2011版全国大学生电子设计竞赛试题精解选.pdf

全国大学生电子设计竞赛指导系列2011 版版全国大学生电子设计竞赛试题精解选陈永真摇 闫晓金摇 李光琳摇 陈之勃摇 编著书书书内 容 简 介本书精选了历年的全国大学生电子设计竞赛试题，并进行了详解，全书共分篇 章。第篇为 年试题：第 章为 年竞赛试题：数控直流电流源（题）；第 章为 年竞赛试题：三相正弦波变频电源（题）；第篇为 年试题：第章为 年竞赛试题：开关电源（题）【本科组】；第章为 年竞赛试题：信号发生器（题）【高职高专组】；第 章为 年竞赛试题：可控放大器（题）【高职高专组】；第 篇为 年竞赛试题：第 章为 年竞赛试题：电能收集器（题）【本科组】；第 章为 年竞赛试题：光伏并网发电模拟装置（题）【本科组】；第 章为 年竞赛试题：宽带直流放大器（题）【本科组】；第 章为 年竞赛试题：音频功率放大器 题【高职高专组】；第 章为 年竞赛试题：模拟路灯控制系统（题）【高职高专组】；第 篇为总结：第 章为如何在电子设计竞赛中取得好成绩；第 章为经验与教训；第 篇为展望：第 章为非接触式充电技术设计思路；第 章为电池保护电路。读者对象为参加全国大学生电子设计竞赛的高校学生、指导教师，也可以是电气工程师、电子工程师、科研人员，从事电子技术领域的技术人员和广大电子爱好者。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（）数据 版全国大学生电子设计竞赛试题精解选 陈永真等编著北京：电子工业出版社，（全国大学生电子设计竞赛指导系列）陈陈电子电路 电路设计 高等学校 自学参考资料 中国版本图书馆 数据核字（）第 号责任编辑：柴燕（）印刷：装订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 信箱邮编 开本：印张：字数：千字印次：年 月第 次印刷印数：册定价：元凡所购买电子工业出版社的图书，如有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（）。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（）。一个普通的省属本科学校在历届全国大学生电子设计竞赛中能够取得优异的成绩,甚至竞赛名次能够排在参赛的“211冶 学校、第一批本科学校之前是难能可贵的。究其原因,除了学校相关部门的大力支持外,主要在于指导教师的敬业精神、扎实的理论基础和深厚的工程实践功底。本系列丛书的编著者中有具有 40 余年电子兴趣爱好并兼具 20 余年电子技术专业从教经验的老教师,也有“80 后冶 的年轻教师,他们以活跃的思维和超群的实践能力完成了教学任务并参加了国家“863冶 计划中的电动汽车等重大专项课题的研究。这些人指导的参赛队伍在所参加的两届全国大学生电子设计竞赛中创造了两次国家二等奖、四次省特等奖的优异成绩。本系列丛书将这些电子设计经验丰富的指导教师的设计经验、教训和处理问题的技巧整理成文,以飨读者。如果读者能够从本丛书中有所收获,将是笔者的最大荣幸。中国电源学会编辑工作委员会玉摇 摇 摇 摇从 1994 年开始,全国大学生电子设计竞赛经历了 15 年的历程,共举办了 8 届。试题难度一届比一届增大。关于全国大学生电子设计竞赛宗旨,每年的全国大学生电子设计竞赛网站上均有说明,这里不再赘述。全国大学生电子设计竞赛是全国各省高校参赛队的电子设计竞技,是指导教师的新、奇、特设计思路的充分展示,更是各高校之间电子技术教学科研水平的检验。现在已成为高校评估必不可少的项目之一。正因为如此,全国各高校对全国大学生电子设计竞赛越来越重视。这就是推动全国大学生电子设计竞赛的强大动力。对参赛学生而言,通常可以直接看到的是竞赛获奖证书,所在学校的奖励政策等。事实上,无论对学校还是对参赛学生,全国大学生电子设计竞赛的意义已经远不止这些。