电赛参考资料精典赛题分析ppt课件
《电赛参考资料精典赛题分析ppt课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电赛参考资料精典赛题分析ppt课件(69页珍藏版)》请在装配图网上搜索。
,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,全国大学生电子设计竞赛,1,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,目录 CONTENTS,精典赛题分析及出题趋势,2,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,开关电源模块并联供电系统,2011年全国大学生电子设计竞赛A题,3,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,一 题目要求 设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。,二、 要求 1.基本要求 (1)调整负载电阻至额定输出功率工作状态,供电系统的直流输出电压UO=8.00.4V。 (2)额定输出功率工作状态下,供电系统的效率不低于60% 。 (3)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.00.4V,使两个模块输出电流之和IO =1.0A且按 I1:I2=1:1 模式自动分配电流,每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。 (4)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.00.4V,使两个模块输出电流之和IO =1.5A且按 I1:I2= 1:2 模式自动分配电流,每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%,4,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,2. 发挥部分 (1)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.00.4V,使负载电流IO在1.53.5A之间变化时,两个模块的输出电流可在(0.52.0)范围内按指定的比例自动分配,每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。 (2)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.00.4V,使两个模块输出电流之和IO =4.0A且按 I1:I2=1:1 模式自动分配电流,每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于2%。 (3)额定输出功率工作状态下,进一步提高供电系统效率。 (4)具有负载短路保护及自动恢复功能,保护阈值电流为4.5A(调试时允许有0.2A的偏差)。 (5)其他。,三、 说明 (1)不允许使用线性电源及成品的DC/DC模块。 (2)供电系统含测控电路并由UIN供电,其能耗纳入系统效率计算。 (3)除负载电阻为手动调整以及发挥部分(1)由手动设定电流比例外,其他功能的测试过程均不允许手动干预。 (4)供电系统应留出UIN、UO、IIN 、IO、I1、I2参数的测试端子,供测试时使用。 (5)每项测量须在5秒钟内给出稳定读数。 (6)设计制作时,应充分考虑系统散热问题,保证测试过程中系统能连续安全工作。,5,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,题目分析,此题系电源设计题目,根据电工原理可知: 1.两个理想的恒压源是不可能并联使用的,但两个理想恒流源是可以并联使用的; 2.理想的恒压是不存在的实际的恒压源可以等效为一个理想的恒压源与一个内阻Rs相串联,这样一来两个实际的恒压源是可以并联使用的; 3.根据此题的任务与要求,此题只能够用两个恒压源并联。不能用两个恒流源并联,因为它不符合题意。 理由有三点: (1)根据本题任务:设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统 (2)根据本题发挥部分(4):具有负载短路保护及自动恢复功能,保护阈值电流为4.5A(调试时允许有0.2A的偏差)。用两个恒压源并联才需要负载短路保护。而用两个恒流源并联方案,保护的不是负载短路而是负载开路的情况,此时输出电压会很高造成器件的损坏。 (3)根据此题的背景和出题人考虑:此题的背景应该是2009年全国大学生电子设计竞赛A题(光伏并网发电模拟装置)的继续,大家知道光伏并网发电装置能够并挂到市电网上必须具备以下条件1.频率一致 2.相位一致3.幅度一致4。波形一致。 光伏并网发电模拟装置未涉及幅度一致的问题,本题就是要解决幅度一致问题。 (此题重点难点就是两路电流分配和效率。),6,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,采用两个恒压源并联实现扩流,则必须加平衡电阻,平衡电阻的作用是防止两只理想恒压源输出电压有压差而设置的,将这种压差降落在这两只平衡电阻上。我们知道,理想的恒压源是不存在的,一个实际的恒压源总可以等效成一个理想恒压源与一个电阻R相串联。