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第1篇 2005年试题 2

第1章 2005年竞赛试题：数控直流电流源（D题） 2

1.1 试题：数控直流电流源 2

1.1.1 任务 2

1.1.2 要求 2

1.1.3 评分标准 3

1.1.4 说明 3

1.2 试题意图与要达到的目的与理想的解决方案 3

1.2.1 试题意图与要达到的目的 3

1.2.2 理想的解决方案 3

1.3 可以获奖的切实可行的解决方案 5

1.3.1 恒流源的实现 5

1.3.2 手动设置电路和步进控制电路 8

1.3.3 驱动控制电路 9

1.3.4 自制电源部分 10

1.3.5 预置电流值的上、下限逻辑控制电路 10

1.3.6 调试方法和过程 11

1.3.7 性能指标测试与测试数据 12

1.3.8 结论 13

1.3.9 系统说明书 13

1.4 经验与教训 14

第2章 2005年竞赛试题：三相正弦波变频电源（G题） 15

2.1 试题：三相正弦波变频电源 15

2.1.1 任务 15

2.1.2 要求 15

2.1.3 评分标准 16

2.1.4 说明 16

2.2 基本设计思路 16

2.3 逆变器与驱动电路设计思路 17

2.4 控制电路单元设计思路简介 21

2.5 PWM电路设计 21

2.6 死区时间的设置与实现 25

2.7 计数器与D/A转换器组合实现三相正弦波基准电压 27

2.8 计数器与权电阻组合方式 31

2.8.1 “基准”正弦波电压产生原理 31

2.8.2 单相“基准”正弦波发生器 31

2.8.3 三相参考正弦波发生器 32

2.9 输出滤波器设计 35

2.10 稳定输出电压设计思路 35

2.11 负载不对称与负载缺相保护 36

2.12 隔离变压器与整流器部分的解决方案 37

2.13 更简洁的采用D类音频功率放大器解决方案 37

2.13.1 应用LM4651/2的解决方案 38

2.13.2 LM4651/2简介 38

2.14 应用LM4651/2的解决方案详解 42

2.15 三相逆变电源的实现 46

第2篇 2007年试题 50

第3章 2007年竞赛试题：开关电源（E题）【本科组】 50

3.1 试题 50

3.1.1 任务 50

3.1.2 要求 50

3.1.3 说明 51

3.1.4 评分标准 51

3.2 电源变压器与整流滤波电路解析 52

3.2.1 整流电路结构的选择 52

3.2.2 整流器的选择 52

3.2.3 滤波电容器的选择 53

3.2.4 整流输出电压 53

3.3 利用PWM控制IC与带有隔离变压器的推挽变换器的解决方案详解 53

3.3.1 基本参数的确定 54

3.3.2 电路及参数的确定 54

3.3.3 主要元器件参数的选择 54

3.4 采用准谐振工作方式的解决方案详解 58

3.4.1 准谐振电路工作原理 58

3.4.2 NCP1207B的基本原理 60

3.4.3 电源主要参数的设定 64

3.4.4 主要元件的选择 65

3.4.5 变压器设计详解 68

3.4.6 电流检测用的电流传感器设计 71

3.4.7 完整电路图详解 72

3.4.8 电路板图详解 73

第4章 2007年竞赛试题：信号发生器（H题）【高职高专组】 74

4.1 试题 74

4.1.1 任务 74

4.1.2 要求 74

4.1.3 说明 74

4.1.4 评分标准 75

4.2 解决问题的思路 75

4.3 函数发生电路MAX038详解 75

4.3.1 封装、引脚功能及内部原理框图 75

4.3.2 基本功能的实现 77

4.3.3 MAXIM的评估电路 79

4.4 应用函数发生电路MAX038的频率及占空比的数字控制 82

4.4.1 频率的数字控制 82

4.4.2 占空比的数字控制 84

4.5 用函数发生电路MAX038实现正弦波、方波、三角波发生电路 84

4.6 耳机放大器的利用 85

4.6.1 耳机放大器简介 85

4.6.2 耳机放大器TPA152的基本电路 86

4.6.3 耳机放大器TPA152性能分析 87

4.6.4 TPA152作为驱动放大器的应用 89

4.6.5 输出电压幅度的调节 90

第5章 2007年竞赛试题：可控放大器（1题）【高职高专组】 91

5.1 试题 91

5.1.1 任务 91

5.1.2 要求 91

5.1.3 说明 92

5.1.4 评分标准 92

5.2 放大器部分的设计 92

5.2.1 试题来源 92

5.2.2 设计思路 93

5.3 放大器的设计详解 93

5.3.1 单级放大或两级放大的判定 93

5.3.2 放大器的选择 93

5.4 放大电路详解 96

5.4.1 电路设计 96

5.4.2 低频截止频率相关元件参数的选择 96

5.4.3 反馈网络参数选择 97

5.4.4 高频截止频率相关元件参数的选择 97

5.5 放大器增益程控化详解 98

5.5.1 衰减电路的设计 98

5.5.2 继电器控制思路详解 99

5.5.3 参数设置显示的实现 101

5.6 放大器的调试 102

5.6.1 测试仪器的选择 102

5.6.2 调试方法 103

5.7 应用低通滤波器芯片的滤波器设计 104

5.7.1 设计思路 104

5.7.2 MAX270简介 104

5.7.3 滤波器电路设计 109

5.7.4 程控电路设计 109

5.8 应用集成运算放大器构成有源滤波器的设计思路 110

5.8.1 低通有源滤波器设计 110

5.8.2 衰减电路的设计 111

5.8.3 高通有源滤波器的设计 118

5.8.4 带通有源滤波器的设计 119

5.9 2007年竞赛试题：程控滤波器（D题）【本科组】 120

5.9.1 试题 120

5.9.2 试题分析 121

第3篇 2009年试题 124

第6章 2009年竞赛试题：电能收集器（E题）【本科组】 124

6.1 试题 124

