新編全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精解選

前言

從1994年開始，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽經(jīng)歷了15年的歷程，共舉辦了8屆。試題難度一屆比一屆增大。關(guān)于全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽宗旨，每年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽網(wǎng)站上均有說(shuō)明，這里不再贅述。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是全國(guó)各省高校參賽隊(duì)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)技，是指導(dǎo)教師的新、奇、特設(shè)計(jì)思路的充分展示，更是各高校之間電子技術(shù)教學(xué)科研水平的檢驗(yàn)?，F(xiàn)在已成為高校評(píng)估必不可少的項(xiàng)目之一。正因?yàn)槿绱?，全?guó)各高校對(duì)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽越來(lái)越重視。這就是推動(dòng)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的強(qiáng)大動(dòng)力。對(duì)參賽學(xué)生而言，通?？梢灾苯涌吹降氖歉?jìng)賽獲獎(jiǎng)證書，所在學(xué)校的獎(jiǎng)勵(lì)政策等。事實(shí)上，無(wú)論對(duì)學(xué)校還是對(duì)參賽學(xué)生，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的意義已經(jīng)遠(yuǎn)不止這些。作者通過(guò)多年來(lái)對(duì)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的指導(dǎo)和賽后思考認(rèn)為，從更深遠(yuǎn)的意義考慮，對(duì)于參賽學(xué)校而言，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是提高教師教學(xué)水平，改進(jìn)教學(xué)的好方法之一，通過(guò)參賽，可以找到教學(xué)中的不足；對(duì)于參賽學(xué)生而言，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽更是大學(xué)生獲得電子設(shè)計(jì)能力，鞏固所學(xué)知識(shí)，用所學(xué)的理論指導(dǎo)實(shí)踐的最好機(jī)會(huì)。通過(guò)參加競(jìng)賽，參賽學(xué)生可以看到學(xué)習(xí)過(guò)程中的不足，找到努力的方向，為畢業(yè)后從事專業(yè)技術(shù)工作打下更好的基礎(chǔ)，為提高就業(yè)質(zhì)量做好準(zhǔn)備?？偨Y(jié)歷屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，無(wú)論是參賽學(xué)校還是參賽學(xué)生，都是應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待的。目前已有一些相關(guān)圖書出版，在這些書中，所選編的均為獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)的作品，幾乎全部為國(guó)內(nèi)知名大學(xué)的杰作。相對(duì)大多數(shù)省屬本科院校而言，具有很高的參考價(jià)值，是賽前的必讀書籍。然而，不可否認(rèn)的是，現(xiàn)有書籍中選編的競(jìng)賽作品對(duì)于某些院校而言，由于教學(xué)水平和學(xué)生素質(zhì)的限制，有些作品學(xué)習(xí)難度較高，如2005年的正弦波信號(hào)發(fā)生器試題，要求信號(hào)發(fā)生器的最高頻率為10MHz，如果不采用DSP或FPGA與高速D/A轉(zhuǎn)換（DDS）組合，實(shí)現(xiàn)起來(lái)是很困難的，甚至是不可能的。而對(duì)于某些院校而言，DSP遠(yuǎn)沒有步入實(shí)際應(yīng)用，甚至很少在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用，DSP和FPGA課程的相對(duì)滯后或沒有開設(shè)更是制約DSP和FPGA應(yīng)用的最大障礙，更不用說(shuō)DDS了。那么，對(duì)上述院校而言，如何在參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得比較好的成績(jī)呢？作者的經(jīng)驗(yàn)就是充分發(fā)揮指導(dǎo)教師自身最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，充分發(fā)揮自己的聰明才智，以個(gè)人的局部“絕對(duì)”優(yōu)勢(shì)抗衡知名大學(xué)的整體相對(duì)優(yōu)勢(shì)。本書的相關(guān)內(nèi)容是最好的見證。不僅如此，賽前的培訓(xùn)對(duì)參賽學(xué)生來(lái)說(shuō)也是極其重要的。