大學生電子設計競賽答案

A. 2010年廣西大學生電子設計競賽題目

E題 直流電子負載
【本科組】
一、任務
電子負載用於測試直流穩壓電源、蓄電池等電源的性能。設計和製作一台電子負載，有恆流和恆壓兩種模式，可手動切換。恆流方式時要求不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內），流過該電子負載的電流恆定。工作於恆壓方式時，電子負載端電壓保持恆定，流入電子負載的電流隨被測直流電源的電壓變化而變化。
圖中被測電源由調壓器（自耦變壓器）、變壓器、整流、濾波電路構成，濾波電容容量總和不超過2200uF，以測量電子負載在應對含有脈動成分的電壓信號時的穩定性。被測電源應能提供1V～20V直流電壓輸出，大於5A電流輸出能力。限流電阻取1Ω，≥30W，以防電流過大損壞被測電路。在測評時，被測電源由組委會提供。電子負載應有「Load On/Off」開關，在Load Off狀態可設定電壓或電流，在Load On狀態接通電子負載。

B. 全國大學生電子設計競賽的歷屆賽題

第一屆（1994年）全國大學生電子設計競賽
A.簡易數控直流電源
B.多路數據採集系統 第二屆（1995年）全國大學生電子設計競賽
A.實用低頻功率放大器
B.實用信號源的設計和製作
C.簡易無線電遙控系統
D.簡易電阻、電容和電感測試儀 第三屆（1997年）全國大學生電子設計競賽
A.直流穩定電源
B.簡易數字頻率計
C.水溫控制系統
D.調幅廣播收音機 第四屆（1999年）全國大學生電子設計競賽
A.測量放大器
B.數字式工頻有效值多用表
C.頻率特性測試儀
D.短波調頻接收機
E.數字化語音存儲與回放系統 第五屆（2001年）全國大學生電子設計競賽
A.波形發生器
B.簡易數字存儲示波器
C.自動往返電動小汽車
D.高效率音頻功率放大器
E.數據採集與傳輸系統
F.調頻收音機 第六屆（2003年）全國大學生電子設計競賽
A.電壓控制LC振盪器
B.寬頻放大器
C.低頻數字式相位測量儀
D.簡易邏輯分析儀
E.簡易智能電動車
F.液體點滴速度監控裝置 第七屆（2005年）全國大學生電子設計競賽
A.正弦信號發生器
B.集成運放測試儀
C.簡易頻譜分析儀
D.單工無線呼叫系統
E.懸掛運動控制系統
F.數控恆流源
G.三相正弦波變頻電源 第八屆（2007年）全國大學生電子設計競賽
A.音頻信號分析儀
B.無線識別
C.數字示波器
D.程式控制濾波器
E.開關穩壓電源
F.電動車蹺蹺板
G.積分式直流數字電壓表
H.信號發生器
I.可控放大器
J.電動車蹺蹺板 第九屆（2009年）全國大學生電子設計競賽
A.光伏並網發電模擬裝置
B.聲音導引系統
C.寬頻直流放大器
D.無線環境監測模擬裝置
E.電能收集充電器
F.數字幅頻均衡功率放大器
G.低頻功率放大器
H.LED點陣書寫顯示屏
I.模擬路燈控制系統 A.開關電源模塊並聯供電系統
B.基於自由擺的平板控制系統
C.智能小車
D. LC 諧振放大器
E.簡易數字信號傳輸性能分析儀
F.帆板控制系統
G.簡易自動電阻測試儀
H.波形採集、存儲與回放系統 A.單相AC-DC變換電路
B.四旋翼自主飛行器
C.簡易旋轉倒立擺及控制裝置
D.射頻寬頻放大器
E.簡易頻率特性測試儀
F.紅外光通信裝置
G.手寫繪圖板
J.電磁控制運動裝置
K.簡易照明線路探測儀
L.直流穩壓電源及漏電保護裝置 【本科組】雙向DC-DC變換器（A題）風力擺控制系統(B題）多旋翼自主飛行器（C題）增益可控射頻放大器（D題）80MHz-100MHz頻譜分析儀（E題）數字頻率計（F題）短距視頻信號無線通信網路（G題）【高職高專組】LED閃光燈電源（H題）風板控制裝置（I題）小球滾動控制系統（J題）

