2020年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛题目E: 放大器非线性失真研究装置

简介：
本项目为2020年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛题目E的参赛作品，旨在设计放大器非线性失真研究装置。该装置用于分析和评估不同放大器在信号处理过程中的非线性特性，并提供有效的失真度量方法，以帮助学生深入理解电路设计原理及其实际应用挑战。 【2020年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛题E-放大器非线性失真研究装置】是一项面向大学生的电子设计比赛，旨在考察参赛者对放大器非线性失真的理论及其应用的理解与实践能力。该题目要求设计一种能够产生并分析不同类型失真波形的晶体管放大器，包括无明显失真、顶部失真、底部失真、双向失真和交越失真。 具体任务是，在输入信号为1kHz峰峰值20mV正弦波的情况下，所设计的放大器需能输出至少峰峰值为2V且不失真的电压。这要求参赛者掌握放大器线性工作区的知识，并确保在放大过程中不引入显著非线性失真。 顶部失真是指当输入信号达到峰值时，由于晶体管进入饱和状态导致输出波形顶部变平；底部失真是指输入信号处于低谷时，晶体管进入截止状态引起输出波形底部平坦。双向失真发生在正负半周期内同时出现的非线性现象，可能因偏置不当或电源电压不足造成。交越失真常见于双极型晶体管放大器中，在输入信号跨越饱和与截止区域变化时产生。 为了评估这些不同类型的失真情况，参赛者需要测量并显示五种输出波形的总谐波失真（THD）值。THD是衡量线性放大器非线性程度的关键指标，它表示除基频外所有谐波分量均方根值与基频均方根值之比的百分数。在本设计中参赛者需通过自动测量系统获取这些数据，并且不允许人工干预。 竞赛要求提交的设计报告包括方案论证、理论分析计算、电路及程序设计和测试结果等内容，以及对整个文档结构合理性和规范性的说明。其中方案论证部分需要详细比较并选择最佳设计方案，并清晰描述放大器的工作原理；理论与计算则涉及系统参数如增益、负载电阻等的设定；而电路和程序设计部分应包含放大器的框图及各组成部分的具体细节，包括软件流程图。 测试数据需完整地展示在报告中，并分析输出失真的原因。此外，文档结构和规范性也是评判标准的一部分，要求摘要准确且正文逻辑清晰、图表精确无误。 该竞赛题目的目的是使参赛者深入理解放大器的工作原理及其非线性特性，同时掌握通过调整电路参数来控制与测量这些特性的方法。它还强调了实际操作技能的重要性以及撰写科学报告的规范性。这将有助于大学生提升在电子工程领域的综合能力。