參加電賽的小伙伴注意啦，2018TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽A題題目及報(bào)告來啦
如圖1所示，由任意波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)功率放大電路驅(qū)動(dòng)后，通過導(dǎo)線連接10Ω電阻負(fù)載，形成一電流環(huán)路；設(shè)計(jì)一采用非接觸式傳感的電流信號(hào)檢測(cè)裝置，檢測(cè)環(huán)路電流信號(hào)的幅度及頻率，并將信號(hào)的參數(shù)顯示出來。 圖1 信號(hào)檢測(cè)圖 二、測(cè)試電流方案： 任意波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)功率放大電路驅(qū)動(dòng)后，通過導(dǎo)線連接10Ω電阻負(fù)載，形成一電流環(huán)路，然后將導(dǎo)線經(jīng)過一個(gè)通過用漆包線在錳芯磁環(huán)上繞制的線圈，線圈的兩端接上一個(gè)8.2Ω的電阻，把電流轉(zhuǎn)化為電壓，然后經(jīng)過一個(gè)差分放大器，把小電壓轉(zhuǎn)化為大電壓便于測(cè)量。最后可以得到輸出電壓和環(huán)路電流的線性關(guān)系，當(dāng)測(cè)得輸出電壓過后就可以計(jì)算出環(huán)路電流了，即測(cè)得了環(huán)路電流值。 三、線圈繞制及測(cè)試結(jié)果： （1）線圈繞制： 用漆包線在錳芯磁環(huán)上繞制線圈，纏繞前需要制作一個(gè)梭子幫助繞制導(dǎo)線，纏繞過程中需要待上線織手套防止手汗影響線圈性能，纏繞大概100圈左右，注意線圈需要纏緊，最后線圈纏繞過后用膠布纏繞上，用砂紙打磨線圈的兩端。 （2）N2線圈匝數(shù)測(cè)量 把函數(shù)發(fā)生器與功率放大器，10Ω電阻相連接，同時(shí)導(dǎo)線要繞過線圈，線圈的兩端接上一個(gè)電阻。先改變函數(shù)發(fā)生器兩端的電壓，然后觀察電阻兩端的電壓的變化，最后根據(jù) 其中 =1, =10Ω。 a.當(dāng) =8.2Ω時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：
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2019-6-13 22:12 上傳
運(yùn)用公式計(jì)算得到的 的值為: 32.4186 77.5676 97.2881 102.0000 108.3019 105.0625 107.2308 105.6889 108.5294 107.8947 107.3810 109.9275 109.3333 106.8485 110.1143 110.8108 113.5385 111.2857 109.3333 做出的圖像如下： 圖2 8.2Ω所接線圈比值 由圖2和數(shù)據(jù)可以得到在10Ω的電阻的兩端的電壓較小的時(shí)候，測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差較大，可以去掉前面三個(gè)誤差比較大的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)求平均值，得到的線圈的匝數(shù)為 108.3301，可得匝數(shù)約為108匝。 當(dāng) =6.8v時(shí)，改變頻率，測(cè)量數(shù)據(jù)如下： | | | | | | | | | |  (mv) | | | | | | | | | |
由數(shù)據(jù)可得，在頻率大于400HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小不隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而改變，在250HZ到400HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小不隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而變化較小，在小于250HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小不隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而變化較大。 b.當(dāng)=7.1Ω時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：
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2019-6-13 22:13 上傳
運(yùn)用公式計(jì)算得到的的值為: 31.0625 77.2647 84.9464 94.6667 97.6250 114.1917 100.0000 106.5000 104.1333 111.3725 105.8772 108.7903 110.2652 101.7667 106.5000 104.4118 109.5429 109.3784 109.2308 108.1905 圖3 7.1Ω所接線圈比值 由圖3和數(shù)據(jù)可以得到在10Ω的電阻的兩端的電壓較小的時(shí)候，測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差較大，可以去掉前面五個(gè)誤差比較大的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)求平均值，得到的線圈的匝數(shù)為107.3434，可得匝數(shù)約為107匝。 當(dāng)=6.8v時(shí)，改變頻率，測(cè)量數(shù)據(jù)如下： | | | | | | | | | | | (mv) | | | | | | | | | | |
