第一篇：2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題是一個(gè)設(shè)計(jì)功率放大器的題，主要考核學(xué)生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場(chǎng)效應(yīng)晶體管做末級(jí)放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達(dá)到5W（8歐負(fù)載）的輸出，算下來(lái)要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較難的。

此外，還要檢測(cè)放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也不是那么輕易就能解決的。

1、先說(shuō)說(shuō)實(shí)現(xiàn)方案吧。

功率放大器實(shí)現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒(méi)做評(píng)分要點(diǎn)，只是適當(dāng)考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號(hào)要進(jìn)行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個(gè)開關(guān)量，要經(jīng)過(guò)LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚(yáng)聲器。這種方法效率極高，但是電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，且效率不做評(píng)分的主要依據(jù)，建議舍棄這種方案。

經(jīng)過(guò)綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

2、再說(shuō)下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個(gè)主要部分構(gòu)成：

1、功率傳輸部分；

2、電壓放大部分（1265倍以上）；

3、信號(hào)測(cè)量部分

功率傳輸部分：沒(méi)得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場(chǎng)效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補(bǔ)，這么大功率的場(chǎng)效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場(chǎng)效應(yīng)管資料來(lái)選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器：選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于1265*50=63.25M，選100M以上的。

測(cè)量部分：由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負(fù)責(zé)對(duì)揚(yáng)聲器上的電壓測(cè)量，另一路負(fù)責(zé)對(duì)電源電流的測(cè)量，顯示器選擇很多，LCD點(diǎn)陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

繼續(xù)

功率傳輸部分：

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負(fù)載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負(fù)載電阻）計(jì)算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實(shí)際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。電路如圖，逐個(gè)元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場(chǎng)效應(yīng)管選擇跨導(dǎo)、UGS、RD相同的對(duì)管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個(gè)UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個(gè)4148接在電位器上，4148一定要接近場(chǎng)效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實(shí)現(xiàn)溫度負(fù)反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過(guò)高而導(dǎo)致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導(dǎo)通能力變小，電流減小，溫度降低從而保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個(gè)1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號(hào)的上升，上面的電容上方電壓有超過(guò)電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號(hào)的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負(fù)電位的可能，這樣，隨著信號(hào)的增大，場(chǎng)效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號(hào)的幅度的可能，使得輸出功率達(dá)到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大器

電壓放大部分比較簡(jiǎn)單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達(dá)的直接耦合方式，以進(jìn)一步展寬頻帶。但這樣的運(yùn)放放大器很貴。

該運(yùn)放還可以分兩級(jí)來(lái)完成，前一級(jí)和后一級(jí)的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對(duì)放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對(duì)運(yùn)算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對(duì)輸出噪聲的要求不利，且級(jí)數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級(jí)100MHz增益帶寬積、高增益的運(yùn)放，交流耦合，這樣對(duì)輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時(shí)5mV）有利，對(duì)失調(diào)電壓、零點(diǎn)漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問(wèn)題的。

精密整流濾波電路.JPG(18.02 KB)

此題不易，某省測(cè)試沒(méi)有一個(gè)理想的，省會(huì)元件中心賣的2元MOS管子質(zhì)量不好。。雙電源12伏很難出來(lái)..雙電源12V不采取雙自舉當(dāng)然無(wú)法獲得5W，引入雙自舉后我的在交專家處測(cè)試為6.3W

如果我手頭有增益帶寬積為80-100M的，開環(huán)增益為10的8次方的運(yùn)算放大器的話，我的就完美了，國(guó)家一等獎(jiǎng)沒(méi)問(wèn)題

但是我只有10M的NE5534，通頻帶不夠大，只有6KHz，所以只封樣，沒(méi)沖進(jìn)國(guó)家獎(jiǎng)，遺憾。

省測(cè)試結(jié)果：

失真度 0.2%（特強(qiáng)）功率 6.3W（特強(qiáng)）噪聲 3mV 通頻帶 8Hz~6KHz（太差）效率 61% 50Hz陷波 = 接近60db（特強(qiáng)）

