些隊(duì)為了降低噪聲，將第一級(jí)的增益設(shè)置過高且不可調(diào)。結(jié)果輸入稍大，第一級(jí)就飽和了，后面置過高且不可調(diào)。結(jié)果輸入稍大，第一級(jí)就飽和了，后面再衰減或調(diào)整也起不了作用，造成輸出失真。再衰減或調(diào)整也起不了作用，造成輸出失真。 阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為阻抗匹配。該題目要求輸入、輸出阻抗均為

20、50 50 ，并，并要求負(fù)載為要求負(fù)載為50 50 。所以，需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗。所以，需要在輸入端和輸出端設(shè)置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來的負(fù)載電阻，匹配網(wǎng)絡(luò)。其中輸出端最好為可方便摘下來的負(fù)載電阻，但實(shí)際很少有這樣做的。當(dāng)運(yùn)放的輸出電阻很小時(shí)，還要但實(shí)際很少有這樣做的。當(dāng)運(yùn)放的輸出電阻很小時(shí)，還要考慮先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)考慮先在運(yùn)放輸出端串一個(gè)50 50 的電阻，然后再接的電阻，然后再接50 50 負(fù)負(fù)載。載。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University32 降低噪聲。主要是選器件、好布局。降低噪聲。主要是選器件、好布局。 測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為

21、測(cè)量方法。信號(hào)源內(nèi)阻為50 50 ，先將，先將信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為信號(hào)源信號(hào)幅度設(shè)置為1mV1mV，然后，再設(shè)，然后，再設(shè)置為置為20mV20mV。示波器采用高阻輸入方式，作。示波器采用高阻輸入方式，作品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。品帶著負(fù)載電阻測(cè)試。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University33系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 大多數(shù)作品采用固定增益放大器大多數(shù)作品采用固定增益放大器（THS3201THS3201）、可調(diào)增益放大器（）、可調(diào)增益放大器（AD8367AD8367）和）和輸出功率放大器（輸出功率放大器（THS3901THS3901）構(gòu)成的三級(jí)放大）構(gòu)成的三級(jí)放大方案。方案。

22、 部分作品采用固定增益放大器（部分作品采用固定增益放大器（OPA847OPA847）、）、程控步進(jìn)衰減模塊（程控步進(jìn)衰減模塊（PE4306PE4306）、壓控增益放大）、壓控增益放大器（器（VCA821VCA821）和輸出功率放大器（）和輸出功率放大器（AD8009AD8009，THS3201THS3201）構(gòu)成的四級(jí)放大方案。）構(gòu)成的四級(jí)放大方案。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University34 模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) 可控增益放大器設(shè)計(jì)可控增益放大器設(shè)計(jì) 方案一：采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可方案一：采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)管可變電阻區(qū)

23、（或三極管等效為壓控電阻）實(shí)現(xiàn)增益控制，由于題目變電阻區(qū)（或三極管等效為壓控電阻）實(shí)現(xiàn)增益控制，由于題目要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性要求的頻帶較高。該方案采用大量分立元件，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性差。差。 方案二：采用多路選擇器來來改變放大器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增方案二：采用多路選擇器來來改變放大器跨接的電阻的值實(shí)現(xiàn)增益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器，不能實(shí)現(xiàn)益控制。該方案需求每一級(jí)放大器都要加多路選擇器，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，影響高頻的頻率特性。連續(xù)調(diào)節(jié)，影響高頻的頻率特性。 方案三：根據(jù)放大電路增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益方案三：根據(jù)放大電路增益可控的要

24、求，考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)（如的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)（如VCA820VCA820，VCA821VCA821，AD603 AD603 ，AD8367AD8367）。其特點(diǎn)是）。其特點(diǎn)是以以dBdB為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控增益約為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，可控增益約40dB,40dB,可以用單片機(jī)方便的預(yù)可以用單片機(jī)方便的預(yù)制增益。制增益。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University35 寬帶放大模塊設(shè)計(jì)寬帶放大模塊設(shè)計(jì) 方案一：采用電壓反饋放大器方案一：采用電壓反饋放大器OPA846OPA846、OPA847OPA847、OPA657OPA657、OPA690OPA690等電壓放大器，該系等電

25、壓放大器，該系列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高，需要仔細(xì)列的運(yùn)算放大器的增益帶寬積很高，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)PCBPCB電路板。電路板。 方案二：采用電流反饋放大器方案二：采用電流反饋放大器OPA691OPA691，OPA2694OPA2694、THS3201THS3201。 例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University36輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)方案一：使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大方案一：使用雙極型三級(jí)管組成互補(bǔ)乙類推挽功率放大器，單倍增益跟隨，增大輸出電流，提高帶負(fù)載能力。器，單倍增益跟隨，增大輸出電流，提高帶負(fù)載能力。匹配、調(diào)試復(fù)雜。匹配、調(diào)試復(fù)雜。方案二