C. 歷年電子設計大賽的題目

2005年全國大學生電子設計競賽試題

參賽注意事項
（1）2005年9月7日8:00競賽正式開始，每支參賽隊限定在提供的A、B、C、D、E、F、G題中任選一題；認真填寫《登記表》各欄目內容，填寫好的《登記表》由賽場巡視員暫時保存。
（2）參賽者必須是有正式學籍的全日制在校本、專科學生，應出示能夠證明參賽者學生身份的有效證件（如學生證）隨時備查。
（3）每隊嚴格限制3人，開賽後不得中途更換隊員。
（4）競賽期間，可使用各種圖書資料和網路資源，但不得在學校指定競賽場地外進行設計製作，不得以任何方式與他人交流，包括教師在內的非參賽隊員必須迴避，對違紀參賽隊取消評審資格。
（5）2005年9月10日20:00競賽結束，上交設計報告、製作實物及《登記表》，由專人封存。
正弦信號發生器（A題）
一、任務
設計製作一個正弦信號發生器。
二、要求
1、基本要求
（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz～10MHz；
（2）具有頻率設置功能，頻率步進：100Hz；
（3）輸出信號頻率穩定度：優於10-4；
（4）輸出電壓幅度：在 負載電阻上的電壓峰-峰值Vopp≥1V；
（5）失真度：用示波器觀察時無明顯失真。
2、發揮部分
在完成基本要求任務的基礎上，增加如下功能：
（1）增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內 負載電阻上正弦信號輸出電壓的峰-峰值Vopp=6V±1V；
（2）產生模擬幅度調制(AM)信號：在1MHz~10MHz范圍內調制度ma可在10%～100%之間程式控制調節，步進量10%，正弦調制信號頻率為1kHz，調制信號自行產生；
（3）產生模擬頻率調制(FM)信號：在100kHz~10MHz頻率范圍內產生10kHz最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級程式控制調節，正弦調制信號頻率為1kHz，調制信號自行產生；
（4）產生二進制PSK、ASK信號：在100kHz固定頻率載波進行二進制鍵控，二進制基帶序列碼速率固定為10kbps，二進制基帶序列信號自行產生；
（5）其他。
三、評分標准
項目 滿分
基本要求 設計與總結報告：方案比較，理論分析與計算，電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數據及測試結果分析 50
實際製作完成情況 50
發揮部分 完成第（1）項 12
完成第（2）項 10
完成第（3）項 13
完成第（4）項 10
其他 5

集成運放參數測試儀（B題）
一、任務
設計並製作一台能測試通用型集成運算放大器參數的測試儀，示意圖如圖1所示。

圖1
二、要求
1、基本要求
（1） 能測試VIO(輸入失調電壓)、IIO(輸入失調電流)、AVD (交流差模開環電壓增益)和KCMR (交流共模抑制比)四項基本參數，顯示器最大顯示數為 3999；
（2）各項被測參數的測量范圍及精度如下(被測運放的工作電壓為±15V)：
VIO：測量范圍為0～40mV（量程為4mV和40mV），誤差絕對值小於3%讀數+1個字；
IIO：測量范圍為0～4μA（量程為0.4μA和4μA），誤差絕對值小於3%讀數+1個字；
AVD：測量范圍為 60dB～120dB，測試誤差絕對值小於3dB；
KCMR：測量范圍為 60dB～120dB，測試誤差絕對值小於3dB；
（3）測試儀中的信號源(自製)用於AVD、KCMR參數的測量，要求信號源能輸出頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V的正弦波信號，頻率與電壓值誤差絕對值均小於1%；
（4）按照本題附錄提供的符合GB3442-82的測試原理圖(見圖2~圖4)，再製作一組符合該標準的測試VIO、IIO、AVD 和KCMR參數的測試電路，以此測試電路的測試結果作為測試標准，對製作的運放參數測試儀進行標定。
2、發揮部分
（1）增加電壓模運放BWG (單位增益帶寬)參數測量功能，要求測量頻率范圍為
100kHz～3.5MHz，測量時間≤10秒，頻率分辨力為1kHz；
為此設計並製作一個掃頻信號源，要求輸出頻率范圍為 40kHz～4MHz，頻率誤差絕對值小於1%；輸出電壓的有效值為2V±0.2 V；
（2）增加自動測量(含自動量程轉換)功能。該功能啟動後，能自動按VIO、IIO、AVD 、KCMR 和BWG的順序測量、顯示並列印以上5個參數測量結果；
（3）其他。
三、評分標准
項 目 滿分
基本要求 設計與總結報告：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數據及測試結果分析。 50
實際製作完成情況 50
發揮部分 完成第（1）項 30
完成第（2）項 15
其他 5
四、說明
1、為了製作方便，被測運放的型號選定為8引腳雙列直插的電壓模運放F741 (LM741、μA741、F007等)通用型運算放大器；
2、為了測試方便，自製的信號源應預留測量端子；
3、測試時用到的列印機自帶。
附錄：
參照GB3442-82標准，VIO、IIO、AVD 和KCMR參數的測試原理圖分別如圖2、圖3和圖4所示。圖3和圖4中的信號源可採用現成的信號源。為了保證測試精度，外接測試儀表（信號源和數字電壓表）的精度應比自製的運放參數測試儀的精度高一個數量級。

