2020年TI杯大学生电子设计竞赛 放大器非线性失真研究装置（E题）
1．任务
设计并制作一个放大器非线性失真研究装置，其组成如图1所示，图中的K1和K2为1×2切换开关，晶体管放大器只允许有一个输入端口和一个输出端口。
图1 放大器非线性失真研究装置组成框图
2．要求
K1和K2均投到各自的“1”端子，外接信号源输出频率1kHz、峰峰值20mV的正弦波作为晶体管放大器输入电压u1，要求输出无明显失真及四种失真波形u0，且u0的峰峰值不低于2V。外接示波器测量晶体管放大器输出电压u0波形。
（1）放大器能够输出无明显失真的正弦电压u0（10分）
（2）放大器能够输出有“顶部失真”的电压u0（15分）
（3）放大器能够输出有“底部失真”的电压u0 （15分）
（4）放大器能够输出有“双向失真”的电压u0 （15分）
（5）放大器能够输出有“交越失真”的电压u0 （15分）
（6）分别测量并显示上述五种输出电压u0的“总谐波失真”近似值 （20分）
（7）其他（10分）
（8）设计报告 （20分）
项 目 | 主要内容 | 满分 |
方案论证 | 比较与选择，方案描述。 | 3 |
理论分析与计算 | 系统相关参数设计 | 5 |
电路与程序设计 | 系统组成，原理框图与各部分电路图，系统软件与流程图。 | 5 |
测试方案与测试结果 | 测试结果完整性，测试结果分析。 | 5 |
设计报告结构及规范性 | 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。 | 2 |
总分 | 20 | |
3．说明
（1）限用晶体管、阻容元件、模拟开关等元器件设计并实现图1中的受控晶体管放大器，其输出的各种失真或无明显失真的信号必须出自该晶体管放大电路，禁用预存失真波形数据进行D/A转换等方式输出各种失真信号。
（2）在设计报告中，应结合电路设计方案阐述出现各种失真的原因。
（3）无明显失真及四种具有非线性失真电压u0的示意波形如图2所示：
图2 无明显失真及四种具有非线性失真的u0示意波形
（4）总谐波失真定义：
线性放大器输入为正弦信号时，其非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量，常用总谐波失真(THD：total harmonic distortion)衡量线性放大器的非线性失真程度。
THD定义：若线性放大器输入电压
，
其含有非线性失真的输出交流电压为
，
则有：
在完成设计要求的第（6）项时，谐波取到五次即可，即
（5）对THD自动测量期间，不得有任何人工干预。
（6）K1和K2的“2”端子用于作品测试。