作者通过多年来对全国大学生电子设计竞赛的指导和赛后思考认为,从更深远的意义考虑,对于参赛学校而言,全国大学生电子设计竞赛是提高教师教学水平,改进教学的好方法之一,通过参赛,可以找到教学中的不足;对于参赛学生而言,全国大学生电子设计竞赛更是大学生获得电子设计能力,巩固所学知识,用所学的理论指导实践的最好机会。通过参加竞赛,参赛学生可以看到学习过程中的不足,找到努力的方向,为毕业后从事专业技术工作打下更好的基础,为提高就业质量做好准备。总结历届全国大学生电子设计竞赛的经验与教训,无论是参赛学校还是参赛学生,都是应该认真对待的。目前已有一些相关图书出版,在这些书中,所选编的均为获得国家一等奖、二等奖的作品,几乎全部为国内知名大学的杰作。相对大多数省属本科院校而言,具有很高的参考价值,是赛前的必读书籍。然而,不可否认的是,现有书籍中选编的竞赛作品对于某些院校而言,由于教学水平和学生素质的限制,有些作品学习难度较高,如 2005 年的正弦波信号发生器试题,要求信号发生器的最高频率为 10MHz,如果不采用 DSP 或 FPGA 与高速 D/A 转换(DDS)组合,实现起来是很困难的,甚至是不可能的。而对于某些院校而言,DSP 远没有步入实际应用,甚至很少在实验室中应用,DSP 和 FPGA 课程的相对滞后或没有开设更是制约 DSP 和 FPGA 应用的最大障碍,更不用说 DDS 了。那么,对上述院校而言,如何在参加全国大学生电子设计竞赛中获得比较好的成绩呢?作者的经验就是充分发挥指导教师自身最擅长的领域,充分发挥自己的聪明才智,以个人的局部“绝对冶 优势抗衡知名大学的整体相对优势。本书的相关内容是最好的见证。不仅如此,赛前的培训对参赛学生来说也是极其重要的。我们的学生,大多数实践能力不强,所以找工作难!因此,培养学生的实践能力可能是今后各高校的重要工作之一,而电子设计竞赛就是培养学生实践能力的最好途径之一。域摇 摇 摇 摇为了让大多数省属高等院校学生参加全国大学生电子设计竞赛能够取得比较理想的成绩,作者将多年来指导电子设计竞赛和从事电子线路教学、科研的经验总结奉献给读者。本书的主要设计思路为:利用常规的集成电路,结合新颖的设计思路,获得性能优异的设计作品;使多数省属高校参赛学生与指导教师知道如何利用自己的现有资源和基本技能取得更好的竞赛成绩,积累参赛经验,锻炼队伍,使参赛学生获得电子线路的设计、制作与调试能力,为毕业后就业打下良好的基础;这种设计思路还可以用于大学生毕业后的电子线路的设计工作。本书不仅分析历届试题,对历届竞赛的经验与教训进行总结,还将一些新热门话题、新设计思路作为展望篇的内容写入书中。这是本书的另一特色。本书按历届全国大学生电子设计竞赛的先后,共分 5 篇 14 章;第 1 篇为 2005 年试题:第 1 章为 2005 年竞赛试题:数控直流电流源(D 题);第 2 章为 2005 年竞赛试题:三相正弦波变频电源试题(G 题);第 2 篇为 2007 年竞赛试题:第 3 章为 2007 年竞赛试题:开关电源(E 题)揖本科组铱;第 4 章为 2007 年竞赛试题:信号发生器(H 题)揖高职高专组铱;第 5 章为 2007 年竞赛试题:可控放大器(I 题)揖高职高专组铱;第 3 篇为 2009 年竞赛试题:第 6 章为 2009 年竞赛试题:电能收集器(E 题)揖本科组铱;第 7 章为 2009 年竞赛试题:光伏并网发电模拟装置(A 题)揖本科组铱;第 8 章为 2009 年竞赛试题:宽带直流放大器(C 题)揖本科组铱;第 9 章为 2009 年竞赛试题:音频功率放大器(G 题)揖高职高专组铱;第 10 章为 2009 年竞赛试题:模拟路灯控制系统(I 题)揖高职高专组铱;第 4 篇为总结:第 11 章为如何在电子设计竞赛中取得好成绩;第 12 章为经验与教训;第 5 篇为展望:第 13 章为非接触式充电技术设计思路;第 14 章为电池保护电路。本书第 1 章、第 2 章、第 3 章、第 4 章、第 5 章、第 6 章、第 7 章、第 9 章、第 11 章、第 12 章由辽宁工业大学陈永真执笔;第 8 章由辽宁工业大学李光琳执笔;第 10 章由北华航天工业学院闫晓金执笔;第 13 章、第 14 章由陈之勃执笔。