我們的學(xué)生，大多數(shù)實(shí)踐能力不強(qiáng)，所以找工作難！因此，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際能力可能是今后各高校的重要工作之一，而電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽就是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的最好途徑之一。為了讓大多數(shù)省屬高等院校學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽能夠取得比較理想的成績(jī)，作者將多年來(lái)指導(dǎo)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和從事電子線路教學(xué)、科研的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)奉獻(xiàn)給讀者。

內(nèi)容概要

　　《新編全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精解選》精選了歷年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題，并進(jìn)行了詳解，全書共14章。第1章為1999年競(jìng)賽試題精解選；第2章為2001年競(jìng)賽試題（D題）高效率音頻功率放大器；第3章為2001年競(jìng)賽試題（C題）自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車；第4章為2003年競(jìng)賽試題精解選（E題）簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車；第5章為2005年競(jìng)賽試題（D題）數(shù)控直流電流源；第6章為2005年競(jìng)賽試題（G題）三相正弦波變頻電源：第7章為2005年競(jìng)賽試題（E題）懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；第8章為2007年本科競(jìng)賽試題（E題）開關(guān)電源：第9章為2005年高職高專組競(jìng)賽試題（H題）信號(hào)發(fā)生器；第10章為2007年高職高專組競(jìng)賽試題（1題）可控放大器；第11章為2007年本科組競(jìng)賽試題（D題）程控濾波器；第12章為單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)；第13章為用硬件電路數(shù)控的實(shí)現(xiàn)方案精解；第14章為如何在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得好成績(jī)?！　　缎戮幦珖?guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精解選》的讀者對(duì)象為參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的高校學(xué)生、指導(dǎo)教師，以及相關(guān)領(lǐng)域的電氣工程師、電子工程師和廣大電子愛好者。

書籍目錄

第1章 1999年競(jìng)賽試題精解選1.1 試題：測(cè)量放大器（A題）1.1.1 題目：測(cè)量放大器1.1.2 任務(wù)1.1.3 要求1.1.4 評(píng)分意見1.1.5 說(shuō)明1.2 試題分析1.3 基本設(shè)計(jì)思路及測(cè)量放大器原理1.3.1 基本設(shè)計(jì)思路1.3.2 測(cè)量放大器原理1.4 理想的解決方案1.5 設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題1.6 測(cè)量放大器設(shè)計(jì)的電磁兼容與電路板設(shè)計(jì)1.7 穩(wěn)壓電源的電路板設(shè)計(jì)與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路板的設(shè)計(jì)1.8 制作要點(diǎn)1.9 調(diào)試1.10 測(cè)試結(jié)果1.11 競(jìng)賽成績(jī)1.12 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)第2章 2001年競(jìng)賽試題（D題）高效率音頻功率放大器2.1 試題：高效率音頻功率放大器2.1.1 任務(wù)2.1.2 要求2.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)2.1.4 說(shuō)明2.2 試題意圖與理想的解決方案2.3 音頻功率放大器效率分析2.4 第一類可以獲獎(jiǎng)的切實(shí)可行的解決方案2.5 第二類可以獲獎(jiǎng)的方案：利用MOSFET實(shí)現(xiàn)D類功率放大器2.6 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2.7 本章小結(jié)第3章 2001年競(jìng)賽試題（C題）自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車3.1 試題：自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車3.1.1 任務(wù)3.1.2 要求3.