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1. 實(shí)用低頻功率放大器[2]（第二屆，1995年）

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作具有弱信號(hào)放大能力的低頻功率放大器。其原理示意圖如圖1.3.14所示。

（2）設(shè)計(jì)要求

①基本要求

第1部分：在放大通道的正弦信號(hào)輸入電壓幅度為（5～700）mV，等效負(fù)載電阻RL為8Ω下，放大通道應(yīng)滿足：

a. 額定輸出功率POR≥10W；

b. 帶寬BW≥（50～10000）Hz；

c. 在POR下和BW內(nèi)的非線性失真系數(shù)≤3%；

e. 在POR下的效率≥55%；

f. 在前置放大級(jí)輸入端交流短接到地時(shí)，RL=8Ω上的交流聲功率≤10mW。

第2部分：自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源

②發(fā)揮部分

第1部分：放大器的時(shí)間響應(yīng)

a. 方波產(chǎn)生：由外供正弦信號(hào)源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正、負(fù)極性的對(duì)稱(chēng)方波：頻率為1000Hz、上升時(shí)間≤1μs、峰-峰值電壓為200mVpp。

用上述方波激勵(lì)放大通道時(shí)，在RL=8Ω下，放大通道應(yīng)滿足：

b. 額定輸出功率POR≥10W；帶寬BW≥（50～10000）Hz；

c. 在POR下輸出波形上升時(shí)間和下降時(shí)間≤12μs；

d. 在POR下輸出波形頂部斜降≤2%；

e. 在POR下輸出波形過(guò)沖量≤5%。

第2部分：放大通道性能指標(biāo)的提高和實(shí)用功能的擴(kuò)展（例如提高效率、減小非線性失真等）。

2. 測(cè)量放大器[4]（第四屆，1999年）

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)

測(cè)量放大器方框圖如圖1.3.15所示。

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)測(cè)量放大器及所用的直流穩(wěn)壓電源。參見(jiàn)圖1.3.15。輸入信號(hào)VI取自橋式測(cè)量電路的輸出。當(dāng)R1＝R2＝R3＝R4時(shí)，VI＝0。R2改變時(shí)，產(chǎn)生VI ≠ 0的電壓信號(hào)。測(cè)量電路與放大器之間有1米長(zhǎng)的連接線。

（2）設(shè)計(jì)要求

①基本要求

第1部分：測(cè)量放大器

差模電壓放大倍數(shù) AVD＝1～500，可手動(dòng)調(diào)節(jié)；

最大輸出電壓為± 10V，非線性誤差 < 0.5％ ；

在輸入共模電壓+7.5V～－7.5V范圍內(nèi)，共模抑制比 KCMR >105 ；

在AVD＝500時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰－峰值小于1V；

通頻帶0～10Hz ；

直流電壓放大器的差模輸入電阻≥2MΩ（可不測(cè)試，由電路設(shè)計(jì)予以保證）。

第2部分：電源

設(shè)計(jì)并制作上述放大器所用的直流穩(wěn)壓電源。由單相220V交流電壓供電。交流電壓變化范圍為＋10％～－15％。

第3部分：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)信號(hào)變換放大器，參見(jiàn)圖1.3.16。將函數(shù)發(fā)生器單端輸出的正弦電壓信號(hào)不失真地轉(zhuǎn)換為雙端輸出信號(hào)，用作測(cè)量直流電壓放大器頻率特性的輸入信號(hào)。

②發(fā)揮部分

a. 提高差模電壓放大倍數(shù)至AVD＝1000，同時(shí)減小輸出端噪聲電壓。

b. 在滿足基本要求(1)中對(duì)輸出端噪聲電壓和共模抑制比要求的條件下，將通頻帶展寬為0～100Hz以上。

c. 提高電路的共模抑制比。

d. 差模電壓放大倍數(shù)AVD可預(yù)置并顯示，預(yù)置范圍1～1000，步距為1，同時(shí)應(yīng)滿足基本要求中對(duì)共模抑制比和噪聲電壓的要求。

e. 其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。

（3）說(shuō)明

直流電壓放大器部分只允許采用通用型集成運(yùn)算放大器和必要的其它元器件組成，不能使用單片集成的測(cè)量放大器或其它定型的測(cè)量放大器產(chǎn)品。