測(cè)量電路的測(cè)量結(jié)果：專家無(wú)異議，滿足5%要求

電源電流檢測(cè)電路

G題共享完畢

第二篇：2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享 2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題是一個(gè)設(shè)計(jì)功率放大器的題，主要考核學(xué)生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場(chǎng)效應(yīng)晶體管做末級(jí)放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達(dá)到5W（8歐負(fù)載）的輸出，算下來(lái)要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較難的。

此外，還要檢測(cè)放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也

不是那么輕易就能解決的。

先說(shuō)說(shuō)實(shí)現(xiàn)方案吧。

功率放大器實(shí)現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒(méi)做評(píng)分要點(diǎn)，只是適當(dāng)考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以

不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號(hào)要進(jìn)行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個(gè)開關(guān)量，要經(jīng)過(guò)LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚(yáng)聲器。這種方法效率極高，但是電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，且效率不做評(píng)分的主要依據(jù)，建議舍棄這

種方案。

經(jīng)過(guò)綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

再說(shuō)下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個(gè)主要部分構(gòu)成，1：功率傳輸部分；2：電壓放大部分（1265倍以上）；3：

信號(hào)測(cè)量部分

功率傳輸部分沒(méi)得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場(chǎng)效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補(bǔ)，這么大功率的場(chǎng)效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場(chǎng)效應(yīng)管資料來(lái)選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于

1265*50=63.25M，選100M以上的。

測(cè)量部分由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負(fù)責(zé)對(duì)揚(yáng)聲器上的電壓測(cè)量，另一路負(fù)責(zé)對(duì)電源電流的測(cè)量，顯示器選擇很多，LCD點(diǎn)陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

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繼續(xù)

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負(fù)載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負(fù)載電阻）計(jì)算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實(shí)際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。

電路如圖，逐個(gè)元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場(chǎng)效應(yīng)管選擇跨導(dǎo)、UGS、RD相同的對(duì)管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個(gè)UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個(gè)4148接在電位器上，4148一定要接近場(chǎng)效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實(shí)現(xiàn)溫度負(fù)反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過(guò)高而導(dǎo)致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導(dǎo)通能力變小，電流減小，溫度降

低從而保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個(gè)1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號(hào)的上升，上面的電容上方電壓有超過(guò)電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號(hào)的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負(fù)電位的可能，這樣，隨著信號(hào)的增大，場(chǎng)效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號(hào)的幅度的可能，使得輸出功率達(dá)到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大部分比較簡(jiǎn)單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達(dá)的直接耦合方式，以進(jìn)一步展寬頻帶。但這樣的運(yùn)放放大器很貴。

該運(yùn)放還可以分兩級(jí)來(lái)完成，前一級(jí)和后一級(jí)的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對(duì)放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對(duì)運(yùn)算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對(duì)輸出噪聲的要求不利，且級(jí)數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級(jí)100MHz增益帶寬積、高增益的運(yùn)放，交流耦合，這樣對(duì)輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時(shí)5mV）有利，對(duì)失調(diào)電壓、零點(diǎn)漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問(wèn)題的。

第三篇：2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 G題低頻功率放大器 設(shè)計(jì)與題解

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽G題是一個(gè)設(shè)計(jì)功率放大器的題，主要考核學(xué)生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場(chǎng)效應(yīng)晶體管做末級(jí)放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達(dá)到5W（8歐負(fù)載）的輸出，算下來(lái)要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較難的。

此外，還要檢測(cè)放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也不是那么輕易就能解決的。

先說(shuō)說(shuō)實(shí)現(xiàn)方案吧。

功率放大器實(shí)現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒(méi)做評(píng)分要點(diǎn)，只是適當(dāng)考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號(hào)要進(jìn)行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個(gè)開關(guān)量，要經(jīng)過(guò)LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚(yáng)聲器。這種方法效率極高，但是電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，且效率不做評(píng)分的主要依據(jù)，建議舍棄這種方案。

經(jīng)過(guò)綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

再說(shuō)下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個(gè)主要部分構(gòu)成，1：功率傳輸部分；2：電壓放大部分（1265倍以上）；3：信號(hào)測(cè)量部分