由數(shù)據(jù)可得，在頻率大于300HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小不隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而改變，在300HZ到100HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小不隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而變化較小，在小于100HZ的時(shí)候，輸出電壓的大小隨函數(shù)發(fā)生器頻率的改變而變化較大。 綜合比較前面8.2Ω和7.1Ω的電壓響應(yīng)和頻率特性，我們小組最終選擇了8.2Ω的電阻接在線圈兩端。 四、差分放大器參數(shù)選擇 由測(cè)量出來的數(shù)據(jù)可以得到，當(dāng)函數(shù)發(fā)生器的輸入電壓在0.1V到9V中變化的時(shí)候，線圈兩端的電壓的值為34.3mv到900mv，結(jié)合后面的要求可以知道輸出電壓的峰峰值不能超過3V，因此可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有增益為3的差分放大器，差分放大器的原理如圖所示： 圖4 仿真原理圖 當(dāng) 時(shí)，放大倍數(shù)為 ，為了得到增益為3，因此選擇 , ， 。 五、multisim實(shí)驗(yàn)仿真 (1)仿真實(shí)驗(yàn)圖： 圖5 multisim實(shí)驗(yàn)仿真 （2）仿真結(jié)果： 當(dāng)輸入的電壓為5V，頻率為1kHz的時(shí)候，輸出電壓的波形為： 最大值為1.106V，最小值為-115.37mv。 當(dāng)輸入電壓為10V時(shí)，頻率為1kHz的時(shí)候，輸出電壓的波形為： 最大值為1.713V，最小值為-703mv。 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：連接好的差分放大器的圖為： 最后得到的結(jié)果為： 圖6環(huán)路電流和電壓的輸出曲線 由圖6可得：輸出電壓隨環(huán)路電流的增加而增加，符合我們的預(yù)期實(shí)際。 六、分析誤差及原因 從圖6實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，我們小組設(shè)計(jì)的差分放大器的增益為3，從測(cè)量出來的輸出電壓和在測(cè)試8.2Ω的電阻的時(shí)候兩端的電壓相比并沒有很好的符合3倍的差，而是在3的左右波動(dòng)，最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示我們焊出來的板子并沒有很好的實(shí)現(xiàn)環(huán)路電流和輸出電壓呈現(xiàn)出很好的效果。這可能是因?yàn)槲覀冏约豪@制的線圈沒有達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)，線圈的匝數(shù)比可能在不同的輸入電壓下面有一定的波動(dòng)，在測(cè)量中還有各種不可控的因素，因此真正的測(cè)量曲線不可能是線性的，只可能是近似的線性。 七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)： （1）線圈繞制：線圈在本實(shí)驗(yàn)中起著承上啟下的重要作用，線圈質(zhì)量的高低是決定這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功與否的重要因素，只有線圈的匝數(shù)是一個(gè)相對(duì)固定的值，即它不隨輸入電壓的改變或者頻率的改變呈現(xiàn)出不同的電壓值，經(jīng)過我們小組多次繞制線圈最后總結(jié)出，繞制線圈的過程中最好帶上一雙手套，防止手汗對(duì)線圈的質(zhì)量造成影響；繞制的線圈要纏緊，同時(shí)不能重復(fù)繞在一起，否則會(huì)影響線圈的性能。 （2）實(shí)驗(yàn)收獲：通過本次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，使我對(duì)于整個(gè)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽有了一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到了我們自身與真正的面對(duì)一道全新的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的題目的差距，如果想要下以后的比賽中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，加倍的努力是必不可少的。我們小組的成員在本次訓(xùn)練中收獲了一下幾點(diǎn)：一是不懼困難，盡管我們?cè)谶x修這一門課的時(shí)候就考慮到了這一門課可能會(huì)有相應(yīng)的難度，但是由于理論知識(shí)的缺乏，真正的在面對(duì)這一門課的時(shí)候我們感到非常的迷茫和困惑，想試圖了解清楚里面的每一個(gè)部分，更多的時(shí)候迎來的的確是更多的問題，但是我們小組的成員并沒有因?yàn)檫@些困難而放棄繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，我們?cè)敢饣〞r(shí)間在這上面研究它，即使我們沒有取得我們想要的結(jié)果，因?yàn)樽詈蟮某晒偸怯袩o數(shù)的失敗累積起來的。線圈不夠理想我們重新再繞，在檢測(cè)，差分電路的電阻選擇的阻值不合適，我們重新再計(jì)算，再調(diào)試�？傊�，在面對(duì)一個(gè)一個(gè)的困難的時(shí)候，我們沒有逃避，而是想著怎么去解決它。二是將理論知識(shí)運(yùn)用在實(shí)踐中，隨著模電課程的不斷推進(jìn)，我們的理論知識(shí)也在慢慢的在增加，從剛開始的一無所知到后面的逐漸懂一部分，再到后面的能夠理解整個(gè)原理圖大致要實(shí)現(xiàn)的功能。取得這種進(jìn)步正是我們將理論運(yùn)用在實(shí)踐中的體現(xiàn)，同時(shí)在實(shí)踐的運(yùn)用中我們也加深了對(duì)于知識(shí)的理解。
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