原创 纪念2021年全国大学生电子设计竞赛的选拔赛--多信号发生器

2021-5-6 16:06 7795 32 3 分类: 模拟 文集: 模拟电路
第一次发博文,可能写的不好,但是会很认真的
废话不多说,先上题目 
使用题目指定的通用板、一片CD4001和一片通用双运放TL082CP,设计制作一个频率可变的多信号发生器,如下图所示。多信号发生器电路可同时输出方波、占空比连续可调的脉冲波、正弦波和余弦波共四种波形。给出方案设计、详细电路图和现场自测数据波形(一律手写、2个同学签字、注明编组号),与焊接完成的通用板作品一同上交。
多信号发生器,题目不陌生,在比赛之前我将全国大学生电子设计大赛的培训网(http://www.nuedc-training.com.cn)的资料看了个七七八八,虽然大部分视频里面的老师都没讲重点,但是还是有小部分干货的,其中就有一个综合测评题,就是对多信号发生器进行讲解,大家可能在网上搜索也能找到关于这道题的文档ppt啥的资料(毕竟电赛的时候是能够联网的,当然官网的文档资料更加可信,点进培训网--培训资料--电子书--综合测评题目解析与交流就能找到PPT,还有视频讲解,但是忘记具体是哪个视频了),但是提前看过视频讲解,当时就觉得稳了。
具体的比赛题目还是有所不同,之前的综合测评题是用四运放四与非门设计信号,而比赛题的难度加大,用双运放四或非门来设计,减少了一半的运放怎么实现所有的功能?
干货上来:
首先需要设计的就是方波,方波是比较容易设计的一种波形,而且通过方波可以演化出各种波形。
运放不够,门电路来凑,用非对称式多谐振荡器生成方波是这个题目中最好的选择,1.用对称式生成方波的弊端在于,在实际搭建电路过程中要求电阻电容严格对称是不现实的,但是如果不对称的话会对电路产生较大的影响和噪声。2.用1个运放也能设计方波,具体资料可以查一查运算放大器基础电路-矩形波发生电路,但是这个题目我损失不起运放啊。
用两个或非门构成非对称式多谐振荡器的方案比较理想,具体电路啥的我手上也没有备份,当时考试的时候全都上交了,大家可以上网搜索一下,电路结构非常简单,原理其实也不需要过多了解(如果只是想参加比赛的话),只要知道一下电路的工作频率的表达式,看一下影响工作频率的是哪几个电阻电容,为之后的测评打下基础。
方波完了当然是窄冲脉波,与方波最大的区别就是占空比可调,要是运放多一点的话,用运放设计的矩形波发生电路可以把两个波形都搞定,但是最后的正弦余弦实在离不开运放T_T,所以还是用门电路来解决。用单稳态电路生成窄脉冲,千万别忘记微分电路啊,用电阻电容构成微分电路来实现窄脉冲啥的,这一块我也不是特别清楚,当时比赛的时候就没弄出来,评委老师说我差一个微分电路,但是我也不知道差在哪里了
然后最重要的出场了,正弦波的设计。方波怎么变成正弦波呢?大家应该学过傅里叶级数吧,所有的信号都可以用傅里叶级数分解,不知道咋插入公式的我又叹了一口气,大家凑合凑合搜索一下方波的傅里叶级数表达式,就能够发现,方波其实可以分解成无数个正弦波的和,只要我们保留其中一个正弦波,把其他所有的正弦波滤掉不就得到了正弦波。因此我设计了一个低通滤波器,保留基波正弦,滤掉其他的正弦信号。此时,运放就很重要了。无源滤波器实在是性能比较差,不能放大不说,还容易自感啥的出现噪音,所以一定一定要用有源滤波器啊,不然到时候实际电路波形失真到你想哭。由于咱们运放太少,所以正弦波只能用一个运放,一个运放最多只能搭建一个二阶低通滤波器,虽然这样也能出波形,但是高要求的我们想要精度更好的波形怎么办?没事,运放不够,电感电容来凑。用电感电容搭建一个一阶无源滤波器,然后与二阶有源滤波器串联在一起,不就是一个三阶低通滤波器了吗。阶数越高,滤波效果就越好。具体怎么串联,怎么设计滤波器的电阻电容电感值,指路(电子设计基础-课程详情-全国大学生电子设计竞赛培训网 (nuedc-training.com.cn)),这个老师讲的课干货满满,一定要听。
最后的余弦就很简单了,只要把正弦进行相移就能得到余弦了,具体原理就是积分电路生成正交信号,网上也有很多介绍,这一部分就不赘述了。
然后说一下这次比赛的感想吧
1. 先把电路图画完再仿真真的真的很愚蠢,这次我就苦兮兮的把所以的波形都在multisim中仿真完了再开始搭建实际电路的,所以后面焊接电路的时间就比较紧张,一紧张就容易悍错,而且最后还要对实际指标进行调试,时间真的很紧张。所以一定要把题目分模块进行搭建,比如这次题目就可以分为4个模块,分别搭建了测指标啥的,最后级联在一起。
2. 当时想着比赛的时候反正可以上网查就没怎么学习关于测量仪器的使用方法,真的浪费了不少时间,上网现查很浪费时间,建议比赛前突击一下关于万用表、示波器、直流电源、频谱分析仪等测量仪器的使用方法。
3. 电容、二极管、电位器啥的判断方法和接入方法很重要,千万别接错了,我就接错了T_T。
4. 千万千万不要半途放弃,当时一起参赛的好友心态崩了,最后几个小时放弃了,实际上我后来和他聊天,觉得他做的其实挺不错的,出来几个波形了,而且电路也搭建了,要不是放弃了我估计成绩还不错。
好了,这次就讲这么多,感觉自己罗里吧嗦的,哈哈哈哈哈,以后我也争取把我的各种学习经验发出来,希望不要是几分钟热度

文章评论14条评论)

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雨柚 2021-5-13 10:44

我的果果超可爱: 学习了
一起学习

雨柚 2021-5-13 10:43

yzw92: 谢谢学习学习
一起学习!

雨柚 2021-5-13 10:43

追忆流年寻梦少年: 写得挺好,真实感受!
谢谢夸奖,会继续加油的!

雨柚 2021-5-13 10:42

简单qqq: 学习了
一起学习!

雨柚 2021-5-13 10:42

自做自受: 实践出真知!学习好享受!
谢谢夸奖,会继续加油的

雨柚 2021-5-13 10:42

火引冰薪: 写的真好,真实感受,文章编辑的也很好。
谢谢夸奖,会继续加油哒

雨柚 2021-5-13 10:37

面包板社区管理员: 写得很好,图片上传不了的问题,管理员用您上传的下载资料补上了,如有不妥的地方还请自行修改
补充:多信号发生器的题目资料
https://mbb.eet-china.com/downlo ...
谢谢

面包板社区管理员 2021-5-8 14:52

写得很好,图片上传不了的问题,管理员用您上传的下载资料补上了,如有不妥的地方还请自行修改
补充:多信号发生器的题目资料
https://mbb.eet-china.com/download/258977.html

火引冰薪 2021-5-7 11:36

写的真好,真实感受,文章编辑的也很好。

追忆流年寻梦少年 2021-5-7 11:21

写得挺好,真实感受!
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雨柚 2021-06-10 21:39
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