6.1.1 任务 124

6.1.2 要求 124

6.1.3 评分标准 125

6.1.4 说明 125

6.2 试题分析 125

6.3 设计方案的确定 126

6.4 电路拓扑的选择 128

6.5 MC34063简介 129

6.5.1 MC34063简介 129

6.5.2 MC34063内部工作原理 132

6.5.3 MC34063的典型应用 133

6.6 MAX756/7简介 136

6.6.1 MAX756/7引脚功能介绍 136

6.6.2 MAX756/7参数 138

6.6.3 MAX756/7典型应用电路 139

6.7 电源电压在3.6V及以上时的电路设计 140

6.7.1 电源电压在3.6V及以上时，完整电路要完成的功能 140

6.7.2 电源电压在3.6V及以上时的完整电路设计 140

6.8 电源电压在3.6V以下时的电路设计 143

6.9 调试与测试结果 145

第7章 2009年竞赛试题：光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】 146

7.1 试题 146

7.1.1 任务 146

7.1.2 要求 146

7.1.3 说明 147

7.1.4 评分标准 147

7.2 试题分析 148

7.3 DC-AC逆变器的设计 148

7.3.1 电路拓扑的选择 149

7.3.2 D类音频功率放大器是最简单的解决方案 149

7.3.3 D类音频功率放大器芯片的选择 150

7.3.4 开关频率的设置 150

7.3.5 电路设计 150

7.4 正弦信号源的设计 156

7.4.1 正弦信号源应具有的功能 156

7.4.2 用ICL8038函数发生器实现正弦波信号源的设计 157

7.4.3 频率调节与锁相环的解决方案 158

7.4.4 正弦波信号源输出电压幅度控制的解决方案与最大功率跟踪的实现 159

7.5 直流母线欠压保护的实现 161

7.6 输出过电流保护的实现 161

7.6.1 在直流母线正端检测电流 161

7.6.2 在直流母线负端检测电流 162

7.7 输出滤波器的设计 163

7.7.1 滤波电容器的选择 163

7.7.2 滤波电感的选择与制作 164

7.8 变压器的设计 164

7.9 直流母线电容器的选择 164

第8章 2009年竞赛试题：宽带直流放大器（C题）【本科组】 166

8.1 试题 166

8.1.1 任务 166

8.1.2 要求 166

8.1.3 说明 166

8.1.4 评分标准 167

8.2 试题分析 168

8.3 简单实用的解决方案 168

8.3.1 放大电路的设计 169

8.3.2 输出电路的设计 172

8.3.3 直流稳压电源的设计 173

8.3.4 制作与调试的要点 174

8.3.5 可能使级联放大器带宽变窄的原因 174

8.4 采用示波器Y通道实现直流宽带放大器 175

第9章 2009年竞赛试题：音频功率放大器（G题）【高职高专组】 177

9.1 试题 177

9.1.1 任务 177

9.1.2 要求 177

9.1.3 说明 177

9.1.4 评分标准 178

9.2 试题分析与解题思路 178

9.2.1 采用线性功率放大器电路还是选用开关型功率放大器电路 178

9.2.2 采用什么样的电路 178

9.3 放大器的选择方案 179

9.3.1 通用集成电路的选择 179

9.3.2 单级放大或两级放大的判定 179

9.4 电路设计详解 179

9.4.1 前置级的设计 179

9.4.2 功放级的设计 180

9.4.3 电源电压的设置 182

9.4.4 完整电路 184

第10章 2009年竞赛试题：模拟路灯控制系统（1题）【高职高专组】 185

10.1 试题 185

10.1.1 任务 185

10.1.2 要求 186

10.1.3 说明 186

10.1.4 评分标准 186

10.2 试题意图与要达到的目的 187

10.3 理想的模拟路灯控制系统解决方案 187

10.3.1 系统总体解决方案 187

10.3.2 显示、键盘输入模块 189

10.3.3 时钟模块 190

10.3.4 环境明暗检测与自动开关灯 190

10.3.5 声光报警模块 191

10.3.6 路灯故障检测模块 191

10.3.7 物体检测模块 191

10.3.8 LED恒流驱动及调光模块 192

10.3.9 控制器设计 195

10.4 简单可行的解决方案 197

10.4.1 系统总体方案设计 198

10.4.2 系统硬件电路设计 199

10.4.3 系统软件设计 203

10.4.4 测试结果与分析 204

10.5 实际的解决方案与出现的问题及其根源 206

第4篇 总结 208

第11章 如何在电子设计竞赛中取得好成绩 208

11.1 参加电子设计竞赛的基础准备工作 208

11.2 充分发挥本校的资源优势 213

11.3 本书的设计思想对毕业后工作的指导作用 213

第12章 经验与教训 215

12.1 新器件在电子设计竞赛中的优势 215

12.2 赛前辅导的经验与教训 216

12.3 选题的经验与教训 216

12.4 历届电子设计竞赛的经验与教训实例 217

第5篇 展望 222

第13章 非接触式充电技术设计思路 222

13.1 非接触式充电的可实现性和基本构成 222

13.2 非谐振式无线充电电路的实现 222

13.3 谐振方式无线充电的实现 223

第14章 电池保护电路 228

14.1 电池保护电路的起因 228

14.2 电池保护电路需要的技术要求 228

14.3 应用通用元件对电池保护电路进行设计 229

14.3.1 廉价的电压基准电路 229

14.3.2 电压检测电路 229

14.3.3 多节电池串联的过电压／欠电压检测电路的实现 230

14.3.4 电流检测电路 233

14.3.5 开关的选择 233

本篇小结 236

参考文献 237