3. 高效率音頻功率放大器[5]（第五屆，2001年）

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)高效率音頻功率放大器及其參數(shù)的測(cè)量、顯示裝置。功率放大器的電源電壓為+5V（電路其他部分的電源電壓不限），負(fù)載為8Ω電阻。

（2）設(shè)計(jì)要求

①基本要求

第1部分：功率放大器

a．3dB通頻帶為300Hz～3400Hz，輸出正弦信號(hào)無(wú)明顯失真。

b．最大不失真輸出功率≥1W。

c．輸入阻抗>10kΩ，電壓放大倍數(shù)1～20連續(xù)可調(diào)。

d．低頻噪聲電壓（20kHz以下）≤10mv，在電壓放大倍數(shù)為10，輸入端對(duì)地交流短路時(shí)測(cè)量。

e．在輸出功率500mW時(shí)測(cè)量的功率放大器效率（輸出功率/放大器總功耗）≥50%。

第2部分：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)放大倍數(shù)為1的信號(hào)變換電路，將功率放大器雙端輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出，經(jīng)RC濾波供外接測(cè)試儀表用，如圖1.3.17所示。

第3部分：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)測(cè)量放大器輸出功率的裝置，要求具有3位數(shù)字顯示，精度優(yōu)于5%。

②發(fā)揮部分

a. 3dB通頻帶擴(kuò)展至300Hz～20kHz。

b. 輸出功率保持為200mW，盡量提高放大器效率。

c. 輸出功率保持為200mW，盡量降低放大器電源電壓。

e. 增加輸出短路保護(hù)功能。

f. 其它。

（3）說(shuō)明

a. 采用開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)低頻功率放大（即D類(lèi)放大）是提高效率的主要途徑之一， D類(lèi)放大原理框圖如圖1.3.18所示。本設(shè)計(jì)中如果采用D類(lèi)放大方式，不允許使用D類(lèi)功率放大集成電路。

b. 效率計(jì)算中的放大器總功耗是指功率放大器部分的總電流乘以供電電壓（+5V），不包括“基本要求”中b、c項(xiàng)涉及的電路部分功耗。制作時(shí)要注意便于效率測(cè)試。

c. 在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，要求輸出波形無(wú)明顯失真。

4. 寬帶放大器[6]（第六屆，2003年）

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)寬帶放大器。

（2）設(shè)計(jì)要求

①基本要求

a. 輸入阻抗≥1kΩ；單端輸入，單端輸出；放大器負(fù)載電阻600Ω。

b. 3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。

c. 最大增益≥40dB，增益調(diào)節(jié)范圍10dB～40dB（增益值6級(jí)可調(diào)，步進(jìn)間隔6dB，增益預(yù)置值與實(shí)測(cè)值誤差的絕對(duì)值≤2dB），需顯示預(yù)置增益值。

e. 最大輸出電壓有效值≥3V，數(shù)字顯示輸出正弦電壓有效值。

f. 自制放大器所需的穩(wěn)壓電源。

②發(fā)揮部分

a. 最大輸出電壓有效值≥6V。

b. 最大增益≥58dB (3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB)，增益調(diào)節(jié)范圍10dB～58dB（增益值9級(jí)可調(diào)，步進(jìn)間隔6dB，增益預(yù)置值與實(shí)測(cè)值誤差的絕對(duì)值≤2dB），需顯示預(yù)置增益值。

c. 增加自動(dòng)增益控制（AGC）功能，AGC范圍≥20dB，在AGC穩(wěn)定范圍內(nèi)輸出電壓有效值應(yīng)穩(wěn)定在 4.5V≤Vo≤5.5V內(nèi)（詳見(jiàn)說(shuō)明4）。

e. 輸出噪聲電壓峰-峰值VoN ≤0.5V。

f. 進(jìn)一步擴(kuò)展通頻帶、提高增益、提高輸出電壓幅度、擴(kuò)大AGC范圍、減小增益調(diào)節(jié)步進(jìn)間隔。

g. 其它。

（3）說(shuō)明

a. 基本要求部分c項(xiàng)和發(fā)揮部分b項(xiàng)的增益步進(jìn)級(jí)數(shù)對(duì)照表1.3.1所示。

表1.3.1 增益步進(jìn)級(jí)數(shù)對(duì)照表

增益步進(jìn)級(jí)數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8	9
預(yù)置增益值（dB）	10	16	22	28	34	40	46	52	58

