本课程涉及multisim软件进行电路仿真，Altium Designer进行板级电路设计。
模电综合-实验1：Joule Thief电路-高效电能收集器
实验目的：
（1）掌握电感自激振荡器的定性分析，电路升压原理。
（2）学会绕制环形变压器和测量电感值。
（3）掌握在通用板上安装和焊接元器件。
这个超级小电路称为Joule Thief（焦耳贼）！ 之所以叫这个名字是因为它会从电池中夺走每一点点的电量，即便其它用电器已经宣布电池已经“死了”！
当一个1.5伏的电池已经用完了，你用万用表通常可以测量出大约1伏的电压。 焦耳贼并不关心这个电压具体到底是多少，它会尽可能的搜刮电池里的剩余电能，并把它升压到3伏左右。这个电路是如此简单，你只需要把所有器件焊接在一起，没有电路板的需要！
基本工作原理如下：初始上电时，i1经过1k电阻，流过8050的基极，逐渐增大，8050由截至慢慢趋向导通至饱和，即i2也逐渐变大。这时由于变压器的互感效应，i1的回路将产生对应i2的感生电流，方向是流向同名端，即与i1的方向是相反的，结果是逐渐抵消了电流i1，这将使8050由饱和导通走向截止。8050一旦截止，i2将丧失经过8050集电极和发射极的电流通路，由于电感的电流不能突变为0，i2将强行流经LED（产生一个高压，使LED导通）。
实验报告上必须包含的实测数据，用于分析
（自己设计表格）
1、焊接前测用TL2812D_LCR测试仪测电感
2、集电极波形
3、电路中I1电流、电压（电压源模拟电池，max=1.5V，min=？）和灯的亮暗数据记录
模电综合-实验2：信号产生
一、基础题：锯齿波振荡器
（1）比较器输出+𝑽𝑪𝑪时，积分时间常数为 𝝉𝟏 = (𝑹𝟑||𝑹𝟒) 𝑪
（2）比较器输出−𝑽𝑪𝑪时，积分时间常数为 𝝉𝟐 = 𝑹𝟑𝑪
•𝑻′的宽度取决于𝑹𝟑和𝑹𝟒的比值
要求：
1、供电电源：双路电源，
2、输出波形不失真
3、频率：T=1KHz
4、𝑻′ =800us
5、峰峰值： 5V
二、提高题：压控脉冲波/锯齿波振荡器电路
要求：
1、供电电源：±5.7V ，到集成电路引脚是±5V
2、制作一个简易直流电压信号Vin，是一路缓慢变化的直流电压信号，变化范围限定在0.5~4.5V之间，其电压变化可引起电路振荡频率发生改变。
3、通过电路仿真研究其工作原理。
4、 输出波形不失真。
5、频率：T=1KHz
6、𝑻′ =800us
7、锯齿波峰峰值： 3.5V
8、电路中只能用一个电位器
模电综合-实验3：电容测量仪
电容测量仪的原理框图如下图所示：
原理：将频率为f0的正弦波电压作用于被测电容Cx，通过C/ACV转换电路，将Cx转换为交流电压信号，再经带通滤波器滤去干扰频率，从而输出幅值正比于Cx的f0正弦波电压，最后利用数字电压表，以数字形式显示被测电容的容值。
电容测量仪参考电路：
（1）正弦波振荡电路：
采用文氏桥振荡器来产生正弦波振荡电路，f0=400Hz ，f0=1/2πRC，R=39.2kΩ, C=0.01μF，RW+R1≥2R2
（2）反相比例运算电路：为了隔离振荡电路与被测电容，这里设置了由A2、R6～R8组成的反相比例运算电路起到缓冲作用，同时，通过调整R8可以改变比例系数，起校准作用。
（3）C/ACV转换电路：由A3组成C/ACV转换电路，当频率为f0的正弦波电压幅度一定时，Vo2也是定值，对于一定范围的Cx，选定R9，则VO3与Cx成正比。
（4）带通有源滤波电路：带通有源滤波电路用以滤除非线性失真引起的谐波频率，由A4等元器件组成，其中心频率为
f_0=1/2π√(1/(R_12 C_3 C_4 ) [1/R_10 +1/R_11 ] )
C_3=C_4=0.01μF,R_12=180kΩ，
R_10=73kΩ,R_11=10kΩ,则f_0=400Hz
其输出电压是与被测电容容量成正比的400Hz交流信号。
要求：
1、电源：±8.7V ，到集成电路引脚是±8V ，装防电源插反保护二极管；电源必须加滤波电容，集成电路电源引脚加0.1μF磁片电容，电源进线处加22μF电解电容。
2、注意：万用表交流值能测的最高频率是400Hz，有效值最小量程是mV，提供的参考设计数据f_0=400Hz，用此设计数据只能得基本分，建议学生自行设计电路和参数。
3、电路中只能用一个电位器。
4、PCB板尺寸不得大于7cmX7cm（即板上边框尺寸， PCB板不需要裁剪）；必须刻有学号。
5、测试方便、布局合理、走线规范、泪滴、铺铜规范、铺铜时接地必须是花焊盘。
模电综合-实验4：温度测量仪
目标：
①利用电流型温度传感器LM234获得与温度成正比的电流，再通过运算放大器构成的信号处理电路，获得预定的电压-温度转换公式，要求：温度在0℃ ~100℃之间变化，则输出电压相应在0~10V之间变化。这样通过数字万用表可直观显示温度。
②掌握集成温度传感器的工作原理。
③学会阅读集成电路datasheet资料和选择运放
④熟练使用Altium Designer软件设计原理图和PCB
⑤熟练掌握PCB加工步骤，主要包括：输出PCB图纸、转印、腐蚀PCB板、打孔、 PCB板防氧化处理、焊接元器件
⑥调试温度测量仪
温度测量仪的电原理图如下图所示：
1、R1 取227 Ω时，可获得1 μA/K的灵 敏度，经取样电阻 R2、R3 转变为10mV/K的电压输出，在0~100 ℃范围内VA1= 2.73~3.73V
