电子竞赛仪表题目温乃宁朱宇Word格式文档下载.docx
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完成第二项
完成第三项
5
完成第四项
特色与创新
20
2简易电阻、电容和电感测试仪
2.1任务
设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪,示意框图如下:
2.2要求
(1)测量范围:
电阻100Ω~1MΩ;
电容100pF~10000pF;
电感100μH~10mH;
(2)测量精度:
±
5%;
(3)制作4位数码管显示器,显示测量数值,并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。
(1)扩大测量范围;
(2)提高测量精度;
(3)测量量程自动转换。
三、评分意见
得分
完成第
(1)项
9
完成第
(2)项
完成第(3)项
12
3简易数字频率计
3.1任务
设计并制作一台数字显示的简易频率计。
3.2要求
(1)频率测量
①测量范围信号:
方波、正弦波;
幅度:
0.5V~5V;
频率:
1Hz~1MHz;
②测量误差≤0.1%。
(2)周期测量
(3)脉冲宽度测量
脉冲波;
脉冲宽度≥100μs;
②测量误差≤1%。
(4)显示器
十进制数字显示,显示刷新时间1~10秒连续可调,对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。
(5)具有自校功能
时标信号频率为1MHz。
(6)自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
(1)扩展频率测量范围为0.1Hz~10MHz(信号幅度0.5V~5V),测量误差降低为0.01%(最大闸门时间≤10s)。
(2)测量并显示周期脉冲信号(幅度0.5V~5V、频率1Hz~1kHz)的占空比,占空比变化范围为10%~90%,测量误差≤1%。
(3)在1Hz~1MHz范围内及测量误差≤1%的条件下,进行小信号的频率测量,提出并实现抗干扰的措施。
3.3评分意见
方案设计与论证,理论分析与计算,电路图,测试方法与数据,对测试结果的分析
4数字式工频有效值多用表
4.1题目
数字式工频有效值多用表
4.2任务
设计并制作一个能同时对一路工频交流电(频率波动范围为50±
1Hz、有失真的正弦波)的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。
参见附图。
4.3要求
1.基本要求
(1)测量功能及量程范围
①交流电压:
0~500V;
②有功功率:
0~25kW;
③无功功率:
0~25kvar;
④功率因数(有功功率/视在功率):
0~1。
为便于本试题的设计与制作,设定待测0~500V的交流电压、0~50A的交流电流均已经相应的变换器转换为0~5V的交流电压。
(2)准确度
①显示为位(0.000~4.999),有过量程指示;
②交流电压和交流电流:
(0.8%读数+5个字),例:
当被测电压为300V时,读数误差应小于±
(0.8%×
300V+0.5V)=±
2.9V;
③有功功率和无功功率:
(1.5%读数+8个字);
④功率因数:
0.01。
(3)功能选择:
用按键选择交流电压、交流电流、有功功率、无功功率和功率因数的测量与显示。
(1)用按键选择电压基波及总谐波的有效值测量与显示。
(2)具有量程自动转换功能,当变换器输出的电压值小于0.5V时,能自动提高分辨力达0.01V。
(3)用按键控制实现交流电压、交流电流、有功功率、无功功率在测试过程中的最大值、最小值测量。
(4)其它(例如扩展功能,提高性能)。
4.4评分意见
项目
满分
方案设计与论证,理论分析与计算,电路图,测试方法与数据,对测试结果的分析
14
4.5说明
(1)调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号;
再经移相输出代表同一路的电流信号。
(2)检查交流电压、交流电流有效值测量功能时,可采用函数发生器输出的对称方波信号。
电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号,测试结果应与理论值进行比较分析。
5频率特性测试仪
5.1题目
频率特性测试仪
5.2任务
设计并制作一个频率特性测试系统,包含测试信号源、被测网络、检波及显示三部分。
5.3要求
(1)制作幅频特性测试仪
①频率范围:
100Hz~100kHz;
②频率步进:
10Hz;
③频率稳定度:
10-4;
④测量精度:
5%;
⑤能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量,可手动预置测量范围及步进频率值;
⑥LED显示,频率显示为5位,电压显示为3位,并能打印输出。
(2)制作一被测网络
①电路型式:
阻容双T网络;
②中心频率:
5kHz;
③带宽:
50Hz;
④计算出网络的幅频和相频特性,并绘制相位曲线;
⑤用所制作的幅频特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性。
(1)制作相频特性测试仪
500Hz~10kHz;
②相位度数显示:
相位值显示为三位,另以一位作符号显示;
③测量精度:
3°
。
(2)用示波器显示幅频特性。
(3)在示波器上同时显示幅频和相频特性。
(4)其它。
5.4评分意见
满分
5.5说明
发挥部分
(2)、(3)均用所制作的频率特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性和相频特性。
6波形发生器
6.1任务
设计制作一个波形发生器,该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
示意图如下:
6.2要求
(1)具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。
(2)用键盘输入编辑生成上述三种波形(同周期)的线性组合波形,以及由基波及其谐波(5次以下)线性组合的波形。
(3)具有波形存储功能。
(4)输出波形的频率范围为100Hz~20kHz(非正弦波频率按10次谐波计算);
重复频率可调,频率步进间隔≤100Hz。
(5)输出波形幅度范围0~5V(峰-峰值),可按步进0.1V(峰-峰值)调整。
(6)具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)和幅度的功能。
(1)输出波形频率范围扩展至100Hz~200kHz。
(2)用键盘或其他输入装置产生任意波形。
(3)增加稳幅输出功能,当负载变化时,输出电压幅度变化不大于±
3%(负载电阻变化范围:
100Ω~∞)。
(4)具有掉电存储功能,可存储掉电前用户编辑的波形和设置。
(5)可产生单次或多次(1000次以下)特定波形(如产生1个半周期三角波输出)。