,当电路平衡时, 1 1 ( 1 + 1 )= 2 2 ( 2 + 2 )= =( 1 + 2 ) = ,设r1=r2=0,且, 1 = 2, 1 2 = 1 ( 1 + 1 ) 2 ( 2 + 2 )= 1 1 2 2 = 2 1 2 2 = 2 ( 1 2, =(+1) 2 = ,7,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,因=8 若n、 2 为设定值, = +1) 2,将U2作为参考恒压源,通过改变Uo的值,可以使两路的电流达到一个稳定比例值,并使, =84,可以通过实验方法测出它们的内阻。,(1) S1断开,S2接至A点,可以测开路电压值 ; (2) S1闭合,S2接至B点,可以测出接上负载后的输出电压值Uo ; (3)用电桥精确测出RL的值。, = 1 ,8,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,电流分配方法:,(1)最大电流均流法(自主均流法)。 采用(负载共享控制器)UCG29002实现。在DC一DC模块正常工作时,将两路UCC29002的均衡母线连接、此时UCC029002将会自动选出电流最大的一路,并将此路电源作为主电源。均流母线上的电压将由主电源的输出电流决定,从电源的UCC29002接收到母线上的信号后,会控制该路DC- DC模块稍稍提高输出电压。通过减小从电源与主源的电压差来提高该路输出电流,从而达到均流.该方法可通过简单的电路完成电路并联均流,且支持热插拔。,(2)下垂法(斜率法)。 此方法分流简单,下垂法的分流精度取决干各模块的电压参考值、外特性曲线的斜率及各模块外特性的差异程度。,(3)主从分流法 主从分流法是在并联电源系统中人为的指定一个模块为主模块,另一个为从模块,主块输出电压固定.从模块的输出电压可调因为系统在统一的误差下调整。调整从模块的输出电压就可以改变两路的电流比。,9,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.开关电源模块并联供电系统,电流检测方法,(1)电阻取样法. 在电路中串入一个精密采样电阻,将流过它的电流转换成 电压,再经过精密运算放大器进行放大后A/D转换送给单片机进行处理从而得到电流值。,(2)电流表法. 在支路中和负载支路中各串一个直流电流表,电流表的内阻要小。,(3)电流传感器法 直接将霍尔电流传感器ACS712串在被测电路中,能自动的将流过的电流转换为电压。 电源预测题:1:光伏并网发电装置设计 2:500W电瓶充电器设计(减小车辆烧油带来环境的污染),10,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,声音引导系统,2009年全国大学生电子设计竞赛(B题),11,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,一、任务 设计并制作一声音引导系统。,声音引导系统有一个可移动声源S,三个声音接收器、和,声音接收器之间可以有线连接。声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离,产生一个可移动声源离ox线(或oy线)的误差信号,并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源,引导其运动。可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧,位置可以任意指定。,12,二、要求 1.基本要求 (1)制作可移动的声源。可移动的声源产生的信号为周期性音频脉冲信号,声音信号频率不限,脉冲周期不限。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,( 2)可移动声源发出声音后开始运动,到达Ox线并停止,这段运动时间为响应时间,测量响应时间,用下列公式计算出响应的平均速度,要求平均速度大于5cm/s。,(3)可移动声源停止后的位置与Ox线之间的距离为定位误差,定位误差小于3cm。 (4)可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧的距离小于5cm。 (5)可移动声源到达Ox线后,必须有明显的光和声指示。 (6)功耗低,性价比高。,13,2发挥部分 (1)将可移动声源转向180(可手动调整发声器件方向),能够重复基本要求。 (2)平均速度大于10cm/s。 (3)定位误差小于1cm。 (4)可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧距离小于2cm。 (5)在完成基本要求部分移动到Ox线上后,可移动声源在原地停止510s。然后利用接收器A和C,使可移动声源运动到W点,到达W点后,必须有明显的光和声指示并停止,此时声源距离W的直线距离小于1cm。整个运动过程的平均速度大于10cm/s。 (6)其他。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,14,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,三、说明 (1)本题必须采用组委会提供的电机控制ASSP芯片(型号MMC-1)实现可移动声源的运动。 (2)在可移动声源两侧必须有明显的定位标志线,标志线宽度0.3cm且垂直于地面。 (3)误差信号传输采用的无线方式、频率不限。 (4)可移动声源的平台形式不限。 (5)可移动声源开始运行的方向应和Ox线保持垂直。 (6)不得依靠其他非声音导航方式。 (7)移动过程中不得人为对系统施加影响。 (8)接收器和声源之间不得使用有线连接。