平均值检测模块技术文档

平均值检测模块采用高精度运算放大器和RC积分电路，实现对输入信号平均值的精确计算。模块支持直流平均值和交流有效值检测，具有可调时间常数、低噪声、高线性度等特点。内置缓冲放大器确保输入阻抗匹配，适用于信号处理分析、电力测量、音频处理等多种应用场景。

输入信号 → [输入缓冲] → [全波整流] → [RC积分电路] → [输出缓冲] → 平均值输出
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[输入保护]   [增益调节]   [整流控制]   [时间常数]   [输出驱动]
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[过压指示]   [增益指示]   [模式选择]   [复位控制]   [输出指示]

平均值检测模块的核心是基于运算放大器构建的精密积分电路。输入信号首先经过高输入阻抗的缓冲放大器进行阻抗变换，避免对前级电路造成负载影响。缓冲级采用低噪声、低偏置电流的运算放大器，确保信号完整性。

对于交流信号的平均值检测，电路采用精密全波整流器设计。该整流器由两个运算放大器构成，第一级实现半波整流，第二级进行信号反相和求和运算，最终得到输入信号的全波整流波形。整流电路具有良好的线性度和温度稳定性，适用于各种频率的交流信号。

积分电路是模块的关键部分，由运算放大器、积分电阻和积分电容组成。积分电阻和电容的时间常数决定了平均值计算的时间窗口。较大的时间常数提供更稳定的平均值输出但响应较慢，较小的时间常数响应快速但输出纹波较大。模块提供多档时间常数选择，通过跳线或拨码开关设置。

输出级采用电压跟随器配置，提供低输出阻抗和强驱动能力。同时设置输出限幅保护，防止异常情况下的输出过压。复位电路通过模拟开关快速放电积分电容，实现测量数据的快速清零。整个电路采用双电源供电，确保对正负信号的对称处理能力。

• 输入电压范围：±10V
• 平均值计算精度：±0.2%
• 频率响应：DC ~ 100kHz
• 积分时间常数：1ms ~ 10s (可调)
• 输入阻抗：> 1MΩ
• 输出阻抗：< 10Ω
• 工作温度：-25°C ~ +70°C
• 供电电压：±12V / ±15V
• 功耗：< 100mW

1. 电源连接：连接±12V或±15V双电源，确保电源纹波小于1mV
2. 输入连接：将待测信号接入VIN管脚，注意不要超出输入量程
3. 模式设置：通过SW2选择DC或AC测量模式
4. 时间常数设置：根据信号特性调节JP1选择合适的积分时间
5. 增益调节：通过JP2设置输入增益，必要时调节RV1进行零点校准
6. 开始测量：观察LED2指示灯，亮起表示数据就绪
7. 读取结果：从VOUT管脚读取平均值输出电压
8. 复位操作：需要重新开始测量时按下SW1复位按键
9. 故障检查：LED3亮起表示输入过载，应检查输入信号幅度
10. 定期校准：建议每季度使用标准信号源进行精度校验

基于平均值检测模块可实现的竞赛项目包括：

电力测量与分析类 - 数字式工频有效值多用表 (2005年A题) - 开关电源模块并联供电系统 (2006年A题) - 电能质量分析仪 (2016年A题) - 微电网模拟系统 (2020年A题)

信号处理与测量类 - 简易数字频率计 (2001年A题) - 简易数字存储示波器 (2009年A题) - 数字幅频均衡功率放大器 (2011年A题) - 简易频谱分析仪 (2017年A题)

通信系统测量类 - 调幅信号检测装置 (2007年A题) - 简易数字信号传输性能分析仪 (2012年A题) - 信号失真度测量装置 (2014年A题) - 数字式交流毫伏表 (2015年A题)

音频处理类 - 音频信号分析仪 (2004年B题) - 声音导引系统 (2008年B题) - 数字音响功率放大器 (2010年A题) - 音频功率放大器 (2018年B题)

自动控制与检测类 - 简易无线电遥控系统 (2019年B题) - 运动目标控制与自动追踪系统 (2021年B题) - 电压控制LC振荡器 (2003年B题) - 程控滤波器 (2013年B题)

测试仪器类 - 简易电阻、电容、电感测试仪 (2003年A题) - 简易逻辑分析仪 (2013年A题) - 宽带直流放大器 (2002年A题) - 高效率音频功率放大器 (2022年A题)

平均值检测是这些项目中信号处理、功率测量、质量分析的核心功能，本模块可为参赛队伍提供高精度、多功能的硬件支持平台。