電子工程師筆試題及答案一、基礎知識（共30分）1.半導體物理與器件（10分）（1）簡述PN結正向偏置時的載流子運動過程，并說明為何正向電流隨正向電壓指數增長。（2）某N型半導體中，施主雜質濃度為1×101?cm?3，本征載流子濃度ni=1×101?cm?3，求熱平衡時電子濃度n?和空穴濃度p?，并判斷多子和少子類型。2.電子元件特性（10分）（1）簡述陶瓷電容（MLCC）與電解電容在頻率特性、溫度特性及應用場景上的主要差異。（2）某金屬膜電阻標稱值為“473J”，其實際阻值范圍是多少？若將該電阻與100Ω電阻串聯(lián)后接入5V電源，求總電流及金屬膜電阻的功率損耗。3.信號與系統(tǒng)基礎（10分）（1）畫出周期方波信號（占空比50%）的幅度頻譜圖，標注前3次諧波的頻率與幅度相對值（設基波幅度為A）。（2）已知系統(tǒng)傳遞函數H(s)=1/(s2+2ζs+1)，當ζ=0.5時，求系統(tǒng)的諧振頻率ωr及3dB帶寬。二、電路分析（共30分）1.直流電路分析（10分）圖1所示電路中，R1=10Ω，R2=20Ω，R3=30Ω，R4=40Ω，Us1=12V，Us2=6V。（1）用基爾霍夫定律列寫節(jié)點電流方程和網孔電壓方程（無需求解）。（2）用戴維南定理求R4兩端的電壓Uab。2.交流電路分析（10分）圖2為RC串聯(lián)電路，輸入電壓u(t)=10√2sin(1000t)V，R=1kΩ，C=1μF。（1）計算電路的阻抗模|Z|、電流有效值I及有功功率P。（2）若將電容改為2μF，判斷電路性質（感性/容性）并說明原因。3.動態(tài)電路分析（10分）圖3所示一階RC電路中，開關S在t=0時由位置1切換至位置2，初始時電容電壓uC(0?)=0V，Us=10V，R=5kΩ，C=2μF。（1）寫出t≥0時uC(t)的表達式，并畫出其波形圖。（2）求電容電壓上升到6.32V所需的時間。三、數字電子技術（共30分）1.邏輯電路設計（10分）（1）用與非門設計一個3輸入（A、B、C）的邏輯電路，輸出F滿足：當輸入中1的個數為奇數時F=1，否則F=0（要求寫出最簡與或表達式，再轉換為與非門實現）。（2）分析圖4所示組合邏輯電路的功能，寫出輸出F的邏輯表達式并化簡。2.時序邏輯電路（10分）（1）用JK觸發(fā)器設計一個同步3位二進制減法計數器，要求畫出狀態(tài)轉換圖、驅動方程及邏輯電路圖。（2）圖5為555定時器構成的多諧振蕩器，已知R1=10kΩ，R2=20kΩ，C=0.1μF，求振蕩頻率f及占空比D。3.硬件描述語言（10分）用VerilogHDL編寫一個邊沿檢測模塊，輸入為單比特信號din，輸出為pos_edge（上升沿有效）和neg_edge（下降沿有效），要求檢測到邊沿時輸出一個時鐘周期的高脈沖（需包含時序邏輯，時鐘信號為clk，復位信號rst_n低有效）。四、模擬電子技術（共30分）1.放大電路分析（10分）圖6為分壓式偏置共射極放大電路，已知VCC=12V，Rb1=30kΩ，Rb2=10kΩ，Re=2kΩ，Rc=3kΩ，β=50，rbe=1kΩ，RL=3kΩ。（1）計算靜態(tài)工作點IBQ、ICQ、UCEQ（忽略UBE）。（2）畫出微變等效電路，計算電壓放大倍數Au、輸入電阻Ri及輸出電阻Ro。2.運算放大器應用（10分）（1）設計一個反相比例運算電路，要求輸入電阻≥10kΩ，電壓放大倍數Av=-5，畫出電路圖并標注電阻參數（運放電源為±12V）。（2）圖7為運放構成的積分器，R=100kΩ，C=0.1μF，輸入電壓ui=2V（直流），求輸出電壓uo從0V下降到-6V所需的時間。3.反饋電路分析（10分）圖8所示放大電路中，判斷反饋類型（正/負反饋，電壓/電流，串聯(lián)/并聯(lián)），并說明該反饋對輸入電阻、輸出電阻及通頻帶的影響。五、嵌入式系統(tǒng)（共30分）1.單片機基礎（10分）（1）簡述STM32F103系列單片機的Cortex-M3內核中NVIC（嵌套向量中斷控制器）的主要功能，列舉3個可配置的中斷參數。（2）某單片機IO口設置為推挽輸出模式，高電平輸出時電壓為3.3V，最大灌電流為20mA，若驅動一個工作電壓3V、工作電流10mA的LED，需在IO口與LED之間串聯(lián)多大電阻？2.外設配置（10分）（1）用STM32HAL庫配置TIM2定時器為PWM輸出模式，通道1輸出頻率為1kHz、占空比30%的信號，寫出關鍵配置步驟（包括時鐘源選擇、預分頻系數計算、自動重裝載值設置、占空比設置）。