b. 發(fā)揮部分第d項(xiàng)的測(cè)試條件為：輸入交流短路，增益為58dB。

c. 寬帶放大器幅頻特性測(cè)試框圖如下圖1.3.19所示。

圖1.3.19 寬帶放大器幅頻特性測(cè)試框圖

d. AGC電路常用在接收機(jī)的中頻或視頻放大器中，其作用是當(dāng)輸入信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，使放大器增益自動(dòng)降低；當(dāng)信號(hào)較弱時(shí)，又使其增益自動(dòng)增高，從而保證在AGC作用范圍內(nèi)輸出電壓的均勻性，故AGC電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)負(fù)反饋電路。

e. 發(fā)揮部分第d項(xiàng)中涉及到的AGC功能的放大器的折線化傳輸特性示意圖如圖1.3.20所示；本題定義：AGC范圍=

（dB）；要求輸出電壓有效值穩(wěn)定在4.5V≤Vo≤5.5V范圍內(nèi)，即VoL≥4.5V、VoH≤5.5V。

圖1.3.20 放大器AGC功能的折線化傳輸特性示意圖

5. 方案例：測(cè)量放大器[9]

（1）測(cè)量放大器（方案1）

測(cè)量放大器（方案1）方框圖如圖1.3.21所示。系統(tǒng)由前級(jí)高共模抑制比儀器放大器、AD7520衰減器和單片機(jī)鍵盤(pán)顯示處理模塊三個(gè)模塊電路組成。在前級(jí)高共模抑制比儀器放大器中還將輸出共模電壓反饋到正負(fù)電源的公共端，使運(yùn)算放大器電源電壓隨共模輸入電壓浮動(dòng)，各級(jí)偏置電壓都跟蹤共模輸入電壓，從而提高了共模抑制比。由4片運(yùn)放構(gòu)成的前級(jí)高共模輸入的儀表差動(dòng)放大器，對(duì)不同的差棋輸入信號(hào)電壓進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，再經(jīng)后級(jí)數(shù)控衰減器得到要求放大倍數(shù)的輸出信號(hào)。AD7520衰減器利用電阻網(wǎng)絡(luò)的可編程性，實(shí)現(xiàn)衰減器衰減率的數(shù)字編程。單片機(jī)鍵盤(pán)顯示處理模塊除可以對(duì)8279進(jìn)行實(shí)時(shí)控制外，還可進(jìn)行數(shù)字處理和對(duì)繼電器及AD7520的控制。八位LED顯示電路顯示提示符及放大倍數(shù)。單獨(dú)設(shè)置的“＋”、“－”鍵，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)。

（2）測(cè)量放大器（方案2）

測(cè)量放大器（方案2）方框圖如圖1.3.22所示。系統(tǒng)由8031最小系統(tǒng)、低噪聲放大器、程控專(zhuān)業(yè)放大等電路組成。采用四位KSA－3型的BCD撥碼開(kāi)關(guān)預(yù)置調(diào)節(jié)差模電壓增益。8031最小系統(tǒng)包括8031、74LS373、74THl38譯碼器以及8255等外圍芯片。顯示驅(qū)動(dòng)芯片采用INTERSIL公司生產(chǎn)的CMOS通用型8位LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路7218B。7218B內(nèi)含位和段驅(qū)動(dòng)電路及自動(dòng)掃描控制電路，還有 8 X 8位的靜態(tài)存儲(chǔ)器以及七段16進(jìn)制顯示碼和 10進(jìn)制顯示譯碼電路。8位LED數(shù)碼管直接與7218B相連。

通過(guò)改變電橋橋臂電阻得到一差模信號(hào)，信號(hào)先經(jīng)OP07組成的前置放大器放大，提高共模抑制比，減少零漂。放大倍數(shù)通過(guò)程控增益放大電路調(diào)節(jié)。程控增益放大電路由AD7520組成。

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總結(jié)

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