2019电赛综合测评方案理论计算解析

"该文档是2019年电子设计竞赛综合测评的详细计算过程，作者根据自己的理解和实践经验，提供了4级电路的理论设计和计算，包括振荡电路的方波生成方法。文档以PDF形式提供，以解决Word版本可能出现的乱码问题。作者鼓励读者在阅读后如有疑问，可以通过论坛与他交流讨论。这份3000多字、8页的资料详尽阐述了电赛中涉及的电路理论，便于参赛者深入理解并进行实践。" 在电子设计竞赛中，一级电路通常是一个基础的振荡电路，用于产生方波信号。在这个案例中，我们关注的是一个基于运算放大器的振荡电路。首先，假设所有器件都是理想的，这意味着电阻和电容为理想元件，运算放大器是轨到轨输出，理论上能够输出0-5V的电压范围。 振荡电路的工作原理是基于运算放大器的非线性特性。当运放输出高电平时，电容C2通过电阻R2充电，直到其两端电压超过运放的高阈值（H_U+）。接着，运放输出变为低电平，电容C2通过R2放电，直到电压低于低阈值（L_U+），然后运放再次切换到高电平状态，形成一个方波周期。 计算过程分为两部分：一是确定运放同相端电压H_U+和L_U+；二是计算充电时间常数τ（即R2和C2组成的RC网络的充电时间）。 对于运放同相端电压的计算，我们需要根据运放输出的高低电平状态应用KCL（基尔霍夫电流定律）来建立方程。在高电平状态下，运放同相端电压（H_U+）和电阻R4、R5的连接点电压（HX_U）满足特定关系；在低电平状态下，运放同相端电压（L_U+）和电阻R4、R5的连接点电压（LX_U）同样遵循相应的方程。通过代入具体数值，我们可以计算出H_U+和L_U+的电压值。 充电时间的计算涉及RC网络的充放电特性。在充电过程中，电容C2的电压从L_U+上升到H_U+，我们可以利用RC充电曲线的指数关系来确定所需时间（1_T）。通过设置初始电压、最终电压和时间t的方程，我们可以解出充电时间常数τ，从而计算出1_T。 这个计算过程对于理解振荡电路的工作原理至关重要，特别是对于电子设计竞赛的参与者来说，它提供了实际操作和理论分析的结合，有助于提升电路设计和优化的能力。通过学习这样的文档，参赛者不仅可以掌握具体的计算技巧，还能对电路动态行为有更深入的认识。