2025年電子工程師筆試試題及答案一、基礎(chǔ)知識（共30分）1.（5分）簡述PN結(jié)在溫度升高時，內(nèi)建電場和反向飽和電流的變化趨勢，并解釋其物理機制。答案：溫度升高時，PN結(jié)內(nèi)建電場減弱，反向飽和電流顯著增大。物理機制：溫度升高使本征載流子濃度ni指數(shù)增長（ni2∝T3e^(-Eg/kT)），導(dǎo)致空間電荷區(qū)兩側(cè)的多子擴散能力增強，平衡時內(nèi)建電場（由正負離子電荷產(chǎn)生）因擴散與漂移的動態(tài)平衡被打破而減弱。反向飽和電流由少子的漂移運動決定，少子濃度隨溫度升高呈指數(shù)增加，故反向電流顯著增大。2.（5分）電路如圖1所示（注：圖中R1=10kΩ，R2=20kΩ，R3=15kΩ，Us=12V，Is=2mA），求A點電位VA。答案：采用節(jié)點電壓法，設(shè)參考地為節(jié)點0，A點為節(jié)點1。節(jié)點1的電流方程為：(VA-Us)/R1+VA/R2=Is。代入數(shù)值：(VA-12)/10k+VA/20k=2m。通分后：2(VA-12)+VA=40→3VA=64→VA≈21.33V。3.（10分）已知連續(xù)時間信號x(t)=e^(-2t)u(t)（u(t)為單位階躍函數(shù)），求其傅里葉變換X(jω)，并畫出幅頻特性|X(jω)|的大致曲線。答案：傅里葉變換公式為X(jω)=∫(-∞,∞)x(t)e^(-jωt)dt。因x(t)為因果信號，積分區(qū)間為[0,∞)，故X(jω)=∫(0,∞)e^(-2t)e^(-jωt)dt=∫(0,∞)e^(-(2+jω)t)dt=1/(2+jω)。幅頻特性|X(jω)|=1/√(22+ω2)，曲線為以ω=0為頂點，隨|ω|增大單調(diào)下降的雙曲線，當(dāng)ω=0時|X(j0)|=0.5，ω=±2時|X(j±2)|=1/(2√2)≈0.353。4.（10分）某放大電路的電壓增益函數(shù)為Av(s)=1000/(1+s/10?)(1+s/10?)，求其中頻段電壓增益（dB）、上限截止頻率fH，并畫出波特圖的幅頻特性漸近線。答案：中頻段增益Avm=1000，轉(zhuǎn)換為dB為20lg1000=60dB。上限截止頻率由兩個極點中較小的時間常數(shù)決定，即fH≈1/(2π√(10?×10?))？不，實際上限截止頻率是當(dāng)兩個極點頻率相差10倍以上時，取較小的極點頻率作為主極點。此處極點頻率f1=10?/(2π)≈1592Hz，f2=10?/(2π)≈159kHz，因f2=100f1，故fH≈f1=1592Hz（更精確的計算為fH≈1/(2π√((1/10?)2+(1/10?)2))≈10?/(2π)，因10?的影響可忽略）。波特圖幅頻漸近線：中頻段60dB，在f1=1592Hz處開始以-20dB/十倍頻下降，在f2=159kHz處斜率變?yōu)?40dB/十倍頻（但實際工程中若f2≥10f1，可近似認(rèn)為fH=f1）。二、模擬電子技術(shù)（共30分）5.（8分）圖2所示差分放大電路中，VCC=VEE=12V，Rb=1kΩ，Rc=10kΩ，Re=10kΩ，β=100，rbe=2kΩ，ui1=10mV，ui2=-10mV。求：（1）差模輸入電壓uid；（2）差模電壓增益Ad；（3）輸出電壓uo。答案：（1）uid=ui1-ui2=20mV；（2）差模增益Ad=-βRc/(2(rbe+Rb))=-100×10k/(2×(2k+1k))=-100×10/(6)≈-166.67；（3）uo=Ad×uid=-166.67×20mV≈-3.33V。6.（8分）判斷圖3所示電路的反饋類型（正/負反饋，電壓/電流反饋，串聯(lián)/并聯(lián)反饋），并計算深度負反饋下的閉環(huán)增益Af=uo/ui。答案：反饋類型：通過Rf將輸出電壓uo反饋到反相輸入端，形成電壓并聯(lián)負反饋（判斷依據(jù)：輸出端取樣為電壓，輸入端反饋信號與輸入信號以電流形式疊加）。深度負反饋下，凈輸入電流i+=i-≈0，故iR1=ui/R1，iRf=uo/Rf，因iR1=iRf（節(jié)點KCL），故ui/R1=-uo/Rf（反相輸入），閉環(huán)增益Af=uo/ui=-Rf/R1。7.（14分）設(shè)計一個增益為40dB、通帶截止頻率為10kHz的二階壓控電壓源低通濾波器（VCVSLPF），要求使用運放LM358，電容C1=C2=10nF，計算電阻R1、R2、Rf、Rg的值（設(shè)品質(zhì)因數(shù)Q=0.707）。答案：40dB增益對應(yīng)Avf=10（20lg10=20dB？不，40dB是20lgAvf=40→Avf=100）。二階低通濾波器的傳遞函數(shù)為Av(s)=Avf/(1+(3-Avf)sRC+(sRC)2)，其中截止頻率fc=1/(2πRC)，Q=1/(3-Avf)。已知Q=0.707，故1/(3-Avf)=0.707→3-Avf≈1.414→Avf≈1.586（但用戶要求增益40dB即Avf=100，這說明可能題目中Q需調(diào)整，或用戶需求有誤。