,15,四、题目剖析 声音引导系统是全球卫星定位系统(GPS)在实验室内的一个缩影,此题的重点和难点应该是定位方法和定位精度问题。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,要对进行中的小车进行实时定位,并引导它前进,必须建立数学模型和坐标系。本题可采用直角坐标系。原点可选在终点W处或者A点处。现选在W处。 其定位方法有如下3种:,到达时间比较法。,16,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,1.三站测时差被动定位法 设A站为主站,B、C站为从站,S为服务对象。 设目标在某一个时段发出了音频脉冲信号,如图2.1.2所示,三站A、B、C接受此信号后,经放大、滤波、整形后统一传输给主站A。,17,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,2. 两站测距定位法 若能测得A、S两点之间声波传播的时间ta,则A,S两点距离为,同理可得,在ABC中,已知三边,可求,AE=SacosSAB,h=SE=SasinSAB,再利用(CS=Sc=tcC)多余信息量,用平均值方法提高定位精度。若进行多次测量,利用数据处理方法可进一步提高定位精度。,AS = S a = t a ,B S = S b = t b ,18,3到达时间比较 根据题目基本要求,小车放置在y轴右侧某位置,且车身正对y轴的垂直线上。只需判断ta与tb的大小。若tbta,要引导小车前行(即x值减小的方向)。当ta=tb时,小车应停下来。当小车沿着y轴向原点运行时,按同样的方法比较ta与tc的大小。当ta=tb时,就到达目的地W点。 采用到达时间比较法时应注意如下几点: 脉冲配对:即系统要能识别待比较的到达时间ta1、tb1、tc1是来自音频发生器发出同一个脉冲前沿。否则就会出差错。前面两种方法也同样存在脉冲配对的问题。 当小车离目的地较远,应以较高速度到达目的地附近。当到达目的地附近时,应放慢速度,以防止越界。 可与测量时差法结合,效果可能更好些。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,19,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,影响定位精度的因素 (1)声速误差: (2)机械安装误差:。 (3)测量误差:测量值tA、tB误差将直接影响定位精度。 (4)群延时:喇叭、拾音器对声音的响应存在延时。 (5)干扰:市电50Hz的干扰、环境噪声干扰等。 (6)计算误差:,解方程时会带来计算误差。 (7)多径效应:拾音器在接收信号时,除了直达波,还有各种反射波,构成多径效应,它会影响定位精度。 (8)有线和无线传输会带来系统误差。,20,排除方法 (1)如何排除声速误差和群延时对定位精度的影响。将当时当地声速v实测出来, 其测量方法:将声源分别放置在D点和W点,测量发出发声命令至A声塔接收到声波信号的时间TDA和TWA,设A声塔和声源的系统误差时间为ta,则有:,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,解此方程得 V= (ADAW)/( TDATWA)=0.707/(TDATWA ) ta=TDAAO/v= TDA1.414/v 同样可得 tb= TDB1.414/v tc= TDC1.414/v,三站测时差被动定位方程修正为,同样两站测距定位方程也应修改, =( ) =( ) =( ),21,对声音引导系统而言,干扰的主要来源有: .50Hz市电干扰; .供电部分的纹波干扰(主要是100Hz); .话音干扰(3003400Hz); .雷电、电气设备等噪声干扰(频谱很宽); .系统内部的噪声干扰(白噪声)。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,采用如下抗干扰的措施: 常规抗干扰措施:电磁屏蔽、数模隔离、数数隔离、地线隔离等均属于常规抗干扰措施。 接收器的前置放大器必须选用低噪声器件,中间级要求安装高质量带通滤波器(例如选取四阶Butterworth滤波器)输出的脉冲必须是事先经过整形过的。 声音发生器的脉冲重复频率与市电同频。即选取脉冲重复周期为T=20ms(3)利用先进的数据处理技术,进一步提高定位精度 通过一次测量可以确定可移动声源的位置,其定位精度不高。经过多次测量,通过数据处理,可以随时对S的位置进行修正,达到较为准确的定位,并正确地引导小车行驶。,(2)如何减小对定位精度的影响,上述干扰的存在直接影响到接收机接收信号的质量,使得接收机接收到的信号的信杂比下降,脉冲的上升沿变差,必将影响定位精度。因此必须排除各种干扰,22,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,2.声音引导系统,此题为智能小车方面的控制类型考题。从2001年开始到2011年共考了5次,每考一次技术难度均有提高,而且实用性更强。前几年由国防科技大学研究的无人无人驾驶汽车由长沙开往武汉实验成功了,这方面的考题也就不再考了。2013年开始玩无人驾驶飞机了。”四旋翼自主飞行器”B题一公布,轰动高校,可以预测无人机的设计将在以后的全国大学生电子设计竞赛中出现。,自动控制预测题:无人机方面的题,23,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,单工无线呼叫系统设计,2005年全国大学生电子设计竞赛D题,24,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,一、任务 设计并制作一个单工无线呼叫系统,实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。