2020电赛经验总结+E题解题思路

取得的成果和经验

四川省2020年电子设计竞赛已经落下帷幕，第一次参加电赛，无论从知识还是经验上都有所获得。虽然只取得省三的成绩，但整个比赛过程为明年备战国赛具有指导作用，也算是一个不错的结果。
一个团队中每个人都会影响整个团队的发挥，今年是我一个人在支撑着整个队伍，又是负责焊板子，调电路，又要负责写程序，还好报告有队员分担，不然四天三夜不睡觉我也搞不完。如果想要走的更远，真的需要更强的队友，更好的分工，每个人真的能受任于自己负责的部分。
今年吃了一个大亏，第一天四种波形其实都已经调试出来并且焊接好，但是我并没有直接组装成成品，反而是去焊接调试ADC处理电路，结果到第四天才慌慌张张把调好的基础部分的电路组装起来，包括按键电路和继电器电路。这直接导致我没有时间去写fft算法，THD最终很遗憾，被我扼杀在摇篮中。在交作品的最后两个小时，我们的顶部失真居然出问题了，真把我急坏了，赶快检查，我知道这个时候慌张一点都没用，还是要沉住气，最后检查到一个虚焊点，重新焊接以后问题得以解决。
整个比赛过程真的好累，每天都过得很紧张，睡觉的时间也就两三个小时，还好我暑假有专门练习过信号题，才比较得心应手，真就还是那句话，功夫在平时。

解题思路

四川省总共有四个题，准备了一个月的小车，结果确没有学MSP430，只好选择E题。E题的解决方案在第一天就定下来了，考虑到9013三极管单极放大电路的放大倍数有限，而题目中要求将峰峰值为20mv的信号放大到至少2v的峰峰值，所以采用两级放大电路。由于时间紧迫，我们没有按照9013三极管技术手册去计算各个偏置电阻的阻值，而是借鉴了2019年电赛D题的题目配置。不过在调试的时候发现这个单极电路如果作为第一级放大电路，由于放大倍数太大，输出电压如果直接作为第二级放大电路的输入电压会造成第二级电路出现双向失真的情况。于是在第一级输出进行分压，通过一个射级跟随器对分压进行电压跟随，之后再作为输入电压输入到第二级放大电路进行放大。这样就能得到波形较好的正弦波。电路图如下：

对于一般失真波形的输出，需要通过改变Q点的位置来得到，我们以上图中第一级射级偏置电路为例，设用字母h表示三极管的放大倍数，根据射级偏置电路的特点，存在ICQ=(VBQ-VBEQ)/Re,又有IBQ=ICQ/h,VBQ=R4/(R3+R4)VCC,三个公式进行组合后得到：IBQ=(R4VCC-VBEQ(R3+R4))/(RE(R3+R4)*h)；通过改变RE可以改变IBQ的大小，以此来改变Q点的位置。同时为了保证失真波形任然处在2V以上的峰峰值，那么就需要改变R14的分压电阻阻值来改变进入第二级的电压。三个失真波形的原因是：
1、顶部失真：Q点过低，造成截止失真；
2、底部失真：Q点过高，造成饱和失真；
3、双向失真：输入的电压峰峰值过高，或者第二级电路电源值过低。
顶部失真的波形如下，其余的失真大同小异：

对于交越失真，官方的解释是：在分析电路时把三极管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真称为交越失真。这种失真通常出现在通过零值处。由于晶体管的门限电压不为零，比如一般的硅三极管，NPN型在0.7V以上才导通，这样在0—0.7V就存在死区，同理对于PNP型三极管，在-0.7V—0V存在死区，这样就会造成失真。
具体电路如下图(借鉴网上的图)：

对于最后THD的计算，采用STM32的DSP库中的fft算法进行谐波幅值的计算。但是需要增加一个ADC电压转换电路，使用OPA842运放作为电路核心，将各个输出波形进行衰减，抬高，以符合STM32ADC的0~3.3V的电压转换标准，电路图如下：

整个题目其实并不是很难，但是需要及其牢固的模拟电路基础以及极强的动手能力。
最后附上一个我自己还未完成的fft算法，能成功输出5次谐波的幅值，但是还没有做计算，仅供参考：
链接：https://pan.baidu.com/s/1bWG3scw8t_wUKITghKBSEQ
提取码：zw8p
电路链接：
链接：https://pan.baidu.com/s/1L8b9s3tbKKLerk0rlWsZFw
提取码：rox3