参加本书编写的还有李锦、高莹、刘聪、王天宏、杨东。编著者于辽宁工业大学玉摇 摇 摇 摇第 1 篇摇 2005 年试题第 1 章摇 2005 年竞赛试题:数控直流电流源(D 题)2摇 摇1郾 1摇 试题:数控直流电流源2摇 摇 摇 摇1郾 1郾 1摇 任务2摇 摇 摇 摇1郾 1郾 2摇 要求2摇 摇 摇 摇1郾 1郾 3摇 评分标准3摇 摇 摇 摇1郾 1郾 4摇 说明3摇 摇1郾 2摇 试题意图与要达到的目的与理想的解决方案3摇 摇 摇 摇1郾 2郾 1摇 试题意图与要达到的目的3摇 摇 摇 摇1郾 2郾 2摇 理想的解决方案3摇 摇1郾 3摇 可以获奖的切实可行的解决方案5摇 摇 摇 摇1郾 3郾 1摇 恒流源的实现5摇 摇 摇 摇1郾 3郾 2摇 手动设置电路和步进控制电路8摇 摇 摇 摇1郾 3郾 3摇 驱动控制电路9摇 摇 摇 摇1郾 3郾 4摇 自制电源部分10摇 摇 摇 摇1郾 3郾 5摇 预置电流值的上、下限逻辑控制电路10摇 摇 摇 摇1郾 3郾 6摇 调试方法和过程11摇 摇 摇 摇1郾 3郾 7摇 性能指标测试与测试数据12摇 摇 摇 摇1郾 3郾 8摇 结论13摇 摇 摇 摇1郾 3郾 9摇 系统说明书13摇 摇1郾 4摇 经验与教训14第 2 章摇 2005 年竞赛试题:三相正弦波变频电源(G 题)15摇 摇2郾 1摇 试题:三相正弦波变频电源15摇 摇 摇 摇2郾 1郾 1摇 任务15摇 摇 摇 摇2郾 1郾 2摇 要求15摇 摇 摇 摇2郾 1郾 3摇 评分标准16摇 摇 摇 摇2郾 1郾 4摇 说明16摇 摇2郾 2摇 基本设计思路16域摇 摇 摇 摇摇 摇2郾 3摇 逆变器与驱动电路设计思路17摇 摇2郾 4摇 控制电路单元设计思路简介21摇 摇2郾 5摇 PWM 电路设计21摇 摇2郾 6摇 死区时间的设置与实现25摇 摇2郾 7摇 计数器与 D/A 转换器组合实现三相正弦波基准电压27摇 摇2郾 8摇 计数器与权电阻组合方式31摇 摇 摇 摇2郾 8郾 1摇“基准冶正弦波电压产生原理31摇 摇 摇 摇2郾 8郾 2摇 单相“基准冶正弦波发生器31摇 摇 摇 摇2郾 8郾 3摇 三相参考正弦波发生器32摇 摇2郾 9摇 输出滤波器设计35摇 摇2郾 10摇 稳定输出电压设计思路35摇 摇2郾 11摇 负载不对称与负载缺相保护36摇 摇2郾 12摇 隔离变压器与整流器部分的解决方案37摇 摇2郾 13摇 更简洁的采用 D 类音频功率放大器解决方案37摇 摇 摇 摇2郾 13郾 1摇 应用 LM4651/2 的解决方案38摇 摇 摇 摇2郾 13郾 2摇 LM4651/2 简介38摇 摇2郾 14摇 应用 LM4651/2 的解决方案详解42摇 摇2郾 15摇 三相逆变电源的实现46第 2 篇摇 2007 年试题第 3 章摇 2007 年竞赛试题:开关电源(E 题)揖本科组铱50摇 摇3郾 1摇 试题50摇 摇 摇 摇3郾 1郾 1摇 任务50摇 摇 摇 摇3郾 1郾 2摇 要求50摇 摇 摇 摇3郾 1郾 3摇 说明51摇 摇 摇 摇3郾 1郾 4摇 评分标准51摇 摇3郾 2摇 电源变压器与整流滤波电路解析52摇 摇 摇 摇3郾 2郾 1摇 整流电路结构的选择52摇 摇 摇 摇3郾 2郾 2摇 整流器的选择52摇 摇 摇 摇3郾 2郾 3摇 滤波电容器的选择53摇 摇 摇 摇3郾 2郾 4摇 整流输出电压53摇 摇3郾 3摇 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摇 摇 摇 摇3郾 3郾 1摇 基本参数的确定54摇 摇 摇 摇3郾 3郾 2摇 电路及参数的确定54摇 摇 摇 摇3郾 3郾 3摇 主要元器件参数的选择54摇 摇3郾 4摇 采用准谐振工作方式的解决方案详解58摇 摇 摇 摇3郾 4郾 1摇 准谐振电路工作原理58摇 摇 摇 摇3郾 4郾 2摇 NCP1207B 的基本原理60芋摇