,二、要求 1、基本要求 (1)设计并制作一个主站,传送一路语音信号,其发射频率在30MHz40MHz之间自行选择,发射峰值功率不大于20mW(50假负载电阻上测定),射频信号带宽及调制方式自定,主站传送信号的输入采用话筒和线路输入两种方式; (2)设计并制作一个从站,其接收频率与主站相对应,从站必须采用电池组供电,用耳机收听语音信号; (3)当传送信号为300Hz3400Hz的正弦波时,去掉收、发天线,用一个功率衰减20dB左右的衰减器连接主、从站天线端子,通过示波器观察从站耳机两端的接收波形,波形应无明显失真; (4)主、从站室内通信距离不小于5米,题目中的通信距离是指主、从站两设备(含天线)间的最近距离; (5)主、从站收发天线采用拉杆天线或导线,长度小于等于1米。,25,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,2、发挥部分 (1)从站数量扩展至8个(实际制作1个从站),构成一点对多点的单工无线呼叫系统。要求从站号码可任意改变,主站具有拨号选呼和群呼功能; (2)增加英文短信的数据传输业务,实现主站英文短信的输入发送和从站英文短信的接收显示功能; (3)当发射峰值功率不大于20mW时,尽可能地加大主、从站间的通信距离。 (4)其他。,三、说明 1、主站需留出末级功率放大器发射功率的测量端,用于接入50假负载电阻,以测试发射功率; 2、为测试方便,作品中使用的衰减器(可以自制),应与作品一起封装上交。,26,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,题目分析,根据任务,要设计一个单工无线呼叫系统,实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。根据要求:要建立一个主站(一台发射机)、8个从站(6个接收机),考虑时间限制只要求做一台接收机,但必须具有单呼和群呼功能。,系统功能: 1.传送语音信 2.主站对从站(8个)具有拨号选呼和群呼功能; 3.传送英文短信数据,并能够显示短信内容。,技术指标:主站(发射系统)上要技术指标:,1.输人信号电平和阻抗;话筒600、100mV; 线路输入600、0dBm 0.775 ;基带信号输入2 2.频率范围;在3040MHz内任选一个频率; 3发射功率;小于20mW(在50负载 上) 4.负载:拉杆天线1,27,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,(2)从站(接收机)的主要技术指标 1、输出音频功率100mV; 2、天线1m拉杆天线 (3)系统技术指标 1、作用距离10m越大越好,每增加1m加2分 2、失真度:无明显失真 3、频率稳定度好,28,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,方案论证,调制体制的选择 语音信号传送常用普通调幅调制(AM)和调频调制(FM)两大类。要求主站对从站(8个)具有拨码选呼、群呼功能和英文短信数据传送功能常采用幅度键控(ASK)调制、频率键控(FSK)调制和相位键控(PSK)调制。调频系统与调幅系统相比,具有较强的抗干扰能力。本方案选择了语音采用FM体制,拨码呼叫、群呼和英文短信数据传输采用2FSK调制体制。,2.载波信号产生电路的设计方论证 PLL频率合成。用MC145152和VCO电路进行频率合成,采用闭环控制能 得到精度和稳定度很高的频率信号,,3.传输距离的分析, max = min,P t 为发射机天线端辐射的有效功率, S min 为接收机的最小检测功率, G t 、 G r 分别为发射机天线和接收机天线的增益。,29,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,(1) 输出输入阻抗匹配,尽量提高发射机天线辐射的有效功率,(2) 提高接收机灵敏度。,要增大传输距离Rmax应从如下几个方面考虑,(3) 因本设计收发天线均采用拉杆天线或导线,其长度1m。,(4) 当频率为35MHz时,波长为8.6m,其传输特性按直线传输,如果中间有障碍物则会产生反射和折射现象,对传输距离有很大的影响。,30,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,(5) 根据电波传输理论,在距离为 21 4 时,磁场强度会出现波谷,收听效果最差;在距离为时,会出现波峰,收听效果最好。其中n为自然数。,31,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,减小系统输出信号失真度,(1)电容变化系数,收发系统均采用调频(FM)体制,调频波的瞬时频率与输入信号关系,变容二极管结电容:,变容二极管作为振荡回路的总电容时,则瞬时角频率 为:,为使角频率 与调制信号 成线性关系,若变容二极管部分接入振荡回路时, 应取电容变化指数r=1。且变容二极管静态反偏电压取在合适位置,从而保障失真度最小。,32,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,(2)鉴频/鉴相器,鉴频/鉴相器鉴频,应取其线性部分,线性度要好,且静态工作点应选择在图形的中点,最大频偏 。,33,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,3.