(6)其它(如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>
200kHz、扫频输出等功能)。
6.3评分标准
基本
要求
方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析。
发挥
部分
完成第(4)项
完成第(5)项
完成第(6)项
7简易数字存储示波器
7.1任务
设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器,示意图如下:
7.2要求
(1)要求仪器具有单次触发存储显示方式,即每按动一次“单次触发”键,仪器在满足触发条件时,能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储,然后连续显示。
(2)要求仪器的输入阻抗大于100kΩ,垂直分辨率为32级/div,水平分辨率为20点/div;
设示波器显示屏水平刻度为10div,垂直刻度为8div。
(3)要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三档扫描速度,仪器的频率范围为DC~50kHz,误差≤5%。
(4)要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度,误差≤5%。
(5)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发、触发电平可调。
(6)观测波形无明显失真。
(1)增加连续触发存储显示方式,在这种方式下,仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示,且具有锁存(按“锁存”键即可存储当前波形)功能。
(2)增加双踪示波功能,能同时显示两路被测信号波形。
(3)增加水平移动扩展显示功能,要求存储深度增加一倍,并且能通过操作“移动”键显示被存储信号波形的任一部分。
(4)垂直灵敏度增加0.01V/div档,以提高仪器的垂直灵敏度,并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。
(5)其它。
7.3评分标准
基本要求
50
发挥部分
15
8
5
10
12
7.4说明
测试过程中,不能对普通示波器进行操作和调整。
8电压控制LC振荡器
8.1任务
设计并制作一个电压控制LC振荡器。
8.2要求
1.基本要求
(1)振荡器输出为正弦波,波形无明显失真。
(2)输出频率范围:
15MHz~35MHz。
(3)输出频率稳定度:
优于10-3。
(4)输出电压峰-峰值:
Vp-p=1V±
0.1V。
(5)实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值,精度优于10%。
(6)可实现输出频率步进,步进间隔为1MHz100kHz。
2.发挥部分
(1)进一步扩大输出频率范围。
(2)采用锁相环进一步提高输出频率稳定度,输出频率步进间隔为100kHz。
(3)实时测量并显示振荡器的输出频率。
(4)制作一个功率放大器,放大LC振荡器输出的30MHz正弦信号,限定使用E=12V的单直流电源为功率放大器供电,要求在50Ω纯电阻负载上的输出功率≥20mW,尽可能提高功率放大器的效率。
(5)功率放大器负载改为50Ω电阻与20pF电容串联,在此条件下50Ω电阻上的输出功率≥20mW,尽可能提高放大器效率。
(6)其它。
8.3评分标准
实际制作完成情况
完成第
(1)项
完成第
(2)项
完成第(3)项
完成第(4)项
完成第(5)项
其它
8.4说明
需留出末级功率放大器电源电流IC0(或ID0)的测量端,用于测试功率放大器的效率。
9低频数字式相位测量仪
9.1任务
设计并制作一个低频相位测量系统,包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分,示意图如下:
9.2要求
(1)设计并制作一个相位测量仪(参见图1)
20Hz~20kHz。
②相位测量仪的输入阻抗≥100k
③允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V~5V范围内变化。
④相位测量绝对误差≤2°
⑤具有频率测量及数字显示功能。
⑥相位差数字显示:
相位读数为0°
~359.9°
,分辨力为0.1°
(2)参考图2制作一个移相网络
①输入信号频率:
100Hz、1kHz、10kHz。
②连续相移范围:
-45°
~+45°
③A'、B'输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V~5V范围内变化。
(1)设计并制作一个数字式移相信号发生器(图3),用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号,要求:
20Hz~20kHz,频率步进为20Hz,输出频率可预置;
②A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V~5V范围内变化;
③相位差范围为0~359°
,相位差步进为1°
,相位差值可预置;
④数字显示预置的频率、相位差值。
(2)在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下,扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V~5V范围。
(3)用数字移相信号发生器校验相位测量仪,自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。
9.3评分标准
22
6
9.4说明
①移相网络的器件和元件参数自行选择,也可以设计不同于图2的移相网络。
②基本要求
(2)项中,当输入信号频率不同时,允许切换移相网络中的元件。
③相位测量仪和数字移相信号发生器互相独立,不允许共用控制与显示电路。
10简易逻辑分析仪
10.1任务
设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪,其结构框图如图1所示。
10.2要求
(1)制作数字信号发生器
能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列,输出信号为TTL电平,序列时钟频率为100Hz,并能够重复输出。
逻辑信号序列示例如图2所示。
(2)制作简易逻辑分析仪
①具有采集8路逻辑信号的功能,并可设置单级触发字。
信号采集的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。
在满足触发条件时,能对被测信号进行一次采集、存储。
②能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形,并显示触发点位置。