功率傳輸部分沒(méi)得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場(chǎng)效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補(bǔ)，這么大功率的場(chǎng)效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場(chǎng)效應(yīng)管資料來(lái)選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于1265*50=63.25M，選100M以上的。

測(cè)量部分由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負(fù)責(zé)對(duì)揚(yáng)聲 器上的電壓測(cè)量，另一路負(fù)責(zé)對(duì)電源電流的測(cè)量，顯示器選擇很多，LCD點(diǎn)陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負(fù)載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負(fù)載電阻）計(jì)算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實(shí)際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。電路如圖，逐個(gè)元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場(chǎng)效應(yīng)管選擇跨導(dǎo)、UGS、RD相同的對(duì)管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個(gè)UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個(gè)4148接在電位器上，4148一定要接近場(chǎng)效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實(shí)現(xiàn)溫度負(fù)反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過(guò)高而導(dǎo)致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導(dǎo)通能力變小，電流減小，溫度降低從而保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個(gè)1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號(hào)的上升，上面的電容上方電壓有超過(guò)電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號(hào)的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負(fù)電位的可能，這樣，隨著信號(hào)的增大，場(chǎng)效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號(hào)的幅度的可能，使得輸出功率達(dá)到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大部分比較簡(jiǎn)單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達(dá)的直接耦合方式，以進(jìn)一步展寬頻帶。但這樣的運(yùn)放放大器很貴。

該運(yùn)放還可以分兩級(jí)來(lái)完成，前一級(jí)和后一級(jí)的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對(duì) 放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對(duì)運(yùn)算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對(duì)輸出噪聲的要求不利，且級(jí)數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級(jí)100MHz增益帶寬積、高增益的運(yùn)放，交流耦合，這樣對(duì)輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時(shí)5mV）有利，對(duì)失調(diào)電壓、零點(diǎn)漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問(wèn)題的。

第四篇：2009全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 ——《數(shù)字幅頻均衡功率放大器》

2009全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 題目F：

《數(shù)字幅頻均衡功率放大器》

參賽學(xué)生：徐宋靜 劉玉河 梁杰

指導(dǎo)教師： 趙正敏 楊定禮

學(xué) 校：淮陰工學(xué)院

院 系： 電子與電氣工程學(xué)院

2009年9月5日

摘要：

本系統(tǒng)采用DSP作為主控制器，通過(guò)前置放大、濾波，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，把連續(xù)信號(hào)離散化，然后通過(guò)離散傅氏變換（DFT）運(yùn)算，在時(shí)域和頻域?qū)σ纛l信號(hào)各個(gè)頻率分量以及功率等指標(biāo)進(jìn)行分析和處理，最后通過(guò)低頻功放將信號(hào)放大，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件MATLAB將處理后的參數(shù)送入DSP,同時(shí)將信息在液晶屏上顯示出來(lái)。

關(guān)鍵詞：DSP、數(shù)字均衡、低頻功放、MATLAB 引言

隨著數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，DSP技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。借助于現(xiàn)代數(shù)字電子及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，古老的音響技術(shù)也煥發(fā)出新的活力。本次大賽中我們選擇了F題，圍繞這一課題我們進(jìn)行方案選擇與論證、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)了課目的各項(xiàng)指標(biāo)也要求。并在此基礎(chǔ)上，撰寫了本報(bào)告的。

整個(gè)系統(tǒng)分為前置放大、信號(hào)濾波、數(shù)字均衡及功率放大幾個(gè)部分，以下分別介紹。前置放大器的設(shè)計(jì)

2.1 前置放大的硬件設(shè)計(jì)和帶阻網(wǎng)絡(luò)

2.1.1 前置放大的硬件設(shè)計(jì)

可控增益寬帶放大器由芯片AD603構(gòu)成。AD603為單通道、低噪聲、增益變化范圍線性連續(xù)可調(diào)的可控增益放大器，AD603的帶寬為90MHz時(shí)，其增益高達(dá)30dB.本課題中，我們選擇兩片AD603，構(gòu)成如圖.1所示的自動(dòng)增益控制放大器。C1310VAD603輸入電阻100歐C1710VR10R15R13110VC9J4U5U6128C113578R0103Q157R910VR74C141210VR114R011C18AGC時(shí)間常數(shù)電容CavQ21266J29C20R8C013+C12C15C16+12R12R16R14J35J512R17R18R1910V可編程放大器電路P14312