（2）簡述ADC采樣時產生量化誤差的主要原因，若使用12位ADC對0-3.3V電壓采樣，其最小量化單位是多少？3.C語言編程（10分）編寫一個函數，實現對8位無符號整數data的位操作：將第2位（從0開始計數）置1，第5位取反，其余位保持不變（要求用位運算實現，寫出函數原型及具體代碼）。六、綜合應用題（共20分）設計一個基于STM32的溫度采集系統(tǒng)，要求實現以下功能：（1）使用DS18B20數字溫度傳感器采集環(huán)境溫度（單總線接口）；（2）通過LCD1602顯示溫度值（I2C接口）；（3）當溫度超過30℃時，控制蜂鳴器（有源，高電平觸發(fā)）報警；（4）系統(tǒng)供電為5V，需設計電源轉換電路為STM32（3.3V）、DS18B20（3.0-5.5V）、LCD1602（5V）供電。請完成以下任務：（1）畫出系統(tǒng)整體框圖，標注各模塊接口類型；（2）說明DS18B20的初始化流程（包括單總線復位、ROM命令、功能命令）；（3）設計電源轉換電路（需包含防反接保護、濾波及穩(wěn)壓部分），標注關鍵元件參數；（4）寫出LCD1602顯示溫度值的主要代碼邏輯（使用HAL庫，偽代碼即可）。---答案一、基礎知識1.（1）PN結正向偏置時，外電場與內建電場方向相反，削弱了內建電場，空間電荷區(qū)變窄。P區(qū)空穴（多子）向N區(qū)擴散，N區(qū)電子（多子）向P區(qū)擴散，形成正向擴散電流。由于多子濃度受摻雜濃度決定，正向電壓主要用于克服內建電場勢壘，因此電流隨電壓按指數規(guī)律增長（I=Is(e^(qU/(kT))-1)，Is為反向飽和電流）。（2）N型半導體中，電子為多子，n?≈Nd=1×101?cm?3；空穴為少子，由ni2=n?p?得p?=ni2/n?=1×10?cm?3。2.（1）MLCC頻率特性好（高頻ESR低），溫度特性受材質影響（如X7R溫漂?。?，適用于高頻濾波、去耦；電解電容容量大（μF級），但高頻ESR高，溫度穩(wěn)定性差（低溫容值下降），適用于低頻電源濾波。（2）“473”表示47×103Ω=47kΩ，“J”表示精度±5%，故阻值范圍44.65kΩ~49.35kΩ。串聯(lián)總電阻R=47k+100≈47.1kΩ，電流I=5V/47.1kΩ≈0.106mA；金屬膜電阻功率P=I2×47k≈(0.106m)2×47k≈0.52mW。3.（1）周期方波頻譜為離散譜，基波頻率f?=1/T，幅度4A/(π)；3次諧波頻率3f?，幅度4A/(3π)；5次諧波頻率5f?，幅度4A/(5π)（僅畫前3次，幅度依次遞減）。（2）H(s)為二階系統(tǒng)，諧振頻率ωr=√(1-2ζ2)=√(1-2×0.25)=√0.5≈0.707rad/s；3dB帶寬BW=ωn(1-2ζ2)^0.5+2ζωn（ωn=1），代入ζ=0.5得BW≈1.732rad/s。二、電路分析1.（1）節(jié)點a：(Ua-Us1)/R1+Ua/R2+(Ua-Ub)/R3=0；節(jié)點b：(Ub-Ua)/R3+Ub/R4-Us2/R4=0。網孔1（左）：Us1=I1R1+I2R2；網孔2（右）：Us2=I3R3+I4R4（需明確網孔電流方向）。（2）斷開R4，求開路電壓Uoc：R1與R2并聯(lián)，R3與Us2串聯(lián)，Uoc=Us1×(R2/(R1+R2))-Us2×(R3/(R3+0))（實際需重新計算，正確步驟為：R1//R2=6.67Ω，R3=30Ω，總電流I=(12-6)/(6.67+30)=0.163A，Uoc=12-I×6.67≈10.9V；等效內阻Req=R1//R2+R3=36.67Ω；Uab=Uoc×R4/(Req+R4)=10.9×40/(36.67+40)≈5.66V。2.（1）容抗Xc=1/(ωC)=1/(1000×1e-6)=1kΩ，阻抗|Z|=√(R2+Xc2)=√(1k2+1k2)=1.414kΩ；電流有效值I=10V/1.414kΩ≈7.07mA；有功功率P=I2R=(7.07m)2×1k≈0.05W。（2）C=2μF時，Xc=1/(1000×2e-6)=500Ω，R=1kΩ>Xc，電路呈感性（電阻為主，總阻抗相位角為正）。3.