③8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ,其逻辑信号门限电压可在0.25~4V范围内按16级变化,以适应各种输入信号的逻辑电平。
④每通道的存储深度为20bit。
图2重复输出循环移位逻辑序列00000101
2.发挥部分
(1)能在示波器上显示可移动的时间标志线,并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。
(2)简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态分析触发功能,即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时,开始对被测信号进行一次采集、存储与显示,并显示触发点位置。
3级触发字可任意设定(例如:
在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11、01、00作为三级触发状态字)。
(3)触发位置可调(即可选择显示触发前、后所保存的逻辑状态字数)。
(4)其它(如增加存储深度后分页显示等)。
10.3评分标准
方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
18
9
10.4说明
①系统结构框图中的跳接线必须采取可灵活改变的接插方式。
②数字信号的采集时钟可采用来自数字信号发生器的时钟脉冲clock。
③测试开始后,参赛者不能对示波器进行任何调整操作。
④题中涉及的“字”均为多位逻辑状态。
如图2中纵向第一个字为一个8位逻辑状态字(00000101),而发挥部分中的3级触发字为2位逻辑状态。
11正弦信号发生器
11.1任务
设计制作一个正弦信号发生器。
11.2要求
(1)正弦波输出频率范围:
1kHz~10MHz;
(2)具有频率设置功能,频率步进:
100Hz;
(3)输出信号频率稳定度:
(4)输出电压幅度:
在50W负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V;
(5)失真度:
用示波器观察时无明显失真。
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
(1)增加输出电压幅度:
在频率范围内50W负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±
1V;
(2)产生模拟幅度调制(AM)信号:
在1MHz~10MHz范围内调制度可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(3)产生模拟频率调制(FM)信号:
在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏,且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(4)产生二进制PSK、ASK信号:
在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生;
(5)其他。
11.3评分标准
项目
满分
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
13
其他
12简易频谱分析仪
12.1任务
采用外差原理设计并实现频谱分析仪,其参考原理框图如下图所示。
12.2要求
(1)频率测量范围为10MHz~30MHz;
(2)频率分辨力为10kHz,输入信号电压有效值为20mV5mV,输入阻抗为50Ω;
(3)可设置中心频率和扫频宽度;
(4)借助示波器显示被测信号的频谱图,并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。
(1)频率测量范围扩展至1MHz~30MHz;
(2)具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能,采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号,载波可选择在频率测量范围内的任意频率值,调幅波调制度m=30%,调制信号频率为20kHz;
调频波频偏为20kHz,调制信号频率为1kHz;
(3)其他。
12.3评分标准
四、说明
①原理框图中虚线框内的“信号处理电路”和“显示电路”两模块适用于发挥部分
(2),可以采用模拟或数字方式实现;
②制作与测试过程中,该频谱分析仪对电压值的标定采用对比法,即首先输入幅度为已知的正弦信号(如:
电压有效值为20mV,频率为10MHz的正弦信号),以其在原理框图中示波器纵轴显示的高度确定该频谱分析仪的电压标尺。
13三相正弦波变频电源
13.1任务
设计并制作一个三相正弦波变频电源,输出线电压有效值为36V,最大负载电流有效值为3A,负载为三相对称阻性负载(Y接法)。
变频电源框图如下图所示。
13.2要求
(1)输出频率范围为20Hz~100Hz的三相对称交流电,各相电压有效值之差小于0.5V;
(2)输出电压波形应尽量接近正弦波,用示波器观察无明显失真;
(3)当输入电压为198V~242V,负载电流有效值为0.5~3A时,输出线电压有效值应保持在36V,误差的绝对值小于5%;
(4)具有过流保护(输出电流有效值达3.6A时动作)、负载缺相保护及负载不对称保护(三相电流中任意两相电流之差大于0.5A时动作)功能,保护时自动切断输入交流电源。
(1)当输入电压为198V~242V,负载电流有效值为0.5~3A时,输出线电压有效值应保持在36V,误差的绝对值小于1%;
(2)设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路,测量误差的绝对值小于5%;
(3)变频电源输出频率在50Hz以上时,输出相电压的失真度小于5%;
(4)其他。
13.3评分标准
方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
实际完成情况
24
11
其它
13.4说明
①在调试过程中,要注意安全;
②不能使用产生SPWM(正弦波脉宽调制)波形的专用芯片;
③必要时,可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压,可用三相电阻箱模拟负载;
④测量失真度时,应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题;
⑤输出功率可通过电流、电压的测量值计算。
14音频信号分析仪
14.1任务
设计、制作1个可分析音频信号频率成分,并可测量正弦信号失真度的仪器。
1
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