2、经A1电压跟随器隔离缓冲后输出的2.73~3.73 V作用于A2差分电路的反相端
3、由A4 提供的基准电压作用于其A2 差分电路的同相端。在0℃(即为273K)时(没条件怎么办？)调节R10，使A2的输出电压为零。
4、A3为10倍反相放大器，在100℃ (即为373K)时(没条件怎么办？)调节R13，使A3 的输出电压为10V。输出电压0~10V至数字电压表来指示当前温度。
5、 在常温？时，调节R2，使 VA1=? V。
P.S. 单面PCB板设计规范
1、走线画BOTTOM层，从TOP层看进去
2、走线45°；走线首尾成滴水状
3、走线宽≥1mm
4、集成电路下面不易多走线
5、走线离板边≥1mm
6、铺铜时用花焊盘
7、元器件离板边≥10mm
8、铺铜与其它间距≥1mm
9、线之间、线与焊盘之间、焊盘与焊盘之间等间距≥1mm
10、4角要有安装孔￠=3.5mm，一般离角4mmx4mm
11、一般孔径为0.9mm，其焊盘直径≥3mm
12、焊盘间距比较小时，采用椭圆形焊盘，如2mmx3mm
13、布局时要考虑元器件焊接和安装方便
14、需DRC检查
一、基础题（老师提供的参考设计方案）要求
1、电源必须装防电源插反保护二极管和滤波电容
2、LM234插在3芯插座上，方便测试时加减温度
3、PCB板上请印上学号
4、要求装贴片元器件
5、大面积铺铜（地线）
6、输出温度的灵敏度达到0.1V/K。
7、印板面积≤100mmx100mm
8、画出温度测量仪传输特性曲线
9、工艺要求：测试方便、布局合理、走线规范、印板元器件库符合工程要求
10、软件仿真时LM234用电流源替代
二、提高题：单电源设计温度测量仪。
1、单电源
2、运放可以使用其它芯片
3、其它同基础题
模电综合-实验5：多信号发生器
2019 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题要求：
设计制作电路产生下列四路信号:
1、频率为19kHz~2IkHz 连续可调的方波脉冲信号，幅度不小于3.2V。
2、与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰-峰值(Vpp)不小于1V。
3、与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号，幅度不小于3.2V。
4、与正弦波正交的余弦波信号，相位误差不大于5°，输出电压峰-峰值(Vpp)不小于1V。
5、各路信号输出必须接1kΩ负载电阻(RL)，要求安装方便测试的插座，并在输出信号插座旁PCB上印制信号名称（即U01 、 U02 、 U03 、 U04） ，便于测试。
6、不允许增加使用IC 芯片和增加使用BJT、FET 和二极管。
7、各路信号测试在电路互联且加负载情况下进行。
8、只允许使用单一+5V 电源。
9、实验室提供
① 直插的LM324AD、SN74LS00D芯片 各1片
② 14芯芯片插座x2
③ 精密电位器10k、20k和100k等
④ 贴片和直插元器件
⑤ 7cmx7cmPCB板
模电综合-实验6：反射式红外心率检测仪
实验原理：
为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG 测量等等。
反射式红外心率信号采集的原理是随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大。
这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本项目研究将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。
然后将电信号经过放大、滤波和整形，得到一个随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
反射式红外传感器采用TCRT5000，其包括红外发射器和光电晶体管，封闭包装遮蔽了可见光。外部封装还包括两个安装夹。红外LED具有良好的表皮照明度，电流一般设在10～20mA, 亮度可由外接限流电阻来控制，这样能够使红外LED 工作在饱和区域，发出稳定光强的光。
光电晶体管检测出来的信号先经一射极跟随器再经过一级放大、一级低通滤波再进行一级放大输出脉搏脉冲。
参考方案：
改进方案：
从红外光电传感器采集到的脉搏信号为几个mV量级,需要对信号进行滤波去噪处理并进行放大。考虑到运算放大器带宽增益积的限制,将放大电路分为两级, 第一级放大21倍,第二级放大21倍。由于人体心率的正常范围不大于3Hz, 将低通滤波器的截止频率设置为约5Hz; 各级放大电路之间可通过隔直电容耦合,其直流偏置电压均由放大器正向端提供。
为降低电源的复杂度，提高测量装置的便携性，整体电路采用单电源供电。放大及滤波相关电路的参考平面选取VCC/2（为什么？）。
要求：
①验收时，用示波器滚动（ Roll ）模式测输出波形。
②安装方便测试的插座，并在插座旁PCB上印制信号名称。
③直插与贴片元器件不能安装在同一面，双面都需大面积铺铜。
④PCB版尺寸越小越好。
⑤分析参考方案电路的缺点，除改进方案电路外还有其它方案吗？若有，自主设计。