（1）時間常數τ=RC=5k×2μ=0.01s，uC(t)=Us(1-e^(-t/τ))=10(1-e^(-100t))V（t≥0）；波形為指數上升曲線，最終穩(wěn)定在10V。（2）6.32V≈10×(1-1/e)，對應t=τ=0.01s。三、數字電子技術1.（1）功能為奇校驗，F=A⊕B⊕C=AB’C’+A’BC’+A’B’C+ABC；轉換為與非門：F=((AB’C’)’(A’BC’)’(A’B’C)’(ABC)’)’。（2）F=(A+B)’C+AB=(A’B’C)+AB，化簡得F=AB+A’B’C（或進一步化簡為AB+C(A’B’)）。2.（1）3位二進制減法計數器狀態(tài)：7→6→5→…→0→7；驅動方程：J1=K1=1（最低位），J2=K2=Q1’，J3=K3=Q1’Q2’；邏輯圖由3個JK觸發(fā)器級聯(lián)，Q1’接J2、K2，Q1’Q2’接J3、K3。（2）振蕩周期T=0.7(R1+2R2)C=0.7×(10k+40k)×0.1μ=3.5ms，頻率f=1/T≈285.7Hz；占空比D=(R1+R2)/(R1+2R2)=(30k)/(50k)=60%。3.Verilog代碼：```verilogmoduleedge_detect(inputclk,inputrst_n,inputdin,outputregpos_edge,outputregneg_edge);regdin_delay;always@(posedgeclkornegedgerst_n)beginif(!rst_n)begindin_delay<=0;pos_edge<=0;neg_edge<=0;endelsebegindin_delay<=din;pos_edge<=din&~din_delay;neg_edge<=~din&din_delay;endendendmodule```四、模擬電子技術1.（1）基極電壓UB=VCC×Rb2/(Rb1+Rb2)=12×10/(30+10)=3V；UE=UB-UBE≈3V（忽略UBE），IE=UE/Re=3V/2k=1.5mA；ICQ≈IE=1.5mA，IBQ=ICQ/β=30μA；UCEQ=VCC-ICQ(Rc+Re)=12-1.5m×(3k+2k)=4.5V。（2）微變等效電路中，Au=-β(Rc//RL)/rbe=-50×(3k//3k)/1k=-75；Ri=Rb1//Rb2//rbe≈30k//10k//1k≈833Ω；Ro=Rc=3kΩ。2.（1）反相比例電路：R1=10kΩ（輸入電阻），Rf=5R1=50kΩ，平衡電阻Rp=R1//Rf≈8.33kΩ；電路圖：運放反相端接R1到輸入，Rf反饋，同相端接Rp到地。（2）積分器輸出uo=-(1/(RC))∫uidt，代入ui=2V，RC=100k×0.1μ=0.01s，uo=-2t/0.01=-200t；當uo=-6V時，t=6/200=0.03s=30ms。3.反饋類型：電壓串聯(lián)負反饋（反饋信號取自輸出電壓，與輸入電壓串聯(lián)比較，且凈輸入減?。?。影響：增大輸入電阻，減小輸出電阻，展寬通頻帶。五、嵌入式系統(tǒng)1.（1）NVIC功能：管理中斷優(yōu)先級、嵌套、使能/禁用；可配置參數：中斷優(yōu)先級（搶占優(yōu)先級、子優(yōu)先級）、中斷使能位、中斷掛起位。（2）LED壓降3V，IO口輸出3.3V，需降壓0.3V，電流10mA，電阻R=0.3V/10mA=30Ω（需考慮IO口最大灌電流20mA，10mA在允許范圍內）。2.（1）配置步驟：①使能TIM2時鐘；②計算預分頻系數PSC：系統(tǒng)時鐘72MHz，目標頻率1kHz，周期1ms；自動重裝載值ARR=72MHz/(PSC+1)/(ARR+1)=1kHz→設PSC=71，則ARR=999（72M/(72×1000)=1kHz）；③配置TIM2_CH1為PWM模式1，占空比=30%×(ARR+1)=300；④使能輸出。（2）量化誤差源于ADC位數有限，最小量化單位=3.3V/(212-1)≈0.806mV。3.函數代碼：```cuint8_tbit_operation(uint8_tdata){data|=(1<<2);//第2位置1data^=(1<<5);//第5位取反returndata;}```六、綜合應用題（1）系統(tǒng)框圖：STM32（3.3V）←→DS18B20（單總線）、LCD1602（I2C）、蜂鳴器（GPI