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2013.7.15—2013.8。27信号10级培训计划
一、集成运放参数测试仪（7.15—7.22)
一、任务
设计并制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪,示意图如图1所示.

图1
二、要求
1、基本要求
（1) 能测试VIO（输入失调电压)、IIO（输入失调电流)、AVD （交流差模开环电压增益)和KCMR (交流共模抑制比）四项基本参数，显示器最大显示数为 3999;
（2）各项被测参数的测量范围及精度如下(被测运放的工作电压为±15V）：
VIO：测量范围为0～40mV（量程为4mV和40mV），误差绝对值小于3％读数+1个字;
IIO:测量范围为0~4μA（量程为0。4μA和4μA）,误差绝对值小于3％读数+1个字；
AVD：测量范围为 60dB～120dB，测试误差绝对值小于3dB；
KCMR：测量范围为 60dB～120dB，测试误差绝对值小于3dB；
（3)测试仪中的信号源（自制)用于AVD、KCMR参数的测量，要求信号源能输出频率为5Hz、输出电压有效值为4 V的正弦波信号,频率与电压值误差绝对值均小于1%；
（4）按照本题附录提供的符合GB3442-82的测试原理图（见图2~图4)，再制作一组符合该标准的测试VIO、IIO、AVD 和KCMR参数的测试电路，以此测试电路的测试结果作为测试标准，对制作的运放参数测试仪进行标定。
2、发挥部分
（1）增加电压模运放BWG (单位增益带宽)参数测量功能，要求测量频率范围为
100kHz~3.5MHz，测量时间≤10秒，频率分辨力为1kHz;
为此设计并制作一个扫频信号源，要求输出频率范围为 40kHz~4MHz,频率误差绝对值小于1%;输出电压的有效值为2V±0。2 V；
（2）增加自动测量（含自动量程转换)功能。该功能启动后，能自动按VIO、IIO、AVD 、KCMR 和BWG的顺序测量、显示并打印以上5个参数测量结果;
（3）其他。
三、评分标准

项 目
满分
基本要求
设计与总结报告：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。
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第(1）项
30
完成第（2）项
15
其他
5
四、说明
1、为了制作方便，被测运放的型号选定为8引脚双列直插的电压模运放F741 (LM741、μA741、F007等）通用型运算放大器；
2、为了测试方便，自制的信号源应预留测量端子；
3、测试时用到的打印机自带.
附录：
参照GB3442—82标准，VIO、IIO、AVD 和KCMR参数的测试原理图分别如图2、图3和图4所示。图3和图4中的信号源可采用现成的信号源。为了保证测试精度,外接测试仪表(信号源和数字电压表)的精度应比自制的运放参数测试仪的精度高一个数量级。

（1）VIO、IIO电参数测试原理图

图2
① 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0 ，则有:
② 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0 ;在K1、K2断开时，测得辅助运放的输出电压记为VL1，则有:

（2）AVD电参数的测试原理与测试原理图

图3

设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0,则有

（3）KCMR电参数的测试原理与测试原理图
图4

设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0，则有

附录说明
1、测试采用了辅助放大器测试方法.要求辅助运放的开环增益大于60dB，输入失调电压和失调电流值小；
2、为了保证测试精度，要求对R、Ri、Rf的阻值准确测量，R1、R2的阻值尽可能一致;IIO与R的乘积远大于VIO； IIO与Ri // Rf的乘积应远小于VIO.测试电路中的电阻值建议取：Ri =100Ω、Rf =20 kW～100kW、R1 = R2=30kW、RL=10 kΩ、R=1MΩ；
3、建议图3、4中使用的信号源输出为正弦波信号,频率为5Hz、输出电压有效值为4 V.

二、简易心电图仪（7。22—8.1）
一、任务
设计制作一个简易心电图仪,可测量人体心电信号并在示波器上显示出来，
示意图如下：

导联电极说明：
RA：右臂；LA：左臂；LL:左腿；RL:右腿。
第一路心电信号，即标准I 导联的电极接法:RA 接放大器反相输入端（－），
LA 接放大器同相输入端（＋)，RL 作为参考电极,接心电放大器参考点。
第二路心电信号，即标准II 导联的电极接法：RA 接放大器反相输入端（－）,
LL 接放大器同相输入端（＋），RL 作为参考电极，接心电放大器参考点。
RA、LA、LL 和RL 的皮肤接触电极分别通过1.5m 长的屏蔽导联线与心电
信号放大器连接。