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)3.1.4 說(shuō)明3.2 試題意圖與要達(dá)到的目的與理想的解決方案3.2.1 試題意圖與要達(dá)到的目的3.2.2 理想的解決方案3.3 可以獲獎(jiǎng)的切實(shí)可行的解決方案3.3.1 硬件部分設(shè)計(jì)3.3.2 軟件部分設(shè)計(jì)3.4 實(shí)際的解決方案與出現(xiàn)的問題及根源3.4.1 實(shí)際的解決方案3.4.2 出現(xiàn)的問題及根源第4章 2003年競(jìng)賽試題精解選（E題）簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車4.1 試題：簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車4.1.1 任務(wù)4.1.2 要求4.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)4.1.4 說(shuō)明4.2 試題意圖與要達(dá)到的目的和理想的解決方案4.2.1 試題意圖與要達(dá)到的目的4.2.2 理想的解決方案4.3 可以獲獎(jiǎng)的切實(shí)可行的解決方案4.3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4.3.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.4 實(shí)際的解決方案與出現(xiàn)的問題及根源第5章 2005年競(jìng)賽試題（D題）數(shù)控直流電流源5.1 試題：數(shù)控直流電流源5.1.1 任務(wù)5.1.2 要求5.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)5.1.4 說(shuō)明5.2 試題意圖與要達(dá)到的目的與理想的解決方案5.2.1 試題意圖與要達(dá)到的目的5.2.2 理想的解決方案5.3 可以獲獎(jiǎng)的切實(shí)可行的解決方案5.3.1 恒流源的實(shí)現(xiàn)5.3.2 手動(dòng)設(shè)置電路和步進(jìn)控制電路5.3.3 驅(qū)動(dòng)控制電路5.3.4 自制電源部分5.3.5 預(yù)置電流值的上、下限邏輯控制電路5.3.6 調(diào)試方法和過(guò)程5.3.7 性能指標(biāo)測(cè)試與測(cè)試數(shù)據(jù)5.3.8 結(jié)論5.3.9 系統(tǒng)說(shuō)明書5.4 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)第6章 2005年競(jìng)賽試題（G題）三相正弦波變頻電源6.1 試題：三相正弦波變頻電源6.1.1 任務(wù)6.1.2 要求6.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)6.1.4 說(shuō)明6.2 基本設(shè)計(jì)思路6.3 逆變器與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思路6.4 控制電路單元設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介6.5 PWM電路設(shè)計(jì)6.6 死區(qū)時(shí)間的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)6.7 計(jì)數(shù)器與D/A轉(zhuǎn)換器組合實(shí)現(xiàn)三相正弦波基準(zhǔn)電壓6.8 計(jì)數(shù)器與權(quán)電阻組合方式6.9 輸出濾波器設(shè)計(jì)6.10 穩(wěn)定輸出電壓設(shè)計(jì)思路6.11 負(fù)載不對(duì)稱與負(fù)載缺相保護(hù)6.12 隔離變壓器與整流器部分的解決方案6.13 更簡(jiǎn)潔的采用D類音頻功率放大器解決方案6.13.1 應(yīng)用LM4651/2的解決方案6.13.2 LM4651/2簡(jiǎn)介6.13.3 應(yīng)用LM4651/2的解決方案詳解6.13.4 三相逆變電源的實(shí)現(xiàn)6.14 最簡(jiǎn)潔的采用線性集成音頻功率放大器的解決方案6.14.1 集成功率放大器型號(hào)的選擇6.14.2 LM3886的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例第7章 2005年競(jìng)賽試題（E題）懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)7.1 試題：懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)7.1.1 任務(wù)7.1.2 要求7.1.3 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)7.1.4 說(shuō)明7.2 試題意圖與要達(dá)到的目的7.3 理想的解決方案7.3.1 懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7.3.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)7.3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.4 可以獲獎(jiǎng)的切實(shí)可行的解決方案7.4.