单工无线呼叫系统设计,抗干扰措施:, 将发射机调制器之前音频输入级加以屏蔽。, 凡是用电解电容作为耦合元件的地方,一定要并接一个容量较小的瓷片电容,并千万注意电解电容的极性不能反接,否则会产生很大的噪声干扰。, 电源隔离。, 地线隔离。, 模数隔离。, 数数隔离。, 加装屏蔽线。,34,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,射频宽带放大器,2013年全国大学生电子设计竞赛D题,35,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,一、 任务 设计并制作一个射频宽带放大器。,二、 要求 1 基本要求 ( 1) 电压增益 Av 20dB,输入电压有效值 Ui20mV。 Av 在 020dB 范围内可调。 ( 2) 最大输出正弦波电压有效值 Uo200mV, 输出信号波形无明显失真。 ( 3) 放大器 BW的下限频率 0.3MHz, 上限频率 20MHz, 并要 求在 1MHz15MHz 频带内增益起伏1dB。 ( 4) 放大器的输入阻抗 = 50欧, 输出阻抗 = 50 欧。,2 发挥部分 ( 1) 电压增益 Av 60dB, 输入电压有效值 Ui1 mV。 Av 在 060dB 范 围内可调。 ( 2) 在 Av 60dB 时,输出端噪声电压的峰峰值 U oNpp 100mV。 ( 3) 放大器 BW的下限频率 0.3MHz,上限频率 100MHz,并要 求在 1MHz80MHz 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 Uo1V,输出信号波形无明显失真。,36,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,三、 说明 要求负载电阻两端预留测试端子。 最大输出 正弦波电压有效值应在RL=50条件下测试(要求 RL阻值误差5 %),,测试框图,幅频特性示意图,37,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,方案论证,方案一:主要采用分立元件。前置放大部分采用三极管构建放大电路,程控增益放大部分利用单片机控制模拟开关,然后由模拟开关选择不同的反馈电阻值来实现不同的放大倍数但是设计复杂度较大,要想采用该方案来实现宽带的要求,特别是带内平坦小于1dB的要求无法实现,并且效率很低,系统稳定性差,相位的线性度差。,方案二:系统前级采用集成运算放大器OPA846,中间级采用可控增益宽带放大器AD603,末级采用分立器件三极管构成功率扩展型电路。但是AD603正常工作时的最大带宽只有90MHz,因此该方案也存在缺陷。,方案三:前级采用低噪声、低漂移、高输入阻抗的宽带运算放大器,能够实现 对小信号的放大要求,中间级采用单片机结合D/A来控制高增益宽带压控运算放大器AD8367来实现增益的线性控制,末级采用THS3201放大器,因为其增益带宽积大、器件稳定性好。该方案整体上具有比较宽的频带、相位线性度高,增益可控精度高、系统稳定性好因此可实现宽频带、高质量的信号输出。,38,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,整体框图,39,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,分析与计算 射频宽带放大器主要涉及到的系统增益的分配、带宽、带内平坦度实现和系统稳定性分析等。,系统带宽计算: 整个放大器链路的带宽和各级器件的带宽有关,其中上限截止频率为,下限截止频率:,40,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,阻抗匹配 阻抗匹配是微波电子学里的重要内容,主要应用于传输线上来达到所有高频微波信号皆能传至负载点的目的,而且不会有信号反射回源点,保证信号传输质量和能源效益,从而得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份的数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。 对于本设计中的阻抗匹配主要从前级匹配,中间级匹配和末级负载匹配方面来考虑。,41,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,频带内增益起伏控制,从以下几点出发来解决带内起伏的问题。,1、选用合适的运放芯片,要求运放本身的的线性度要远优于题目要求。如THS3201和AD8367在使用其合适的外围工作电路后正常工作时可以达到通带内的起伏小于1dB的题目指标。,2、阻抗匹配问题。其包括前级,末级及中间各级均存在阻抗匹配问题,例如在调试时需要要实测信号源,负载和各级放大器的输入,输出阻抗,然后进行阻抗匹配,这一点至关重要,否则,根据传输线理论可知,不匹配就会造成高频信号反射,然后反射波与入射波叠加造成在某些频点上传输信号超出指标要求。,3、在通带内的起伏过大往往是由于电源电压的不稳定而造成的,电源中会叠加一些噪声然后进入运放芯片后会引起运放的放大倍数不稳定。同时控制运放放大倍数的控制电压 如果叠加了噪声则会使得输出波形跟随着噪声变化而抖动,从而引起通带内的起伏,因此电源滤波非常重要。为了避免这一现象,在本设计中电源供电线路全部采用屏蔽线,同时外层的屏蔽网接入金属壳地,这样可以有效的抵抗外部电场的干扰。电源线进入屏蔽盒时采用穿心电容进入,同样控制信号也采用该方法。放大电路级与级之间的电源线都采用型滤波网络。