二、要求
1、基本要求
（1） 制作一路心电信号放大器，技术指标如下:
a．电压放大倍数：1000，误差： ±5%；
b．－3dB 低频截止频率：0。05Hz（可不测试，由电路设计予以保证）；
c．－3dB 高频截止频率：100Hz，误差：±10Hz；
d．频带内响应波动：在±3dB 之内；
e．共模抑制比：≥60dB（含1.5m 长的屏蔽导联线,共模输入电压范围：
±7.5V）；
f．差模输入电阻：≥ 5MΩ(可不测试，由电路设计予以保证)；
g．输出电压动态范围：大于±10V.
（2） 按标准I 导联的接法对一位参赛队员进行实际心电图测量。
a．能在示波器屏幕上较清晰地显示心电波形。心电波形大致如下图所示：

b．实际测试心电时,放大器的等效输入噪声(包括50Hz 干扰）：<400μV
（峰—峰值）。
(3） 设计并制作心电放大器所用的直流稳压电源：
直流稳压电源输出交流噪声:<3mV（峰—峰值，在对放大器供电条件下
测试）。
2．发挥部分
（1） 扩展为两路相同的心电放大器，可同时测量和显示标准I 导联和标准II
导联两路心电图，并且能达到基本要求（2）的效果。
（2） 具有存储、回放已测心电图的功能。
（3) 将心电信号放大器－3dB 高频截止频率扩展到500Hz,并且能达到基本
要求（2）的效果。
（4） 将心电信号放大器共模抑制比提高到80dB 以上（含1.5m 长的屏蔽导
联线）。
（5） 其它.

四、说明:
对人体心电信号进行实测时应注意的事项：
1。 可用20mm×20mm 薄铜皮作为皮肤接触电极。
2. 用带有尼龙拉扣的布带或普通布带将电极分别捆绑在四肢相应位置,如
示意图所示。
3。 测量心电图前，应使用酒精棉球仔细将与电极接触部位的皮肤擦净，然
后再捆绑电极。为减小电极与皮肤间的接触电阻,最好在电极下滴1－2
滴5％的盐水，或用5％盐水浸过的棉球垫在电极与皮肤之间。
4。 被测人员应静卧，以避免测量基线大幅度漂移，降低噪声。

三、微弱信号检测装置（8.1—8。10）
一、任务
正弦波信号源
微弱信号
检测电路
噪声源
VS
VN
VC
Vo
纯电阻
分压网络
显示
电路
加法器
Vi
A
B
C
D
E
设计并制作一套微弱信号检测装置,用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源,噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
图1 微弱信号检测装置示意图
二、要求
1. 基本要求
（1）噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V±0。1V；加法器的输出VC =VS+VN,带宽大于1MHz;纯电阻分压网络的衰减系数不低于100.
(2）微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1 MW。
（3)当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。
2. 发挥部分
（1)提高正弦波信号的识别能力，当输入正弦波信号VS 的频率在100Hz~10kHz范围内、幅度峰峰值在20mV ～200mV范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，误差不超过5%。
（2）在发挥部分（1)的条件下,要求检测误差不超过2％。
（3）当输入正弦波信号VS 的频率在100Hz～10kHz范围内时，进一步降低VS 的幅度，检测并显示正弦波信号的幅度值，误差不超过2％.
(4）其它。
三、说明
1. 本题只能采用模拟技术，不得使用数字信号处理技术来完成。
2. 微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有:滤波，锁相放大，取样积分等（仅供参考）。
3. 为便于各个模块的测试，所有测试端点（A～E）应做成跳线连接方式。
4. 赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或MP3）来产生噪声源，所有作品均应采用该噪声源进行测试。
四、评分标准
设计报告
项 目
满分
方案论证
5
理论分析与计算
4
电路设计
6
测试方案与测试结果
3
设计报告结构及规范性
2
总分
20
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
12
完成第（2)项
16
完成第（3)项
12
其它
10
总分
50

四、数字幅频均衡功率放大器(8.10—8.25）
一、任务
设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。

图1 数字幅频均衡功率放大器组成框图
二、要求
1．基本要求
（1）前置放大电路要求:
a。 小信号电压放大倍数不小于400倍(输入正弦信号电压有效值小于10mV）。
b. -1dB通频带为20Hz～20kHz。
c。 输出电阻为600W。
（2)制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。带阻网络具体电路见题目说明1。
(3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。要求：
a。 输入电阻为600W。
b。 经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz~20kHz内的电压幅度波动在±1。5dB以内。
2. 发挥部分
制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大,要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。
(1)当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8W电阻负载（一端接地）时,要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真.
(2）功率放大电路的—3dB通频带为20Hz～20kHz。
（3）功率放大电路的效率≥60%。
（4)其他。
三、说明
1．题目基本要求中的带阻网络如图2所示.图中元件值是标称值,不是实际值，对精度不作要求，电容必须采用铝电解电容。

图2 带阻网络
2．本题中前置放大电路电压放大倍数是在输入信号vi电压有效值为5mV的条件下测试。
3．题目发挥部分中的功率放大电路不得使用MOS集成功率模块。
4．本题中功率放大电路的效率定义为：功率放大电路输出功率与其直流电源供给功率之比，电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。
5．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

四、评分标准

项目
主要内容
满分
设计报告
系统方案
总体方案设计
6
理论分析与设计
前置放大电路设计
功率放大电路设计
数字幅频均衡电路设计
数字处理算法设计
12
电路与程序设计
总体电路
工作流程
4
测试方案与测试结果
调试方法与仪器
测试数据完整性
测试结果分析
5
设计报告结构及规范性
摘要
设计报告正文的结构
图表的规范性
3
总分：
30
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1)项
13
完成第(2）项
12
完成第(3)项
20
其他
5
总分：
50