26、：使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反饋方案二：使用壓擺率高、電流輸出能力較大的電流反饋運(yùn)算放大器，如運(yùn)算放大器，如THS3091THS3091等。此種方案可以提供一定的等。此種方案可以提供一定的輸出電流，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。輸出電流，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University37 系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)（1 1）放大器板上運(yùn)放電源線及數(shù)字信號(hào)線均加磁珠和電）放大器板上運(yùn)放電源線及數(shù)字信號(hào)線均加磁珠和電容濾波，磁珠可濾除電流上的毛刺，電容濾除較低頻率的容濾波，磁珠可濾除電流上的毛刺，電容濾除較低頻率的干擾，它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。安裝干擾

27、，它們配合在一起可較好地濾除電路上的串?dāng)_。安裝時(shí)盡量靠近時(shí)盡量靠近ICIC電源和地。電源和地。（2 2）信號(hào)耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免）信號(hào)耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降。高頻增益下降。（3 3）在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜，信）在兩個(gè)焊接板之間傳遞模擬信號(hào)時(shí)用同軸電纜，信號(hào)輸入輸出使用號(hào)輸入輸出使用SMA-BNCSMA-BNC接頭以使傳輸阻抗匹配，并可減接頭以使傳輸阻抗匹配，并可減少空間電磁波對(duì)本電路的干擾，同時(shí)避免放大器自激。少空間電磁波對(duì)本電路的干擾，同時(shí)避免放大器自激。（4 4）數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開，同）數(shù)字電路部分和

28、模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開，同時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。時(shí)數(shù)字地和模擬地電源地一點(diǎn)相連。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University38增益控制模塊設(shè)計(jì)增益控制模塊設(shè)計(jì) 方案一：在電源方案一：在電源+5V+5V和地之間使用可調(diào)電位器來和地之間使用可調(diào)電位器來給集成壓控增益放大器的電壓控制管腳（給集成壓控增益放大器的電壓控制管腳（1 1號(hào)管腳）號(hào)管腳）提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，改變可變電位器的分壓即可控提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。改變可變電位器的分壓即可控制增益制增益的變化。改變可變電位器的分壓即可控制增益的變化。此方案為手動(dòng)調(diào)節(jié)。的變化。此

29、方案為手動(dòng)調(diào)節(jié)。 方案二：通過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制方案二：通過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制D/AD/A芯片輸芯片輸出來給提供控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方出來給提供控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此方案為程序控制。案為程序控制。 綜合比較這兩種方案，各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能綜合比較這兩種方案，各有優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，而程序控制又比較直觀、方便。實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，而程序控制又比較直觀、方便。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University39 4.4.增益分配增益分配 由于要求輸入電壓有效值由于要求輸入電壓有效值1mV1mV U Ui 20mVi 20mV；輸出端噪聲電壓的峰峰

30、值輸出端噪聲電壓的峰峰值U UoNpp 100mVoNpp 100mV；在；在1MHz1MHz80MHz80MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB1dB。 某設(shè)計(jì)選擇低噪輸入級(jí)某設(shè)計(jì)選擇低噪輸入級(jí)OPA690OPA690增益為增益為5 5倍，倍，第二級(jí)為第二級(jí)為-10dB30dB-10dB30dB，第三放大級(jí)，第三放大級(jí)OPA847OPA847增益為增益為1010倍，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)倍，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)THS3091THS3091增益為增益為2 2倍。倍。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University40頻帶內(nèi)增益起伏控制頻帶內(nèi)增益起伏控制1 1） 選增益曲線平坦的器件選增益曲線平坦

31、的器件 如如THS3092THS3092。2 2） 極間阻抗匹配。極間阻抗匹配。 3 3） 輸出頻率補(bǔ)償。輸出頻率補(bǔ)償。4 4） 合理利用芯片的特性。合理利用芯片的特性。例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University41系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖例一 寬帶放大器（2013年）Tianjin University42 從從2011年開始，大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽增加年開始，大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽增加了了 “綜合測(cè)評(píng)綜合測(cè)評(píng)”環(huán)節(jié)，參加對(duì)象為賽區(qū)推薦報(bào)環(huán)節(jié)，參加對(duì)象為賽區(qū)推薦報(bào)全國評(píng)獎(jiǎng)的優(yōu)秀參賽隊(duì)，并在各賽區(qū)以封閉方全國評(píng)獎(jiǎng)的優(yōu)秀參賽隊(duì)，并在各賽區(qū)以封閉方式進(jìn)行。測(cè)試題目與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)由全國專家組負(fù)式