并且需要在靠进芯片的引脚时都采用10 F和0.1F电容耦合到地。,42,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,4.射频宽带放大器,放大器稳定性 设计电路电压增益在通频带内波动较明显,对各级放大电路进行频率补偿,在电源端增加去耦1nF、0.1F和100F电容。注意电容、电阻的引线部分要尽可能的短,并且采用屏蔽盒对系统电路板进行屏蔽、穿心电容引入可有效避免外部噪声干扰,还有集成运放电路各级阻抗要匹配,如果匹配不好将造成较大的信号反射造成电路不稳定。因为射频宽带放大器的输入信号只有1mV,对于外部的电磁波比较敏感,为了防止外部电磁波的干扰,将本设计的各个模块都装入在金属屏蔽盒内,利用密闭金属的屏蔽作用,可有效的防止外部空间的电磁波干扰。同时在屏蔽盒内也要防止各级之间相互干扰,需用金属挡板将前后级之间隔离以防止干扰导致自激。电路板上的信号走线尽量短且和其他信号线之间不要靠的太近防止干扰信号耦合到有用信号中。各级连线都采用50的同轴电缆线,且连线要尽量缩短,防止高频段衰减过大。事实证明,这样可有效抑制通频带内增益起伏的变化,同时提高了放大器的稳定性。,高频预测题;1.LC压控振荡器:频率范围87108MHz; 0 1( =50 残波辐射40 2.单工无线呼叫系统,43,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,程控滤波器,2007年全国大学生电子设计竞赛D题,44,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,一、任务 设计并制作程控滤波器,其组成如图1所示。放大器增益可设置;低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。,二、要求 1. 基本要求 (1)放大器输入正弦信号电压振幅为10mV,电压增益为40dB,增益10dB步进可调,通频带为100Hz40kHz,放大器输出电压无明显失真。 (2)滤波器可设置为低通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1k。 (3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1k。 (4)电压增益与截止频率的误差均不大于10%。 (5)有设置参数显示功能。,45,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,2. 发挥部分 (1)放大器电压增益为60dB,输入信号电压振幅为10mV;增益10dB步进可调,电压增益误差不大于5%。 (2)制作一个四阶椭圆型低通滤波器,带内起伏1dB,-3dB通带为50kHz,要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB,-3dB通带误差不大于5%。 (3)制作一个简易幅频特性测试仪,其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz200kHz,频率步进10kHz。 (4)其他。,方案论证,系统由可控增益放大器、程控滤波器、椭圆滤波器、幅频特性和MCU控制模块五个部分构成,46,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,可控增益放大器方案 方案一:使用数字电位器和普通运放组成放大电路 通过控制数字电位器来改变放大器的反馈电阻实现可变增益。这种方案硬件实现较简。,方案二:采用控制电压与增益呈线性关系的可编程增益放大器PGA(AD603)。 用DAC可以产生一个精确的电压控制增益,便于单片机控制,同时可以降低干扰和噪声。,程控滤波器方案,方案一 采用ADC对输人信号采样,采样结果存储到FPGA内部进行数字信号处理.通过设置数字滤波器的参数,可以改变滤波器的截止频率等参数,经过处理后的数据通过DA变换为模拟信号输出。,*方案二:采用集成的开关电容滤波器芯片:,47,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,幅频特性分析仪方案,方案一:用压控振荡器产生扫频信号,以单片机为控制核心,通过A/D转换,D/A转换等接口电路以实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性数显。,方案二:用DDS产生扫频信号利用真有效值测量芯片AD637和A/D接口电路实现扫频信号频率的步进调整及被测网络幅频特性数显。,48,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,硬件电路设计,可控增益放大电路,末及功率放大器电路,49,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,程控低通滤波器电路,程控高通滤波器电路,50,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,5.程控滤波器,椭圆滤波器电路,幅频特性测试仪电路,51,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,无线环境监测模拟装置,2009年全国大学生电子设计竞赛D题,52,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由一个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作两个)。