北京市电子设计大赛，你能拿多少分？

零下12度半

北京市电子设计大赛，你能拿多少分？ [复制链接]

 

你有的器材：
元件清单：一个NE555，一个74LS74，一个LM324，外加电阻，电容


电源：一个+10V的电源
外加导线

第一问：设计制作一个产生矩形波的信号源（20分）
（1）输出频率覆盖范围：8kHz~10kHz
（2）输出波形占空比：60%~80%

第二问：对上述的信号进行二分频（10分）
（1）输出信号幅度：TTL电平
（2）输出阻抗：约600Ω

第三问：将二分频输出矩形波转换为锯齿波（20分）
（1）锯齿波上升和下降段线性度良好
（2）锯齿波产生电路输出阻抗：约600Ω

第四问：从5kHz频率的多次谐波中提取基波（30分）
从5kHz多谐波（方波或锯齿波任一种）中提取基波分量，要求提取该电路：
（1）5kHz基波输出电压幅度：峰峰值至少7V（无明显失真）
（2）输出阻抗：约600Ω

第五问：从5kHz频率的多次谐波中提取三次谐波（20分）
从5kHz多谐波（方波或锯齿波任一种）中提取三次谐波分量，要求提取该电路：
（1）5kHz三次谐波输出电压幅度：峰峰值至少5V（正弦波无明显失真）
（2）输出阻抗：约600Ω


现在我答一下:

第一问：NE555
第二问:74LS74
第三问：运放积分电路

希望大家多多交流！

le062

闭卷考试的话，只有一个可能：0分

yubinwu

知道1是NE555，2是74LS74，3是LM324。不搭电路几分

零下12度半

le062 发表于 2018-6-4 09:52
闭卷考试的话，只有一个可能：0分

给了芯片手册，可以仿真，还可以带书

零下12度半

yubinwu 发表于 2018-6-4 11:02
知道1是NE555，2是74LS74，3是LM324。不搭电路几分

要实测电路

gmchen

后面三问都是用324做。324有4个运放，一个做积分器产生锯齿波，其余三个做带通滤波器，滤出基波和三次谐波。

gmchen

基波应该从锯齿波中提取，因为锯齿波中的三次分量是基波的1/9，一个运放接成2阶低通即可。
三次谐波应该从方波中提取，因为其中三次谐波是基波的1/3，两个运放接成2阶带通即可。

gmchen

最后两问的峰峰值要求几乎是个伪问题，因为有源滤波器的增益可以改变，所以输出幅度不是问题。这一问的主要目的可能还是考察学生对于各种波形中各次谐波的幅度比例关系，也就是傅里叶展开的系数。

gmchen

总体上此题目全面考察了学生的数字电路和模拟电路，出题思路不错。如果一定要挑刺的话，题中的“输出阻抗”一词不妥，应该是负载阻抗。如果要求运放的闭环输出阻抗为600欧，那就必须在输出段串联一个600欧电阻才行。

gmchen

首楼的电路很不错，有一个地方有点小问题：由于数字电路采用的是74LS系列，其电源电压不能用10V，只能用5V。在没有三端稳压器或者其他稳压管的情况下，只能在电源中串联一个电阻降压（用大电容退耦）。估计这也是出题者的一个漏洞。
最好将74LS74换成CD4000系列的触发器，例如4013。

在5V电源电压下，触发器的输出高电平大约是3.5V左右，所以它与后面电路的连接采用电容耦合方式比较合适，否则还有个电平匹配问题。
注意时间常数R5C3必须合适，不能积分过头。

补充：又看了一遍题目，指定输出TTL电平，看来是出题者故意在这里设了一个坑。

gmchen

首楼电路中还有一个漏洞：积分电容上并联的哪个电阻不是必要的。如果为了考虑不使得积分饱和而加的泄放电阻，那么这个电阻应该远大于输入端的积分电阻。现在两个电阻的阻值都是10k，显然不妥。

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-5 21:50
基波应该从锯齿波中提取，因为锯齿波中的三次分量是基波的1/9，一个运放接成2阶低通即可。
三次谐波应该从 ...

这一句话里面内容好多啊，我对波形这方面不是很懂。45两问不会做。容我好好想想

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-5 22:11
总体上此题目全面考察了学生的数字电路和模拟电路，出题思路不错。如果一定要挑刺的话，题中的“输出阻抗” ...

是的，我也觉得这个输出阻抗太随意了

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-5 22:26
首楼的电路很不错，有一个地方有点小问题：由于数字电路采用的是74LS系列，其电源电压不能用10V，只能用5V ...

意思就是74LS74的输入电源电源不能这么接10V，必须使用5V，输出TTL电平是吧

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-6 06:34
首楼电路中还有一个漏洞：积分电容上并联的哪个电阻不是必要的。如果为了考虑不使得积分饱和而加的泄放电阻 ...

对，这个电阻是可以接，可以不接，我在仿真的时候，试过，区别不是很大，其实这个电阻应该是NC，调试的时候，看效果

gmchen

零下12度半 发表于 2018-6-6 09:59
意思就是74LS74的输入电源电源不能这么接10V，必须使用5V，输出TTL电平是吧

是的，74LS系列最高允许电源电压是7V.也许接了10伏也不坏，但是那不是正规做法，不可靠的

gmchen

零下12度半 发表于 2018-6-6 10:00
对，这个电阻是可以接，可以不接，我在仿真的时候，试过，区别不是很大，其实这个电阻应该是NC，调试的时 ...

这个电阻影响的是锯齿波上升与下降的线性。阻值小了的话就会出现类似RC充放电的那种波形。从数学上说，加了这个电阻，电路就从积分变成了一阶低通。

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-6 10:34
是的，74LS系列最高允许电源电压是7V.也许接了10伏也不坏，但是那不是正规做法，不可靠的

好的，好的，谢谢指导！！！！感谢，数电模电我也没有完全的认真学过

零下12度半

gmchen 发表于 2018-6-6 10:47
这个电阻影响的是锯齿波上升与下降的线性。阻值小了的话就会出现类似RC充放电的那种波形。从数学上说，加 ...

好的好的，感谢感谢。

我的疑问是你回答的那个锯齿波和方波提取基波和三次谐波的原理，那个地方是需要补一下傅里叶和波形分解的知识吧

gmchen

零下12度半 发表于 2018-6-6 12:04
好的好的，感谢感谢。

我的疑问是你回答的那个锯齿波和方波提取基波和三次谐波的原理，那个地方是需要 ...

是的，就是傅里叶分解。实际上这些常见的波形到处可以查到其分解结果。
再说一点，这里说的锯齿波是两边都是斜坡的那个，一般称为三角波。你的积分电路出来就是这种三角波，傅里叶分解后，基波与三次谐波的幅度比是9比1，且没有偶次谐波。
但严格意义上的锯齿波是指那种上升沿为斜坡而下降沿垂直下降的波形。如果是那种波形则其傅里叶分解后包含偶次谐波。无论是波形产生的电路还是后面的滤波处理都要困难些。