圖.1可編程放大電路

2.1.2 帶阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

本題中要求，所制作的帶阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)前置放大電路所輸出的信號(hào)v1進(jìn)行濾波，根據(jù)題目要求，本次制作的帶阻網(wǎng)絡(luò)電路圖如圖.2所示。

圖.2帶阻網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)題目中所給的阻帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們采用Multisim進(jìn)行了輔助分析與設(shè)計(jì)，其幅頻特性的分析結(jié)果如圖.4所示。

圖.3波特圖

根據(jù)圖.3可知，在以10kHz時(shí)輸出信號(hào)v2電壓幅度為基準(zhǔn)，衰減大約為30db，達(dá)到了最大衰減?10dB的要求。數(shù)字均衡方法比較與選擇

在音響系統(tǒng)中，均衡器可以分別調(diào)節(jié)音頻信號(hào)的各頻率成分增益，從而可以補(bǔ)償揚(yáng)聲器和聲場(chǎng)的缺陷。均衡器可分為三類：圖示均衡器，參量均衡器和房間均衡器。傳統(tǒng)的均衡器僅將音頻信號(hào)按高頻、中頻、低頻三段頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的更精細(xì)的調(diào)節(jié)，這類均衡器稱為數(shù)字均衡器。數(shù)字均衡器可以作成圖示EQ、參量EQ或者兩者兼有的EQ，不僅性能指標(biāo)優(yōu)異，操作方便，而且還可同時(shí)儲(chǔ)存多種用途的頻響均衡特性，以供不同節(jié)目要求選用。數(shù)字均衡可以做到10段參量均衡和29段圖示均衡，結(jié)合其它功能，如噪聲門功能等。

在本次設(shè)計(jì)中，我們給出了一個(gè)有參量EQ或者兩者兼有的EQ。其設(shè)計(jì)過(guò)程 如下：

3.1 數(shù)字均衡器實(shí)現(xiàn)方案選擇

方案一：采用ARM（嵌入式系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)數(shù)字均衡

基于精簡(jiǎn)指令集（RISC）的32位ARM微控制器具有一定的數(shù)字信號(hào)處理能力，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字均衡器，但當(dāng)均衡器的功能及性能要求較高時(shí)，ARM就不能勝任了。

方案二：采用基于DSP的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

數(shù)字信號(hào)處理器具有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能，能夠勝任較為復(fù)雜的音頻信號(hào)的各種處理功能，速度快，功耗低。但是DSP弱于事務(wù)管理。往往要結(jié)合其它處理器，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面。

方案三：大規(guī)?？删幊唐骷?/p>

利用大規(guī)模可編程器件實(shí)現(xiàn)的算法是以邏輯運(yùn)算完成的最大優(yōu)越性在于“高速”，實(shí)現(xiàn)算法的系統(tǒng)延時(shí)非常小，但價(jià)格較高。

綜合以上各種因素，并考慮到我們的知識(shí)與能力，我們選擇DSP實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的數(shù)字均衡，并以DSP實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)界面。

3.2 數(shù)字均衡算法選擇

3.2.1 軟件理論實(shí)現(xiàn)方案有三種，如下： 方案一：帶通濾波器

根據(jù)數(shù)字均衡基本原理，我們可以采用一組中心頻率和帶寬符合一定要求、增益可調(diào)的帶通濾波器（band-pass filter）實(shí)現(xiàn)均衡，并采用MATLAB等計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)工具，選擇設(shè)計(jì)理想的濾波器，生成濾波函數(shù)的時(shí)域沖激響應(yīng)系數(shù)，最后在DSP中以時(shí)域卷積的形式實(shí)現(xiàn)濾波與均衡。

方案二：傅立葉變換

傅立葉變換是將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域的一種變換形式，是信號(hào)處理領(lǐng)域中的一種重要的分析工具。離散傅立葉變換（DFT）是連續(xù)傅立葉變換在離散系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式。在信號(hào)的頻譜分析、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中都會(huì)用到DFT的計(jì)算?？焖俑盗⑷~變換（FFT）算法，這是一種快速計(jì)算的DFT，可以明顯降低運(yùn)算量，大大地提高了DFT的運(yùn)算速度。