（1）VIO、IIO電參數測試原理圖

圖2
① 在K1、K2閉合時，測得輔助運放的輸出電壓記為VL0 ，則有：
② 在K1、K2閉合時，測得輔助運放的輸出電壓記為VL0 ；在K1、K2斷開時，測得輔助運放的輸出電壓記為VL1，則有：

（2）AVD電參數的測試原理與測試原理圖

圖3

設信號源輸出電壓為VS，測得輔助運放輸出電壓為VL0，則有

（3）KCMR電參數的測試原理與測試原理圖
圖4

設信號源輸出電壓為VS，測得輔助運放輸出電壓為VL0，則有

附錄說明
1、測試採用了輔助放大器測試方法。要求輔助運放的開環增益大於60dB，輸入失調電壓和失調電流值小；
2、為了保證測試精度，要求對R、Ri、Rf的阻值准確測量，R1、R2的阻值盡可能一致；IIO與R的乘積遠大於VIO； IIO與Ri // Rf的乘積應遠小於VIO。測試電路中的電阻值建議取：Ri =100Ω、Rf =20 k～100k、R1 = R2=30k、RL=10 kΩ、R=1MΩ；
3、建議圖3、4中使用的信號源輸出為正弦波信號，頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V。

數控直流電流源（F題）
一、任務
設計並製作數控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理示意圖如下所示。

二、要求
1、基本要求
（1）輸出電流范圍：200mA～2000mA；
（2）可設置並顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的
1％+10 mA；
（3）具有「+」、「-」步進調整功能，步進≤10mA；
（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的1％+10 mA；
（5）紋波電流≤2mA；
（6）自製電源。
2、發揮部分
（1）輸出電流范圍為20mA～2000mA，步進1mA；
（2）設計、製作測量並顯示輸出電流的裝置 (可同時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值≤測量值的0.1％+3個字；
（3）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1 mA；
（4）紋波電流≤0.2mA；
（5）其他。

三、評分標准
項目 滿分
基本要求 設計與總結報告：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數據及測試結果分析。 50
實際完成情況 50
發揮部分 完成第(1)項 4
完成第(2)項 20
完成第(3)項 16
完成第(4)項 5
其他 5
四、說明
1、需留出輸出電流和電壓測量端子；
2、輸出電流可用高精度電流表測量；如果沒有高精度電流表，可在采樣電阻上測量電壓換算成電流；
3、紋波電流的測量可用低頻毫伏表測量輸出紋波電壓，換算成紋波電流。

D. 2019年全國大學生電子設計競賽D題

1.題中要求放大系數β在60~300之間，這里按最大值600進行計算；放大電路的負載RL連接到測試儀的輸入埠，所以負載可認為是無窮大；另外，假設三極體的rbe為1000R，該值可在程序設計中進行矯正。
2.計算：
輸入阻抗Ri=R1//R2//rbe=43K//15K//1K≈917R
輸出阻抗Ro=R3//Xc=2K//(1/(2*3.14*1kHz *470P)) ≈1988Ω
放大倍數Av=-β*(RL//Rc)/rbe≈-β*Rc/rbe=-300 *2K/1K=-600
註：因為數值是假設的，所以計算結果僅作參考，這里的β范圍是和精度限制是用來劃分測試擋位的，此處不做詳述。
（1）電路特性測試儀輸出 1kHz 正弦波信號，自動測量並顯示該放大器的輸入電阻。輸入電阻測量范圍 1kΩ~50kΩ， 相對誤差的絕對值不超過10%
（2）電路特性測試儀輸出 1kHz 正弦波信號，自動測量並顯示該放大器的輸出電阻。輸出電阻測量范圍 500Ω~5kΩ， 相對誤差的絕對值不超過10%
（3）自動測量並顯示該放大器在輸入 1kHz 頻率時的增益。 相對誤差的絕對值不超過 10%。
（4）自動測量並顯示該放大器的頻幅特性曲線。 顯示上限頻率值， 相對誤差的絕對值不超過 25%
分析：整個信號的框圖如下

准備工作：按做一個1kHz正弦輸出是信號發生電路，因為後面要幅頻特性，所以用硬體就不好做了，故用程序實現，如單片機控制DDS輸出正弦波、單片機直接合成正弦波等方法，這個比較簡單，不做詳述。
1.輸出串一個電阻R2用於信號檢測，左邊的電路構成RC串聯電路，已知1kHz輸出電壓幅值，可用單片機測量得到R2上電壓，再用KVL可算出輸入電阻Ri；
2.放大電路的輸出電阻與三極體，直接按上面公式算就可以了。
3.直接輸出電壓幅值除以輸入電壓幅值可得電路放大倍數
4.單片機采點、描點即可。上限頻率值為0.707*幅值時的頻率。