32、進(jìn)行。測(cè)試題目與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)由全國專家組負(fù)責(zé)統(tǒng)一制定，并委托各賽區(qū)在當(dāng)?shù)亟M織，賽區(qū)責(zé)統(tǒng)一制定，并委托各賽區(qū)在當(dāng)?shù)亟M織，賽區(qū)專家組完成相應(yīng)測(cè)試工作。全國專家組將排遣專家組完成相應(yīng)測(cè)試工作。全國專家組將排遣專家參加綜合測(cè)評(píng)。專家參加綜合測(cè)評(píng)。 “綜合測(cè)評(píng)綜合測(cè)評(píng)”采用設(shè)計(jì)制作方式，其成績采用設(shè)計(jì)制作方式，其成績按比例計(jì)入評(píng)審總分。按比例計(jì)入評(píng)審總分。 Tianjin University43使用一片通用四運(yùn)放芯片使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324 組成圖組成圖1所示電路框所示電路框圖，實(shí)現(xiàn)下述功能：使用低頻信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波信號(hào)，圖，實(shí)現(xiàn)下述功能：使用低頻信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波信號(hào)， 加至加法器的輸入端，加

33、法器的另一輸入端加入由自制振加至加法器的輸入端，加法器的另一輸入端加入由自制振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)蕩器產(chǎn)生的信號(hào)uo1， uo1 如圖所示，如圖所示， T1=0.5ms，允，允許許T1有有5%的誤差。的誤差。圖中要求加法器的輸出電壓圖中要求加法器的輸出電壓ui2=10ui1+uo1。ui2 經(jīng)經(jīng)選頻濾波器濾除選頻濾波器濾除uo1 頻率分量，選出頻率分量，選出f0 信號(hào)為信號(hào)為uo2，uo2 為峰峰值等于為峰峰值等于9V 的正弦信號(hào)，用示波器觀察無明顯失真。的正弦信號(hào)，用示波器觀察無明顯失真。uo2 信號(hào)再經(jīng)比較器后在信號(hào)再經(jīng)比較器后在1k 負(fù)載上得到峰峰值為負(fù)載上得到峰峰值為2V 的的輸出電壓輸出電

34、壓uo3。電源只能選用。電源只能選用+12V 和和+5V 兩種單電源，兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供給。不得使用額外電源和其它型號(hào)運(yùn)算放大由穩(wěn)壓電源供給。不得使用額外電源和其它型號(hào)運(yùn)算放大器。要求預(yù)留器。要求預(yù)留ui1、ui2、uo1、uo2 和和uo3 的測(cè)試端子。的測(cè)試端子。例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用（2011年）Tianjin University44例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用Tianjin University45例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用Tianjin University46該題目的考核點(diǎn)：該題目的考核點(diǎn)：1.1.怎樣利用四只運(yùn)算放大器構(gòu)建框圖怎樣利用四只運(yùn)算放大器構(gòu)建框圖所示電路。所示電路。

35、2.2.采用單電源供電運(yùn)放處理正弦波信采用單電源供電運(yùn)放處理正弦波信號(hào)。號(hào)。 例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用Tianjin University47分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì) 通常三角波發(fā)生電路需要兩只運(yùn)放，通常三角波發(fā)生電路需要兩只運(yùn)放，加法器、比較器和濾波器各用一只運(yùn)放，加法器、比較器和濾波器各用一只運(yùn)放，共需共需5 5只運(yùn)放，但題目僅容許使用只運(yùn)放，但題目僅容許使用4 4只運(yùn)放。只運(yùn)放。必須尋找節(jié)省一只運(yùn)放的方案。分析發(fā)現(xiàn)，必須尋找節(jié)省一只運(yùn)放的方案。分析發(fā)現(xiàn)，三角波發(fā)生器的指標(biāo)要求不嚴(yán)格，可以采三角波發(fā)生器的指標(biāo)要求不嚴(yán)格，可以采用一只運(yùn)放產(chǎn)生方波信號(hào)，然后利用無源用一只運(yùn)放產(chǎn)生方波信號(hào)，然后利用

36、無源積分器電路實(shí)現(xiàn)三角波信號(hào)。積分器電路實(shí)現(xiàn)三角波信號(hào)。 例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用Tianjin University48例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用 U1 D1 2 V D2 2 V R1 1k C 75.8nF R 1k R3 3k R2 1k VoVo Tianjin University490909年制作較好的參賽隊(duì)均采用該種方案。年制作較好的參賽隊(duì)均采用該種方案。 對(duì)于單電源運(yùn)放處理正弦波信號(hào)，可通過對(duì)于單電源運(yùn)放處理正弦波信號(hào)，可通過在輸入端加偏置電路的方法解決。在輸入端加偏置電路的方法解決。 例二 集成運(yùn)算放大器應(yīng)用Tianjin University50題目：題目： 使用題目指定的