綜上所述，由于水平有限，我們?cè)谲浖碚撝胁捎昧藥V波器的方式。3.2.2用Matlab實(shí)現(xiàn)帶通濾波器

Matlab的信號(hào)處理工具箱提供了支持實(shí)現(xiàn)FIR濾波器和IIR濾波器設(shè)計(jì)方法的函數(shù)，以下是通過(guò)Matlab所畫出的濾波圖。低頻功放的硬件設(shè)計(jì)

由于甲類功率放大器的效率小于50%，所以不符合題目中≥60%的要求。B類功率放大器雖然效率較高，但是其交越較大，所以也不符合要求。AB類功放存在著交越失真，也不符合，所以選擇D類功率放大器。D類功放具有效率高、體積小、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于D類功放有三種方案

4.1 采用專用的D類功放器件

此類D 類功放主要由脈沖寬度調(diào)制器、開關(guān)放大器和低通濾波器等三部分組成，由三角波發(fā)生器、比較器和音頻輸入信號(hào)構(gòu)成脈寬調(diào)制器(PWM)；兩只輸出場(chǎng)效應(yīng)管組成開關(guān)放大器；LF 和 CF 構(gòu)成低通濾波器，用以恢復(fù)音頻信號(hào)。驅(qū)動(dòng)級(jí)用來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)放大器，使放大器輸出信號(hào)為在VDD和?VDD 間切換的高頻方波。

圖.4經(jīng)典D 類功放結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 基于DSP或ARM的D類功率放大器件

首先對(duì)輸入的音頻PCM信號(hào)進(jìn)行采樣, 然后進(jìn)入DSP 處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字變換和濾波, 包括差值運(yùn)算器, 數(shù)字低通濾波器和Σ-△調(diào)制器。然后用已經(jīng)獲得的二進(jìn)制序列法去控制MOS管的通斷, 并通過(guò)模擬的0~24K 的低通濾波器傳輸?shù)侥M輸出。

此方案是利用DSP 芯片的高速計(jì)算能力, 實(shí)現(xiàn)了數(shù)字功率放大器的功能及數(shù)字處理本身的特性, 整個(gè)放大過(guò)程的精度、信噪比和延時(shí)都可以通過(guò)對(duì)算法的修改來(lái)實(shí)現(xiàn),。比PWM技術(shù)具有更大的靈活性, 且能實(shí)現(xiàn)較好的還原效果。

4.3 采用可編程器件實(shí)現(xiàn)D類功率放大器 在全數(shù)字音頻功率放大器的設(shè)計(jì)中，采用了CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)將PCM數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)，并在D類放大器的實(shí)現(xiàn)上采用了改進(jìn)的PWM方案，實(shí)現(xiàn)了D類放大器具有效率高、濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化等特點(diǎn)。

信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)入DSP器件，再經(jīng)過(guò)由CPLD構(gòu)成的脈沖寬度調(diào)制器，產(chǎn)生的信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)級(jí)由MOS管構(gòu)成的開關(guān)放大器，經(jīng)濾波之后將信號(hào)反饋到輸入端，與輸入值作比較來(lái)減少輸出波形的失真度。如圖.5所示。

本次設(shè)計(jì)中，我們采用由高速模擬比較器、波形發(fā)生成及

PID環(huán)節(jié)構(gòu)的控

制器。硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1 DSP的硬件設(shè)計(jì)

本開發(fā)板配有8位數(shù)碼管顯示、16個(gè)按鍵的控制電路、外接21引腳液晶顯示、2個(gè)138譯碼器、AD與DA轉(zhuǎn)換器和豐富的外部擴(kuò)展接口。具體功能和應(yīng)用介紹如下。

