1、2014 长春理工大学大学生电子设计大赛校内选拔赛阻抗谱分析测试仪（A 题）1.任务：对于一个正弦稳态电路模型，其电压、电流均为与激励同频率的正弦波。正弦稳态电路模型的阻抗为：IVZ设计一个电路，通过测试某一频率下的电压向量和电流向量，测试单一频率下的阻抗。通过变化测试频率，测试该电路模型的阻抗谱。1. 要求：1）基本要求：（1）频率范围：100HZ - 200KHZ, 步进 ：100HZ（2）测试参数：阻抗（电阻与电抗的复合参数，用复数表示，实部为电阻，虚部为电抗 ）（3）量程：10-500k 欧姆2）扩展要求：（1）频率范围：1HZ - 1MHZ, 步进 ：1HZ（2）测试：电导（电阻的倒
2、数） ，电纳（电抗的导数） （3）根据串联、并联模型计算电阻、电容、电感以及 Q 值（4）量程：1-2 M 欧姆四、评分标准项目 得分设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 30基本要求实际完成情况 70完成第(1)项 15完成第(2)项 15完成第(3)项 10发挥部分完成第(4)项 10三角波信号参数分析仪（B 题）一、任务（1）设计占空比可调(即图 2 中 AO/AB 可调)的三角波发生器，作为三角波测量仪的信号输入。（2）设计三角波测量电路，能够完成三角波幅度、频率及占空比测量。（3）设计显示电路，能够完成波形
3、和测量数据的显示。（4）能够测量由外部信号发生器产生的任意波形。系统框图见图 1 所示。图 1图 2 占空比可调三角波示意图二、要求1基本要求（1）自行设计三角波发生器电路。要求频率可调、占空比、幅度连续可调。变化范围要求如下：三角波发生器波形产生控制电路测量结果显示检测控制电路测量电路检测点外接信号发生器 示波器频率范围 10KHz100KHz ；占空比范围(即图 2 中 AO/OB)3060；幅度范围( 即图 2 中 OC)0.5V 到 4V。（2）三角波幅度测试：要求测试电路完成三角波幅度的测量并显示出测量结果。测量误差不大于 10%；（3）三角波频率测试: 要求测试电路完成三角波频率的
4、测量并显示出测量结果。测量误差不大于 10%；（4）三角波占空比测试: 要求测试电路完成三角波占空比的测量(即 AO/OB)并显示出测量结果。测量误差不大于 5%。2发挥部分（1）三角波发生器电路的频率范围可以扩展到 1KHz300KHz；占空比变化范围(即图 2 中 AO/OB)可以扩展到 2080。（2）将三角波测量电路的频率误差减小到不大于 5%；（3）将三角波测量电路的占空比误差减小到不大于 2%；（4）将三角波测量电路的幅度误差减小到不大于 5%；（5）可测量其它波形及相应参数。三、说明三角波测量电路与三角波发生电路的连接只允许存在信号线与地线，不允许在两个模块之间存在其他连线。三角
5、波发生电路不允许用单片机及可编程 DDS 芯片产生产生。四、评分标准项目 得分设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 30基本要求实际完成情况 70完成第(1)项 15完成第(2)项 10完成第(3)项 10完成第(4)项 10发挥部分完成第(5)项 5电阻电容电感测试仪的设计与制作（C 题） （三个队员均为大二）【本科组】一、任务设计、制作一个电阻、电容、电感测试仪和测试所用的信号发生器。（不准用现成仪表改制）。二、要求1 基本要求（ 1 ）自制一个测试用的正弦信号发生器，输出信号的频率范围1Hz1MHz ，峰值 V
6、m5V，输出阻抗50。输出信号的频率和峰值都连续可调。（ 2 ）测量范围：电阻 1 5M ；电容 10pF 10F ；电感 10 H 100mH 。（ 3 ）测量误差：各档均 5%（ 4 ）显示部分可选用 LED 或 LCD，但应能明确表示出项目和量纲，有效数字 4 位。可调出最近十次的测量结果显示，显示内容应包括测试的时间、元件类型、参数。2 发挥部分（ 1 ）测量并显示电感的 Q 值，Q 值范围 20300。同时显示测量频率。（ 2 ）能通过键盘设定信号频率、测试对象和量程。（ 3 ）测量量程手动或自动转换。（ 4 ）其它三、评分标准项目 满分设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析
7、与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。30基本要求实际完成情况 70完成第(1)项 20完成第(2)项 15完成第(3)项 10发挥部分其它 5频率补偿电路（D 题）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。 模 拟 某 传 感 器 特 性的 电 路 模 块 + Rf 15.1M Cf 14.7pF Vb A 5.1M Rf 2Cf 24.7pF 10M Rs Vs 正 弦 波 电 压信 号 发 生 器 T K 频 率 补 偿 电 路 Vo TP1 TP2 图 1 电路