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)7.4.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)7.4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.5 實(shí)際的解決方案與出現(xiàn)的問題及根源第8章 2007年本科競(jìng)賽試題（E題）開關(guān)電源8.1 試題8.1.1 任務(wù)8.1.2 要求8.1.3 說(shuō)明8.1.4 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)8.2 電源變壓器與整流濾波電路解析8.2.1 整流電路結(jié)構(gòu)的選擇8.2.2 整流器的選擇8.2.3 濾波電容器的選擇8.2.4 整流輸出電壓8.3 利用PWM控制IC與帶有隔離變壓器的推挽變換器的解決方案詳解8.3.1 基本參數(shù)的確定8.3.2 電路及參數(shù)的確定8.3.3 主要元器件參數(shù)的選擇8.4 應(yīng)用SEPIC變換器的解決方案8.4.1 SEPIC變換器的演化過(guò)程與原理8.4.2 芯片的選擇與芯片簡(jiǎn)介8.4.3 應(yīng)用電路8.4.4 參數(shù)的確定第9章 2005年競(jìng)賽試題：信號(hào)發(fā)生器（H題）【高職高專組】9.1 試題9.1.1 任務(wù)9.1.2 要求9.1.3 說(shuō)明9.1.4 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)9.2 解決問題的思路9.3 函數(shù)發(fā)生電路MAX038詳解9.3.1 封裝、引腳功能及內(nèi)部原理框圖9.3.2 基本功能的實(shí)現(xiàn)9.3.3 MAXIM的評(píng)估電路9.4 應(yīng)用函數(shù)發(fā)生電路MAX038的頻率及占空比的數(shù)字控制9.4.1 頻率的數(shù)字控制9.4.2 占空比的數(shù)字控制9.5 用函數(shù)發(fā)生電路MAX038實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波發(fā)生電路9.6 耳機(jī)放大器的利用9.6.1 耳機(jī)放大器簡(jiǎn)介9.6.2 耳機(jī)放大器TPA152的基本電路9.6.3 耳機(jī)放大器TPA152性能分析9.6.4 TPA152作為驅(qū)動(dòng)放大器的應(yīng)用9.6.5 輸出電壓幅度的調(diào)節(jié)第10章 2007年競(jìng)賽試題：可控放大器（I題）【高職高專組】10.1 試題10.1.1 任務(wù)10.1.2 要求10.1.3 說(shuō)明10.1.4 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)10.2 放大器部分的設(shè)計(jì)思路10.3 放大器的設(shè)計(jì)詳解10.3.1 是單級(jí)放大還是兩級(jí)放大10.3.2 放大器的選擇10.4 放大電路詳解10.4.1 電路設(shè)計(jì)10.4.2 低頻截止頻率相關(guān)元件參數(shù)的選擇10.4.3 反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇10.4.4 高頻截止頻率相關(guān)元件參數(shù)的選擇10.5 放大器增益程控化詳解10.5.1 衰減電路的設(shè)計(jì)10.5.2 繼電器控制思路詳解10.5.3 參數(shù)設(shè)置顯示的實(shí)現(xiàn)10.6 放大器的調(diào)試10.6.1 測(cè)試儀器的選擇10.6.2 調(diào)試方法10.7 應(yīng)用低通濾波器芯片的濾波器設(shè)計(jì)10.7.1 設(shè)計(jì)思路10.7.2 MAX270簡(jiǎn)介10.7.3 濾波器電路設(shè)計(jì)10.7.4 程控電路設(shè)計(jì)10.8 應(yīng)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成有源濾波器的設(shè)計(jì)思路10.8.1 低通有源濾波器設(shè)計(jì)10.8.2 衰減電路的設(shè)計(jì)10.8.3 高通有源濾波器的設(shè)計(jì)10.8.4 帶通有源濾波器的設(shè)計(jì)第11章 2007年競(jìng)賽試題：程控濾波器（D題）【本科組】11.1 試題11.1.1 任務(wù)11.1.2 要求11.1.3 說(shuō)明11.1.4 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)11.2 試題分析第12章 單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)12.1 常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)12.2 基本性能要求12.3 解決方案的基本思路12.3.1 方波50Hz逆變12.3.2 采用50Hz正弦波逆變12.3.3 多重50Hz矩形波逆變組合的解決方案12.3.4 直-交-直-交功率變換形式12.4 高頻逆變電路與控制電路設(shè)計(jì)12.4.1 控制方式12.4.2 工作在100%占空比控制方式時(shí)，有效值電流的降低12.4.3 旁路電容器的作用12.5 高頻變壓器設(shè)計(jì)12.