實際設(shè)計中，若Avf>3會導(dǎo)致Q<0，電路不穩(wěn)定，因此可能題目中的增益應(yīng)為20dB即Avf=10）。假設(shè)題目增益為20dB（Avf=10），則Q=1/(3-10)=-1/7（不合理），說明應(yīng)采用巴特沃斯響應(yīng)（Q=0.707），此時Avf=3-1/Q=3-1.414≈1.586（單位增益緩沖器+電阻分壓）。重新計算：fc=10kHz，C=10nF，則R=1/(2πfcC)=1/(2π×10k×10n)=1/(2π×10??)≈1592Ω。R1=R2=R≈1.6kΩ。運放同相端電阻Rg=R1∥R2≈800Ω（平衡直流偏置）。反饋電阻Rf=(1.586-1)Rg≈0.586×800≈469Ω（因Avf=1+Rf/Rg→Rf=(Avf-1)Rg）。若嚴(yán)格要求增益40dB（Avf=100），需采用多級放大，但二階LPF本身增益受限，故可能題目存在筆誤，正確增益應(yīng)為20dB（Avf=10），此時Q=1/(3-10)=-0.142（不可行），因此合理設(shè)計應(yīng)為Avf=1.586（Q=0.707），增益約4dB（20lg1.586≈4dB），需后級再加一級增益為100/1.586≈63的放大器。三、數(shù)字電子技術(shù)（共30分）8.（6分）用3線-8線譯碼器74HC138和最少的門電路實現(xiàn)邏輯函數(shù)F=ABC+AB?C?+A?BC?+A?B?C。答案：將函數(shù)化為最小項形式：F=m7+m4+m2+m1（A為最高位）。74HC138的輸出為Y0?~Y7?（低有效），故F=Y1?·Y2?·Y4?·Y7?的非（即F=Y1+Y2+Y4+Y7），用與非門實現(xiàn)：F=(Y1?·Y2?·Y4?·Y7?)。9.（8分）設(shè)計一個同步模6計數(shù)器，要求使用JK觸發(fā)器，狀態(tài)轉(zhuǎn)換為0→1→2→3→4→5→0，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、激勵表，并推導(dǎo)各觸發(fā)器的驅(qū)動方程。答案：狀態(tài)編碼Q2Q1Q0：000→001→010→011→010？不，正確模6應(yīng)為000→001→010→011→100→101→000。狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：現(xiàn)態(tài)Q2Q1Q0|次態(tài)Q2Q1Q0000→001001→010010→011011→100100→101101→000激勵表（JK觸發(fā)器特性：Q=JQ?+K?Q）：對于Q0：現(xiàn)態(tài)Q0|次態(tài)Q0|J0|K00→1→J0=1,K0=×（任意）1→0→J0=×,K0=11→0→同上（狀態(tài)001→010時Q0從1→0）0→1→狀態(tài)010→011時Q0從0→11→0→狀態(tài)011→100時Q0從1→00→1→狀態(tài)100→101時Q0從0→11→0→狀態(tài)101→000時Q0從1（Q0=1？101的Q0=1，次態(tài)000的Q0=0）→J0=×,K0=1觀察Q0的變化：每來一個時鐘，Q0翻轉(zhuǎn)一次（0→1→0→1→0→1→0），故J0=K0=1（T觸發(fā)器接法）。Q1的變化：現(xiàn)態(tài)Q1|次態(tài)Q1|條件（Q2,Q0）000→001：Q1=0→0（Q2=0,Q0=0）→J1=0,K1=×001→010：Q1=0→1（Q2=0,Q0=1）→J1=1,K1=×010→011：Q1=1→1（Q2=0,Q0=0）→J1=×,K1=0011→100：Q1=1→0（Q2=0,Q0=1）→J1=×,K1=1100→101：Q1=0→0（Q2=1,Q0=0）→J1=0,K1=×101→000：Q1=0→0（Q2=1,Q0=1）→J1=0,K1=×簡化得J1=Q?2Q0，K1=Q?2Q0（當(dāng)Q?2Q0=1時，1→0；否則保持）。Q2的變化：僅當(dāng)現(xiàn)態(tài)為101（Q2=1,Q1=0,Q0=1）時次態(tài)Q2=0，其他狀態(tài)中，當(dāng)Q2=0且Q1=1、Q0=1時（011→100），Q2=0→1。故J2=Q1Q0，K2=Q1Q0（當(dāng)Q1Q0=1時，0→1；1→0）。驅(qū)動方程：J0=K0=1；J1=K1=Q?2Q0；J2=K2=Q1Q0。10.（16分）用8位逐次逼近型ADC對0~5V模擬信號采樣，參考電壓Vref=5V，時鐘頻率fclk=1MHz。（1）計算ADC的分辨率（mV）；（2）求轉(zhuǎn)換時間；（3）若輸入電壓Vi=3.2V，寫出轉(zhuǎn)換后的二進制碼；（4）簡述逐次逼近型ADC的工作原理。答案：（1）分辨率=Vref/(2?