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路,要求具有无线传输数据功能,收发共用一个天线。,二、要求 1.基本要求 (1) 制作两个探测节点。探测节点有编号预置功能,编码预置范围为00000001B11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0 100 ,绝对误差小于2;光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联,单电源供电。 (2)制作一个监测终端,用外接单电源供电。监测终端可以分别与各探测节点直接通信,并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 (3) 无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s,监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在010cm距离内,各探测节点与监测终端应能正常通信。,53,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,探测节点分布示意图,节点转发功能示意图,(2)在监测终端电源供给功率1W,无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下,使探测距离D+D1 达到50cm。 (3)尽量降低各探测节点的功耗,以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 (4) 其他。,2.发挥部分 (1)每个探测节点增加信息转发功能,节点转发功能示意图如下。即探测节点B的探测信息能够自动通过探测节点A转发,以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1,该转发功能应自动识别完成无需手动设置,且探测节点A,B可以互换位置。,54,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,三、说明 (1)监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈,用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为(3.40.3 )cm(可用一号电池作骨架)。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz,调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其它耦合方式。无线收发电路需自制,不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化,采用遮挡光电传感器的方法实现。 (2)发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。 ( 3) 测试各探测节点的功耗采用左图所示的节点分布图,保持距离D+D1 =50cm,通过测量探测节点干电池供电电流来估计功耗。电容C为滤波电容,电流表采用3位半数字万用表直流电流挡,读正常工作时的最大显示值。如果D+D1 达不到50cm, 此项目不进行测试。 (4)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、主要测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。,节点电流测试电路,55,四、题目剖析 无线环境监测模拟装置好像气象台(站)的一个模拟装置。 目前几种主流的短距离无线通信技术包括:高速WPAN技术;UWB高度无线通信技术,包括MB-OFDM、DB-UWB;Wirels USB技术;低速WPAN技术和IEEE802.15.4/Eigbee。本系统可以看做一个短距离无线通信系统模型。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,终端 节点 系统总体框图,56,本题的重点和难点有两个:通信协议和低压、价廉、低功耗收发系统的设计。 通信协议 根据题目的任务与要求,探测终端应能探测节点的存在,并能接收到节点信息。无论是终端还是节点均有一套收发系统且共用一副天线。天线的方向性很强,波瓣很窄,而且节点是分布在探测终点的周围。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,57,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,采用应答式通信方式:由监测终端主动发起所有的传输过程,监测终端的天线可以旋转,依次轮询每一个可能的节点编号来收集信息,信息的转发由终端主动发送命令给节点来启动。,2.收发系统方案 ( 1)调制方案考虑 由于传输的对象是地址码和数字信息,其调制方式采取2ASK、2FSK、和2PSK均可。,(2)收发系统设计考虑 根据通信协议论证得知,通信方式采用应答式的TDMS(时段多址复用)与CDM(码分多址复用)相结合的通信模式。由于收发系统共用一副天线,收发同一频率。收发必须隔离,一般采用时分的方法。为了缩短呼叫时间,终端发射功率可以远大于节点发射功率。,58,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,6.