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)12.5.2 變壓器設(shè)計(jì)12.6 輸出整流濾波電路12.7 輸出側(cè)逆變電路與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)12.8 正弦波信號(hào)的產(chǎn)生與正弦化脈沖寬度調(diào)制的設(shè)計(jì)12.8.1 正弦波振蕩器12.8.2 三角波發(fā)生電路12.8.3 脈沖寬度調(diào)制電路12.8.4 電路參數(shù)的確定12.8.5 死區(qū)時(shí)間的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)12.9 輸出參數(shù)的更改與元器件的選擇12.10 非常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)之一——線性集成功率放大器的應(yīng)用12.10.1 集成功率放大器型號(hào)的選擇12.10.2 LM3886的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例12.10.3 應(yīng)用LM4780構(gòu)成的逆變器設(shè)計(jì)12.11 非常規(guī)思路的單相正弦波逆變電源設(shè)計(jì)之二——D類功率放大器的應(yīng)用第13章 用硬件電路數(shù)控的實(shí)現(xiàn)方案精解13.1 用硬件電路數(shù)控技術(shù)問題的提出及設(shè)計(jì)思路13.2 用硬件電路數(shù)控技術(shù)的最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方式13.2.1 撥碼開關(guān)簡(jiǎn)介13.2.2 利用撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制電路單元13.3 用硬件電路程控及數(shù)控技術(shù)的硬件電路設(shè)計(jì)13.3.1 十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介13.3.2 利用十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成十進(jìn)制多位計(jì)數(shù)器單元13.3.3 溢出的防止13.4 可能出現(xiàn)的問題及解決方法第14章 如何在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得好成績(jī)14.1 參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作14.2 充分發(fā)揮本校的資源優(yōu)勢(shì)14.3 本書的設(shè)計(jì)思想對(duì)畢業(yè)后工作的指導(dǎo)作用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　1999年競(jìng)賽試題精選1.4　理想的解決方案2.電源為了獲得幅值為10V的輸出電壓，集成運(yùn)算放大器OP07的供電電源電壓應(yīng)選擇±15V；為了保證集成運(yùn)算放大器的對(duì)稱性，要求為集成運(yùn)算放大器供電的電源應(yīng)盡可能對(duì)稱，即正、負(fù)電源的電壓值盡可能地相等。因此，選擇輸出電壓容差為5％的1M7815、1M7915，可能出現(xiàn)正、負(fù)輸出電壓值最大偏差達(dá)到1.5V，一般可能出現(xiàn)0.5～0.7V的電壓偏差。這樣的電壓偏差將會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的偏差，盡管由此產(chǎn)生的電壓偏差可以通過(guò)調(diào)零電路給予糾正，但是所帶來(lái)的問題將是集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路平衡度的變差，導(dǎo)致共模抑制比下降，這正是測(cè)量放大器需要避免的。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)正、負(fù)輸出電壓值盡可能一致的對(duì)稱輸出穩(wěn)壓電源，為了盡可能地簡(jiǎn)化電源電路，并保證正、負(fù)電源電壓的一致性，穩(wěn)壓電路應(yīng)采用可調(diào)輸出電壓的集成穩(wěn)壓器1M317和1M337?？紤]電源電壓波動(dòng)范圍在－15％。為了使穩(wěn)壓電源具有足夠的電源抑制比，最小輸入／輸出電壓差應(yīng)設(shè)置為3V以上。因此，選擇變壓器次級(jí)輸出電壓為20V。這樣，在187V輸入條件下仍可保證穩(wěn)壓電路的輸入電壓的谷點(diǎn)電壓在18V以上。測(cè)量放大器用的正、負(fù)對(duì)稱輸出的穩(wěn)壓電源電路如圖1.9所示。為了能夠精確調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓檢測(cè)電阻均采用多只并聯(lián)的方式，并采用1％精度的電阻，以確保輸出電壓值的低漂移；輸出電壓檢測(cè)電阻阻值設(shè)置的思路為，為了確保輸出電壓的精確、穩(wěn)定，所有電阻選擇固定阻值的金屬膜電阻，而不采用電阻值漂移大的可調(diào)電陽(yáng)。

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