5.1.1 DSP芯片介紹

此次競(jìng)賽采用TMS320C5416芯片，這個(gè)芯片的特點(diǎn)有：1采用哈佛結(jié)構(gòu)，能同時(shí)對(duì)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作；2采用多種線結(jié)構(gòu)，可同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作；3采用流水線操作；4配有專用的硬件乘法—累加器，可在一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和一次累加操作；5具有的特殊DSP指令；6快速的指令周期；7硬件配置強(qiáng)；支持多處理結(jié)構(gòu)；省電管理和低功耗。

5.1.2 按鍵電路

本實(shí)驗(yàn)板有16個(gè)小按鍵，按鍵讀寫控制由138譯碼器（U10）的11、12腳結(jié)合兩塊SN74HC573芯片控制，以識(shí)別按鍵操作。138再由DSP的A12到A15端口（高四位地址）控制按鍵的選通。按鍵電路可以用于控制數(shù)碼管顯示、液晶顯示等等，這主要由編程控制

5.1.3 液晶電路

實(shí)驗(yàn)板上提供外接21腳液晶，我們采用外接型號(hào)為ATM240128的液晶顯示屏。

液晶顯示內(nèi)容由DSP的D0到D7端口外接10千歐電阻提供數(shù)據(jù)。液晶的現(xiàn)實(shí)控制由138譯碼器控制LCD使能端口、DSP_R/W控制WR和RD端口、DSP_A0、A1分別控制LED背景光源負(fù)極和數(shù)據(jù)命令選擇端。

5.1.4 AD / DA轉(zhuǎn)換器

實(shí)驗(yàn)板AD轉(zhuǎn)換器由貼片芯片TLV1571組成，DA轉(zhuǎn)換器由貼片芯片TLV5619組成。TLV1571 是TI 公司專門為DSP 配套制作的一種10 位并行A/D 轉(zhuǎn)換器，具有速度高、接口簡(jiǎn)單、功耗低的特點(diǎn)，外圍電路中通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由DSP 實(shí)時(shí)地對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字技術(shù)處理。TLV5619是美國(guó)德州儀器公司推出的高速低功耗DAC器件, 它是帶有12位并行數(shù)字輸入的電壓輸出型DAC。該器件與TMS320系列器件的并行接口兼容, 采用2.7~5.5 V單電壓供電。當(dāng)使用LDAC管腳時(shí), 它可以異步更新緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)置為低功率時(shí), 其功耗僅為50 nW。軟件設(shè)計(jì)

6.1軟件流程圖如圖.10所示。

開始初步確定中心頻率用matlab仿真進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)滿足技術(shù)指標(biāo)？YN參數(shù)處理導(dǎo)入CCS，進(jìn)行仿真N滿足技術(shù)指標(biāo)？Y下載運(yùn)行結(jié)束

圖.10 軟件流程圖 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中，首先通過(guò)MATLAB仿真，按照競(jìng)賽要求設(shè)計(jì)20hz-20khz的衰減小于1.5分貝，得到濾波系數(shù)h(n),然后通過(guò)ccs進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。首先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后將輸入的信號(hào)與h(n)進(jìn)行卷積，得到濾波的信號(hào)，本設(shè)計(jì)考慮到實(shí)行性，及穩(wěn)定性采用40階的FIR濾波器。在調(diào)試的過(guò)程中，遇到的問(wèn)題很多，如實(shí)時(shí)性，首先用80階的FIR,不能完成實(shí)時(shí)性，后來(lái)，通過(guò)調(diào)試改為40階FIR濾波器。D類功放的測(cè)試分控制電路部分、功率主回路部分及系統(tǒng)總體測(cè)試。首先完成了，D類功放主回路的調(diào)試與測(cè)試，這部分調(diào)試通過(guò)后，再調(diào)試控制回路，完成了其中的高速PWM發(fā)生器，PID環(huán)節(jié)。8 設(shè)計(jì)總結(jié)