无线环境监测模拟装置,若终端呼叫功率足够大,充分利用终端收发系统总功率1W的条件,使得每个节点均能接受到呼叫信息,则呼叫传输时间将大大缩短。 另外,尽量提高接收机的灵敏度。根据通信方程得知,提高接收机的灵敏度和提高发射机的功率对提高作用距离的贡献是一样。提高节点的发射功率来提高转发距离不是一个好办法,因为在发射机效率一定的条件下,提高发射功率必然会增加节点消耗的功率,不利于节能的要求。,59,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,简易频谱分析仪设计,2005年全国大学生电子设计竞赛C题,60,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,一、任务 采用外差原理设计并实现频谱分析仪,其参考原理框图。,二、要求 1、基本要求 (1)频率测量范围为10MHz30MHz; (2)频率分辨力为10kHz,输入信号电压有效值为20mV5mV,输入阻抗为50; (3)可设置中心频率和扫频宽度; (4)借助示波器显示被测信号的频谱图,并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。,61,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,2、发挥部分 (1)频率测量范围扩展至1MHz30MHz; (2)具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能,采用信 号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号,载波可选择在频率测量范围内的任意频率值,调幅波调制度ma=30%,调制信号频率为20kHz;调频波频偏为20kHz,调制信号频率为1kHz; (3)其他。,三 、说明 1、原理框图中虚线框内的“信号处理电路”和“显示电路”两模块适用于发挥部分(2),可以采用模拟或数字方式实现; 2、制作与测试过程中,该频谱分析仪对电压值的标定采用对比法,即首先输入幅度为已知的正弦信号(如:电压有效值为20mV,频率为10MHz的正弦信号),以其在原理框图中示波器纵轴显示的高度确定该频谱分析仪的电压标尺。,62,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,题目分析,根据题目的任务和要求,要设计一个采用超外差体制的频谱分析仪。其主要技术指标如下: 1.频率范围:10-30MHz,可扩展为1一30MHz;,2.频率分辨率为10KHz 3.输人信号电平为205,输入阻抗为50欧 4.借助示波器显示被测信号的频谱图,并在示彼器上标出间隔为1MHz的频标。 其系统完成的功能有: 1.可设置中心频率和扫频宽度; 2.显示被测信号的频谱图; 3.具有识别调幅、调频和等幅信号及测定其中心频率的功能。,63,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,一、扫频超外差模拟扫频仪,64,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,扫频超外差模拟扫频仪,1.低通滤波器 低通滤波器的作用是防止宽带外差式频谱仪中特有的镜像频谱的混淆。,2预选器 在高频段,频率为1530MHz的信号被切换到带通滤波器。,3.第1级混频器 第一级本振频率为稳定度较高的石英晶体振荡器产。或者通过单片机或可编程器件分频得到,混频之后可得到1530MHz的信号。,4.第2级混频器 因高低频段均转换到1530MHz故可以采用同一个本振源。经第二级混频后10.7200的中频信号。10.7200的带通滤波器可选10.7MHz 的陶瓷滤波器。、,5.第3级混频器 10.7200的信号经过第3级混频后可以方便得到465KHz:的低中频信号,这样就能达到频率分辨率为10KHz的基本要求。,65,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,数字式频谱仪,数字式频谱仪原理图:,数/模混合型频谱仪,数/模混合型频谱仪原理图:,66,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,系统组成及工作原理,一、输入通道部分 频谱仪的输人通道的作用是控制加到后续部分上的信号电平,并对输入的信号取差频以获得基带频率。输人通道也称为前端,主要由放大器和混频器两部分组成。,67,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,7.简易频谱分析仪设计,1.前置放大器 基于对前置放大器增益带宽积的考虑:因为输人信号频率为1MHz30MHz 峰一峰值为 205) 2 ,而混频器的输人要求信号峰一峰值为1V,故需要前置放大器将输人信号放大2934dB。,2.混频器 由于模拟混频器是非线性器件,为了达到较好的混频效果,必须保证混频的输人电平满足一定幅度要求。,仪器仪表预测题:1.简易频谱仪设计(频率范围1KHz100MHz,分辨率为1KHz) 2.高频信号发射器,68,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,谢谢!,高吉祥,添加您的校徽logo,69,- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 参考资料 精典赛题 分析 ppt 课件
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文