8、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： V s 为 200Hz、峰峰值为 10V 时， “模拟模块”输出 Vb 没有明显失真。 以 200Hz 为基准，V b 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： 频率为 200Hz 时的电压增益 A(200Hz)=|Vo/Vs|=1 0.05。 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。 以电压增
9、益 A(200Hz)为基准，频率 035kHz 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 、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 Vn30 mV。2. 发挥部分(1) 在达到基本要求(2) 的第项指标后，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 070kHz 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 V
10、n 10 mV。(4) 其他。三、说明1. 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。2. 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。3. 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
11、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 7s；若 fH=100kHz，则 tr 3.5s；t r 的定义如图 2(b)所示。应用 fHtr 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：C i 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。C i47pF Vt 三 角 波 电 压 信 号 （ 函 数 信 号 发 生 器 ） T tr 90% 10% 10% 0 (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。
12、四、评分标准项目 满分设计与总结报告：方案比较、设计与论证、理论分析与计算、电路图及有关设计文件、测试方法与仪器、测试数据及测试结果分析30基本要求实际制作完成情况 70完成第（1 ）项 10完成第（2 ）项 18完成第（3 ）项 8完成第（4 ）项 8发挥部分其它 6简易网络阻抗分析仪（E题）一、任务设计并制作一个简易网络阻抗分析仪，示意图如上。二、要求1、基本要求(1) 制作正弦波信号发生器，技术指标如下：a、 能产生100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz 五个频率，频率误差的绝对值小于所要求频率的1%；b、输出电压峰-峰值为1V，输出电压误差的绝对值小于20mV；c、 输
13、出电阻小于1（在设计报告中给出推导和计算结果，不进行测试）；输出波形无明显失真。(2) 制作一端口网络N 0 的电阻Re Z 、电抗Im Z 、阻抗模| Z |和阻抗角 Z 的测量电路，技术指标如下：a、 电阻Re Z 的测量范围为10010k ，分为若干量程，测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；b、电抗Im Z 的测量范围为10010k ，分为若干量程，测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；c、 阻抗模| Z |测量误差的绝对值小于理论计算值的10%；d、阻抗角 Z的测量范围为90 ，测量误差的绝对值小于理论计算值的 5%。2发挥部分（1） 将Re Z 和Im Z 的测量范围扩展到10
14、100k ，测量误差仍达到基本要求（2）中的要求。（2） 自动测量功能：a、 正弦波信号发生器的频率可以从100Hz开始，以100Hz的步进增加，最后到达10kHz 结束；b、能在上述各频率点对网络的Re Z 和Im Z （或| Z |和 Z）进行连续的测量、存储RmZ、ImZ 、|Z |、Z 显示网络阻抗测量电路和回放显示，其中，Re Z 和Im Z （或| Z |）的测量具有量程自动转换功能；c、 能分别显示上述4个参数的频率特性曲线；d、能显示网络的谐振频率点(如果在信号源频率范围内存在的话)，并判断是串联谐振还是并联谐振。（3）具备自动校准功能。（4）低功耗设计。（5）其它创新性设计。三、评分标准项目 满分设计与总结报告：方案比较、设计与论证、理论分析与计算、电路图及有关设计文件、测试方法与仪器、测试数据及测试结果分析30基本要求实际制作完成情况 70完成第（1 ）项 10完成第（2 ）项 18完成第（3 ）项 8完成第（4 ）项 8发挥部分其它 6四、说明1. 为便于测量电路的性能指标，应留出测量端子；2. 设计时要注意仪器各部分电路的误差分配，以保证对一端口网络的测量误差在允许的范围之内。在报告中要求包含对仪器各部分误差分配的分析。