-1)=5V/255≈19.6mV；（2）逐次逼近型轉(zhuǎn)換時間為n個時鐘周期（n=8），故轉(zhuǎn)換時間=8×1μs=8μs；（3）Vi=3.2V對應(yīng)的數(shù)字量D=Vi×(2?-1)/Vref=3.2×255/5=163.2，取整為163（二進制10100011）；（4）工作流程：啟動轉(zhuǎn)換后，控制邏輯從最高位開始，逐位試探：首先設(shè)置最高位為1，其余為0，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到試探電壓Vt，比較Vt與Vi：若Vt≤Vi，保留該位為1；否則置0。依次處理次高位，直到最低位，最終得到數(shù)字碼。四、通信與嵌入式系統(tǒng)（共30分）11.（8分）某二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)采用2ASK調(diào)制，碼元速率RB=1Mbps，載波頻率fc=10MHz，滾降系數(shù)α=0.5。（1）計算信號帶寬；（2）若接收端采用包絡(luò)檢波，畫出解調(diào)原理框圖；（3）簡述2ASK與2PSK的主要區(qū)別。答案：（1）2ASK信號帶寬B=(1+α)RB=1.5×1Mbps=1.5MHz；（2）解調(diào)框圖：帶通濾波器→包絡(luò)檢波器→低通濾波器→抽樣判決器；（3）主要區(qū)別：2ASK用載波幅度變化表示數(shù)字信號，抗噪聲能力差；2PSK用載波相位變化表示（0/π），抗噪聲能力強，但存在相位模糊問題。12.（10分）基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103微控制器，要求配置PA5引腳為推挽輸出，頻率50MHz，同時使能TIM2的更新中斷（中斷號28），優(yōu)先級組為4位搶占優(yōu)先級（0~15），設(shè)置搶占優(yōu)先級為3，子優(yōu)先級為0。寫出相關(guān)寄存器配置代碼（使用標(biāo)準(zhǔn)庫）。答案：//配置PA5為推挽輸出，50MHzGPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//配置TIM2更新中斷NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStruct;TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStruct;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler=7199;//72MHz/7200=10kHzTIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period=999;//10kHz/1000=10Hz（100ms中斷）TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStruct);TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);//使能更新中斷NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//4位搶占優(yōu)先級NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;//子優(yōu)先級無效（組4無子優(yōu)先級）NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//啟動定時器13.（12分）設(shè)計一個基于STM32的溫度采集系統(tǒng)，要求：（1）傳感器選用DS18B20（單總線協(xié)議）；（2）信號經(jīng)調(diào)理后由片內(nèi)12位ADC采樣；（3）通過UART將溫度值（精度0.1℃）發(fā)送至上位機。畫出系統(tǒng)框圖，簡述關(guān)鍵步驟，并寫出DS18B20初始化的時序流程。（1）系統(tǒng)框圖：STM32（包含ADC、UART、GPIO）←單總線→DS18B20→溫度信號→調(diào)理電路（可選，若DS18B20輸出數(shù)字信號則無需）→ADC（若需模擬信號則需，但DS18B20為單總線數(shù)字傳感器，故實際應(yīng)為STM32通過GPIO模擬單總線協(xié)議讀取溫度值，再通過UART發(fā)送）。（2）關(guān)鍵步驟：①配置GPIO為開漏輸出，模擬單總線協(xié)議；②初始化DS18B20（復(fù)位→檢測存在脈沖→發(fā)送ROM命令→發(fā)送功能命令）；③讀取溫度寄存器（2字節(jié)，高字節(jié)符號位，低字節(jié)分?jǐn)?shù)位）；④轉(zhuǎn)換為實際溫度值（例如，12位分辨率時，溫度=計數(shù)值×0.0625℃）；⑤配置U1ART（波特率9600，8位數(shù)據(jù)，1位停止位）；⑥將溫度值格式