历届9411电赛电源及放大器方向题目.docx

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历届9411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

项目

得分

基本要求

方案设计与论证、理论计算与分析、电路图

30

实际完成情况

50

总结报告

20

发挥部分

完成第一项

5

完成第二项

15

完成第三项

20

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RL为8Ω下，放大通道应满足：

　　①额定输出功率POR≥10W；

　　②带宽BW≥（50～10000）Hz；

　　③在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%；

　　④在POR下的效率≥55%；

　　⑤在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=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200mVpp。

　　用上述方波激励放大通道时，在RL=8Ω下，放大通道应满足：

　　②额定输出功率POR≥10W；带宽BW≥（50～10000）Hz；

　　③在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs；

　　④在POR下输出波形顶部斜降≤2%；

　　⑤在POR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）。

三、评分意见

项目

得分

基本要求

设计与总结报告：

方案设计与论证，理论计算与分析，电路图，测试方法与数据，结果分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第一项

20

完成第二项

10

特色与创新

20

题目二实用信号源的设计和制作

一、任务

在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。

二、要求

1．基本要求

（1）正弦波信号源

　　①信号频率：

20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz

　　②频率稳定度：

优于10-4

　　③非线性失真系数≤3%

（2）脉冲波信号源

　　①信号频率：

20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz

　　②上升时间和下降时间：

≤1μs

　　③平顶斜降：

≤5%

　　④脉冲占空比：

2%～98%步进可调，步长为2%

　　（3）上述两个信号源公共要求

　　①频率可预置。

　　②在负载为600Ω时，输出幅度为3V。

　　③完成5位频率的数字显示。

2．发挥部分

（1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。

（2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。

　　（3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。

　　（4）降低正弦波非线性失真系数。

三、评分标准

项目

得分

基本要求

设计与总结报告：

方案设计与论证，理论计算与分析，电路图，测试方法与数据，结果分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第一项

10

完成第二项

10

完成第三项

5

完成第四项

5

特色与创新

20

第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目

A题直流稳定电源

一、任务

设计并制作交流变换为直流的稳定电源。

二、要求

1．基本要求

（1）稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：

　　a．输出电压可调范围为+9V～+12V

　　b．最大输出电流为1.5A

　　c．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）

　　d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）

　　e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）

　　f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）

　　g．具有过流及短路保护功能

（2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的条件下：

　　a．输出电流：

4～20mA可调

　　b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）

　　（3）DC-DC变换器在输入电压为+9V～+12V条件下：

　　a．输出电压为+100V，输出电流为10mA

　　b．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V）

　　c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载）

　　d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV（输入电压+9V下，满载）

2．发挥部分

（1）扩充功能

　　a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态

　　b．过热保护

　　c．防止开、关机时产生的“过冲”

（2）提高稳压电源的技术指标

　　a．提高电压调整率和负载调整率

　　b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值

　　（3）改善DC-DC变换器

　　a．提高效率（在100V、100mA下）

　　b．提高输出电压

　　（4）用数字显示输出电压和输出电流

三、评分意见

项目

得分

基本要求

设计与总结报告：

方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

9

完成第

（2）项

15

完成第（3）项

6

完成第（4）项

10

特色与创新

10

第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目

A题测量放大器

一、题目：

测量放大器

二、任务

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。

输入信号VI取自桥式测量电路的输出。

当R1＝R2＝R3＝R4时，VI＝0。

R2改变时，产生VI¹0的电压信号。

测量电路与放大器之间有1米长的连接线。

三、要求

1. 基本要求

（1）  测量放大器

　　a、 差模电压放大倍数 AVD＝1～500，可手动调节；

　　b、 最大输出电压为±10V，非线性误差<0.5％；

　　c、 在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比KCMR>105；

　　d、 在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；

　　e、 通频带0～10Hz；

　　f、直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW（可不测试，由电路设计予以保证）。

（2）  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％。

　　（3） 设计并制作一个信号变换放大器，参见图2。

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。

2.发挥部分

（1）提高差模电压放大倍数至AVD＝1000，同时减小输出端噪声电压。

（2）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。

　　（3）提高电路的共模抑制比。

　　（4）差模电压放大倍数AVD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

（1）中对共模抑制比和噪声电压的要求。

　　（5）其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。

四、评分意见

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第一项

5

完成第二项

10

完成第三项

5

完成第四项

20

特色与创新

10

五、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。

第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目

D题高效率音频功率放大器

一、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。

二、要求

1．基本要求

（1）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>10k，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%。

（2）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所示。

图1中，高效率功率放大器组成框图可参见本题第四项“说明”。

（3）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

（1）3dB通频带扩展至300Hz～20kHz。

（2）输出功率保持为200mW，尽量提高放大器效率。

　　（3）输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压。

　　（4）增加输出短路保护功能。

　　（5）其它。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际制作完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