37、綜合測(cè)試板上的 555 芯片和一片通用四運(yùn)放 324 芯片，設(shè)計(jì)制作一個(gè)頻率可變的同時(shí)輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波、正弦波的波形產(chǎn)生電路。設(shè)計(jì)制作要求設(shè)計(jì)制作要求：1、 同時(shí)四通道輸出、每通道輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波、正弦波中的 一種波形，每通道輸出的負(fù)載電阻均為 600 歐姆。 2、 四種波形的頻率關(guān)系為 1：1：1：3（3 次諧波） ：脈沖波、鋸齒波、正弦 波輸出頻率范圍為 8kHz10kHz，輸出電壓幅度峰峰值為 1V；正弦波輸出頻率范圍為24kHz30kHz，輸出電壓幅度峰峰值為9V；脈沖波、鋸齒波和正弦波輸出波形應(yīng)無明顯失真。頻率誤差不大于10%；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于5

38、%。脈沖波占空比可調(diào)整。例三 波形發(fā)生器Tianjin University513、 電源只能選用+10V單電源，由穩(wěn)壓電源供給。不得使用額外電源。 4、 要求預(yù)留脈沖波、鋸齒波、正弦波、正弦波和電源的測(cè)試端子。 5、 每通道輸出的負(fù)載電阻 600 歐姆應(yīng)標(biāo)示清楚、置于明顯位置，便于檢查。 注意：不能外加 555 和 324 芯片，不能使用除綜合測(cè)試板上的芯片以外的其他任何器件或芯片。例三 波形發(fā)生器Tianjin University52題目分析： 該系統(tǒng)的工作頻段不高，濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)該是競(jìng)賽培訓(xùn)的基本內(nèi)容，且輸出信號(hào)之間頻率有關(guān)聯(lián)。所以，該題目的考點(diǎn)應(yīng)該在：利用555設(shè)計(jì)方波發(fā)生器電路；以及

39、方波中含有多種諧波分量的概念和濾波器設(shè)計(jì)。由于，給各參賽隊(duì)的資料中包含有制作脈沖發(fā)生電路的推薦方案，而方波中含有多次諧波分量是信號(hào)與系統(tǒng)課程的基本內(nèi)容，應(yīng)該說該題主要體現(xiàn)在占空比可調(diào)、諧波分量的概念、濾波器設(shè)計(jì)和工作量上，難度不大。例三 波形發(fā)生器Tianjin University53 555電路介紹： 它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。例三 波形發(fā)生器Tianjin University54555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀

40、態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，比較器2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC /3，則比較器2 的輸出為0，可使 RS 觸發(fā)器置1，則輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則比較器1的輸出為0，比較器2的輸出為1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。例三 波形發(fā)生器Tianjin University55主要應(yīng)用（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路；（3

41、）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。例三 波形發(fā)生器Tianjin University56多諧振蕩器設(shè)計(jì)多諧振蕩器設(shè)計(jì)多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。例三 波形發(fā)生器Tianjin University57接通電源后，輸出假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到2Vcc/3時(shí)（TH、端電平大于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路

42、為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到Vcc/3時(shí)（TH、端電平小于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時(shí)間 T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2輸出方波的占空比 為例三 波形發(fā)生器Tianjin University582.方案設(shè)計(jì) 由于四種信號(hào)的頻率比例為由于四種信號(hào)的頻率比例為1:1:1:3，則，則可以考慮首先設(shè)計(jì)規(guī)定頻率的方波發(fā)生電路，可以考慮首先設(shè)計(jì)規(guī)定頻率的方波發(fā)生電路，然后由方波信號(hào)積分產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)。然后由方波信號(hào)積分產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)。 正弦波正弦波I和正弦波和

43、正弦波II應(yīng)該有多種方法產(chǎn)生，應(yīng)該有多種方法產(chǎn)生，考慮到題目的器件數(shù)目的限制和正弦波信號(hào)頻考慮到題目的器件數(shù)目的限制和正弦波信號(hào)頻率與方波頻率的相關(guān)性，一般采用從方波的基率與方波頻率的相關(guān)性，一般采用從方波的基波和諧波中濾波的方式產(chǎn)生。波和諧波中濾波的方式產(chǎn)生。例三 波形發(fā)生器Tianjin University59方波發(fā)生電路：根據(jù)剛才的介紹，采用555芯片設(shè)計(jì)的多諧振蕩器產(chǎn)生方波波形比較容易。鋸齒波：通過對(duì)方波信號(hào)積分的方法產(chǎn)生。正弦波I：從方波或鋸齒波濾波取出基波即可得到。正弦波II：從方波中濾波取出三次諧波即可得到。脈沖波占空比可調(diào)整：通過設(shè)計(jì)充、放電回路不同，且總電阻保持恒定實(shí)現(xiàn)占空