2020年山东理工大学第七届电子设计竞赛题目精编版

微弱信号检测装置（A题）【专业组】

一、任务

设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。

图1 微弱信号检测装置示意图

二、要求

1. 基本要求

（1）噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出VC =VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。

（2）微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1 MΩ。

（3）当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。

2. 发挥部分

（1）当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。

（2）扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。

（3）进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。

（4）其它（例如，进一步降低VS 的幅度等）。

三、说明

本题必须使用TI 的Launchpad（MSP430小开发板）来完成。

微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁相放大，取样积分等（仅供参考）。

为便于各个模块的测试，所有测试端点（A~E）应做成跳线连接方式。

检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号VS 的幅度（即峰值）。

赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或MP3）来产生噪声源，所有作品均应采用该噪声源进行测试。

四、评分标准

频率补偿电路（B题）

【专业组】

一、任务

设计并制作一个频率补偿电路，补偿“模拟某传感器特性的电路模块”（以下简称“模拟模块”）的高频特性。电路结构如图1所示。

图1 电路结构

二、要求

1. 基本要求

(1) 按图1所示组装“模拟模块”电路，其中正弦波电压信号发生器可使用普通函数信号发生器。在开关K接Vs的条件下达到如下要求：

①Vs为200Hz、峰峰值为10V时，“模拟模块”输出Vb没有明显失真。

②以200Hz为基准，Vb 的−3dB高频截止频率为4.5 kHz ± 0.5 kHz。

(2) 设计并制作频率补偿电路，使之达到如下要求：

①频率为200Hz时的电压增益A(200Hz)=|Vo/Vs|=1± 0.05。

②以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)=|Vo/Vs|的−3dB高频截止频率扩展到大于50kHz。

③以电压增益A(200Hz)为基准，频率0~35kHz范围内的电压增益A(f)的波动在±20%以内。

(3) 在达到基本要求(2)的第①、②项指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn ≤30 mV。

2. 发挥部分

(1) 在达到基本要求(2)的第①项指标后，以电压增益A(200Hz)为基准，将A(f)的−3dB高频截止频率扩展到100kHz ± 5kHz。

(2) 以电压增益A(200Hz)为基准，频率0~70kHz范围内的电压增益A(f)的波动在±10%以内。

(3) 在达到基本要求(2)的第①项和发挥部分(1)的指标后，将开关K切换到接地端，输出Vo的噪声均方根电压Vn ≤10 mV。

(4) 其他。

三、说明

1. 根据频带要求，直流特性和外部元件参数，自选“模拟模块”中的运算放大器A，该运放必须为TI公司产品。

2. 要求“模拟模块”输出Vb 的−3dB高频截止频率为4.5 kHz ± 0.5 kHz。如果所测高频截止频率≥6 kHz，则以后项目将不予评测。

3. 根据对高频响应特性的要求，频率补偿电路中插入适当的低通滤波电路可以有效降低输出Vo的高频噪声。此外，还应注意输入电路的屏蔽。

4. 在图1所示开关K切换到接地端的条件下，在T端接入图2(a)所示的电路可简化系统频率特性的测试、调整过程。设定函数信号发生器输出Vt为频率500Hz、峰峰值5V的三角波电压，则输出Vb 的波形应近似为方波脉冲。如果频率补偿电路的参数已调整适当，则输出Vo的方波脉冲会接近理想形状。若高频截止频率为fH=50kHz，则输出的方波脉冲上升时间应为tr ≈ 7μs；若fH=100kHz，则tr ≈3.5μs；tr的定义如图2(b)所示。应用fH·tr ≈ 0.35的原理，可将系统的频率响应特性调整到所要求的指标。注意：Ci到运放A反相输入端的引线应尽量短，以避免引入额外干扰。

(a) (b)

图2 辅助调试电路及波形定义

4. 要求在Vb端和Vo端预设测试点（TP1、TP2），以便于测试时连接示波器探头。

四、评分标准

简易直流电子负载（C题）

【专业组】

任务

设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。其原理示意图如图1所示。

图1 直流电子负载原理示意图

要求

基本要求

（1）恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨率为10mA，设置精度为±1%。还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。

（2）在恒流（CC）工作模式下，当电子负载两端电压变化10V时，要求输出电流变化的绝对值小于变化前电流值的1％。

（3）具有过压保护功能，过压阈值电压为18V±0.2V。

发挥部分

（1）能实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±（0.02%+0.02%FS ），分辨力为1mV。

（2）能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±（0.1%+0.1%FS），分辨力为1mA。（3）具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能，测量范围为0.1%～19.9%，测量精度为±1%。为方便，本题要求被测直流稳压电源的输出电压在10V以内。

（4）其他。

三、说明：

在恒流（CC）模式下，不管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个设定的恒定值，该模式适合用于测试直流稳压电源的调整率，电池放电特性等场合。

直流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的输出电压变化率。为方便，本题额定输出电流值设定为1A。

负载调整率的测量过程要求自动完成，即在输入有关参数后，能直接给出电源的负载调整率。

为了方便负载调整率的测量，可以在被测直流稳压电源的输出端串接一个电阻RW，更换不同阻值的RW，可以改变被测电源的负载调整率。测试示意图如图2所示。