我們花了兩個(gè)多月的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備電子設(shè)計(jì)大賽，從9月2日起，比賽正式開始，到今日為止，整整四天三夜。在這些天的奮斗過(guò)程中，大家互相合作，互補(bǔ)不足。俗話說(shuō)：“三個(gè)臭皮匠，頂個(gè)諸葛亮。”在這四天三夜里，我們集聚了個(gè)人的所長(zhǎng)，及時(shí)的完成了我們選的題目。在這次的次賽中，我們對(duì)電子制作有了更加濃厚的興趣，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字均衡、DSP及相關(guān)期間有了更進(jìn)一步的了解，我們?cè)偻瓿扇蝿?wù)的同時(shí)，也鍛煉了我們吃苦耐勞的能力。但，由于初次參加此類比賽，對(duì)有些芯片還不是很了解，導(dǎo)致在比賽過(guò)程中，在芯片選擇上，花費(fèi)了大量的時(shí)間。這說(shuō)明我們的準(zhǔn)備工作做的還不是非常到位。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，目的在于推動(dòng)高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革，有助于高等學(xué)校實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力；有助于吸引、鼓勵(lì)廣大青年學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的特點(diǎn)是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動(dòng)其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。競(jìng)賽的特色是與理論聯(lián)系實(shí)際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競(jìng)賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際制作，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽每逢單數(shù)年的9月份舉辦，賽期四天（具體日期屆時(shí)通知）。在雙數(shù)的非競(jìng)賽年份，根據(jù)實(shí)際需要由全國(guó)競(jìng)賽組委會(huì)和有關(guān)賽區(qū)組織開展全國(guó)的專題性競(jìng)賽，同時(shí)積極鼓勵(lì)各賽區(qū)和學(xué)校根據(jù)自身?xiàng)l件適時(shí)組織開展賽區(qū)和學(xué)校一級(jí)的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。

競(jìng)賽采用全國(guó)統(tǒng)一命題、分賽區(qū)組織的方式，競(jìng)賽采用“半封閉、相對(duì)集中”的組織方式進(jìn)行。競(jìng)賽期間學(xué)生可以查閱有關(guān)紙介或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資料，隊(duì)內(nèi)學(xué)生可以集體商討設(shè)計(jì)思想，確定設(shè)計(jì)方案，分工負(fù)責(zé)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，以隊(duì)為基本單位獨(dú)立完成競(jìng)賽任務(wù)；競(jìng)賽期間不允許任何教師或其他人員進(jìn)行任何形式的指導(dǎo)或引導(dǎo)；競(jìng)賽期間參賽隊(duì)員不得與隊(duì)外任何人員討論商量。參賽學(xué)校應(yīng)將參賽學(xué)生相對(duì)集中在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行競(jìng)賽，便于組織人員巡查。為保證競(jìng)賽工作，競(jìng)賽所需設(shè)備、元器件等均由各參賽學(xué)校負(fù)責(zé)提供。

為保證競(jìng)賽工作的順利進(jìn)行，應(yīng)嚴(yán)格遵守全國(guó)競(jìng)賽組委會(huì)屆時(shí)頒布的《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽競(jìng)賽規(guī)則與賽場(chǎng)紀(jì)律》。競(jìng)賽期間，各賽區(qū)組織巡視人員，嚴(yán)格執(zhí)行巡視制度。

競(jìng)賽題目是保證競(jìng)賽工作順利開展的關(guān)鍵，應(yīng)由全國(guó)專家組制定命題原則，賽前發(fā)至各賽區(qū)。全國(guó)競(jìng)賽命題應(yīng)在廣泛開展賽區(qū)征題的基礎(chǔ)上由全國(guó)競(jìng)賽命題專家統(tǒng)一進(jìn)行命題。全國(guó)競(jìng)賽命題專家組以責(zé)任專家為主體，并與部分全國(guó)專家組專家和高職高專學(xué)校專家組合而成。

全國(guó)競(jìng)賽采用兩套題目，即本科生組題目和高職高專學(xué)生組題目，參賽的本科生只能選本科生組題目；高職高專學(xué)生原則上選擇高職高專學(xué)生組題目，但也可選擇本科生組題目，并按本科生組題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)審。只要參賽隊(duì)中有本科生，該隊(duì)只能選擇本科生組題目，并按本科生組題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)審。凡不符合上述選題規(guī)定的作品均視為無(wú)效，賽區(qū)不予以評(píng)審。

時(shí)間：每逢單數(shù)年的9月份舉辦，賽期四天（具體日期屆時(shí)通知）

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