6

完成第

（2）项

25

完成第（3）项

4

完成第（4）项

5

完成第（5）项

10

四、说明

1．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2。

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。

2．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”中第

（2）、（3）项涉及的电路部分功耗。

制作时要注意便于效率测试。

3．在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。

第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目

宽带放大器（B题）

一、任务

设计并制作一个宽带放大器。

二、要求

1、基本要求

（1）输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻

。

（2）3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB。

（3）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。

（4）最大输出电压有效值≥3V，数字显示输出正弦电压有效值。

（5）自制放大器所需的稳压电源。

2、发挥部分

（1）最大输出电压有效值≥6V。

（2）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。

（3）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≤Vo≤5.5V内（详见说明4）。

（4）输出噪声电压峰-峰值VoN≤0.5V。

（5）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。

（6）其它。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

10

完成第

（2）项

12

完成第（3）项

7

完成第（4）项

2

完成第（5）项

16

其它

3

四、说明

1、基本要求部分第（3）项和发挥部分第

（2）项的增益步进级数对照表如下：

增益步进级数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

预置增益值（dB）

10

16

22

28

34

40

46

52

58

2、发挥部分第（4）项的测试条件为：

输入交流短路，增益为58dB。

3、宽带放大器幅频特性测试框图如下图所示：

4、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。

发挥部分第（4）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下所示；本题定义：

AGC范围=

（dB）；要求输出电压有效值稳定在4.5V≤Vo≤5.5V范围内，即VoL≥4.5V、VoH≤5.5V。

第七届2005年全国大学生电子设计竞赛试题 

数控直流电流源（F题）

一、任务

设计并制作数控直流电流源。

输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。

其原理示意图如下所示。

二、要求

1、基本要求

（1）输出电流范围：

200mA～2000mA；

（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的

1％+10mA；

（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；

（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10mA；

（5）纹波电流≤2mA；

（6）自制电源。

2、发挥部分

（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；

（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时或交替显示电流的给定值和实测值），测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；

（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1mA；

（4）纹波电流≤0.2mA；

（5）其他。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。

50

实际完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

4

完成第

（2）项

20

完成第（3）项

16

完成第（4）项

5

其他

5

四、说明

1、需留出输出电流和电压测量端子；

2、输出电流可用高精度电流表测量；如果没有高精度电流表，可在采样电阻上测量电压换算成电流；

3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压，换算成纹波电流。

三相正弦波变频电源（G题）

一、任务

设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y接法）。

变频电源框图如下图所示。

二、要求

1、基本要求

（1）输出频率范围为20Hz～100Hz的三相对称交流电，各相电压有效值之差小于0.5V；

（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0.5～3A时，输出线电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于5%；

（4）具有过流保护（输出电流有效值达3.6A时动作）、负载缺相保护及负载不对称保护（三相电流中任意两相电流之差大于0.5A时动作）功能，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0.5～3A时，输出线电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于1%；

（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）变频电源输出频率在50Hz以上时，输出相电压的失真度小于5%；

（4）其他。

三、评分标准

项目

满分

基本要求

设计与总结报告：

方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析

50

实际完成情况

50

发挥部分

完成第

（1）项

10

完成第

（2）项

24

完成第（3）项

11

其它

5

四、说明

1、在调试过程中，要注意安全；

2、不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；

3、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，可用三相电阻箱模拟负载；

4、测量失真度时，应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题；

5、输出功率可通过电流、电压的测量值计算。

开关稳压电源（E题）

【本科组】

一、任务

设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

图1电源框图

二、要求

在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：

1．基本要求

（1）输出电压UO可调范围：

30V～36V；

（2）最大输出电流IOmax：

2A；

（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；

（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）；

（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（6）DC-DC变换器的效率

≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（7）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2A；

2．发挥部分

（1）进一步提高电压调整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；

（2）进一步提高负载调整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；

（3）进一步提高效率，使

≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（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。

（6）其他。

三、说明

（1）DC-DC变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。

（2）U2可通过交流调压器改变U1来调整。

DC-DC变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。

（3）本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量UOPP。

（4）本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；负载调整率SI指IO在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；DC-DC变换器效率=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。

（5）电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。

（6）制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图1）。

（7）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

四、评分标准

项目

应包括的主要内容或考核要点

满分

设计

报告

方案论证

DC-DC主回路拓扑；控制方法及实现方案；提高效率的方法及实现方案

8

电路设计

与参数计算

主回路器件的选择及参数计算；控制电路设计与参数计算；效率的分析及计算；保护电路设计与参数计算；数字设定及显示电路的设计

20

测试方法与数据

测试方法；测试仪器；测试数据

（着重考查方法和仪器选择的正确性以及数据是否全面、准确）

10

测试结果分析

与设计指标进行比较，分析产生偏差的原因，并提出改进方法

5

电路图及设计文件

重点考查完整性、规范性

7

总分

50

基本要求

实际制作完成情况

50

发挥

部分

完成第

（1）项

10

完成第

（2）项

10

完成第（3）项

15

完成第（4）项

4

完成第（5）项

6

其他

5

总分

50

2009年全国大学生电子设计竞赛试题

光伏并网发电模拟装置（A题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。

用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率fREF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:

n1=2:

1、n3:

n1=1:

10，将uF作为输出电流的反馈信号；负载电阻RL=30Ω~36Ω。

图1并网发电模拟装置框图

二、要求

1．基本要求

（1）具有最大功率点跟踪（MPPT）功能：

RS和RL在给定范围内变化时，使

，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：

当fREF在给定范围内变化时，使uF的频率fF=fREF，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率

≥60%。

（4）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD≤5%。

（5）具有输入欠压保护功能，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V。

（6）具有输出过流保护功能，动作电流Io（th）=（1.5±0.2）A。

2．发挥部分

（1）提高DC-AC变换器的效率，使

≥80%（RS=RL=30Ω时）。

（2）降低输出电压失真度，使THD≤1%（RS=RL=30Ω时）。

（3）实现相位跟踪功能：

当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证uF与uREF同相，相位偏差的绝对值≤5°。

（4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。

（5）其他。

三、说明

1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。

2．US采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。

3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。

4．DC-AC变换器效率

，其中

，

。

5．基本要求

（1）、

（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路达到稳态的时间不大于1s。

6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。

7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。

8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

四、评分标准

项目

主要内容

满分

设计

报告