2025年高頻畫電路圖面試試題及答案試題1：差分放大電路設(shè)計與分析要求：設(shè)計一個采用電流鏡作為有源負載的雙端輸入單端輸出差分放大電路，標注主要元件（包括MOS管類型、電流源結(jié)構(gòu)），分析其共模抑制比（CMRR）的提升原理，并計算小信號差模電壓增益（假設(shè)所有MOS管工作在飽和區(qū)，參數(shù)：溝道長度調(diào)制效應(yīng)λ≠0，跨導(dǎo)g?，輸出電阻r?）。答案：電路結(jié)構(gòu)：輸入級采用N溝道MOS管M1、M2作為差分對管，源極連接至由M3、M4組成的電流鏡（M3為二極管連接，M4為電流源）提供尾電流I?；負載級采用P溝道MOS管M5、M6構(gòu)成的電流鏡（M5二極管連接，M6作為有源負載），M2漏極與M6漏極相連作為單端輸出端V?。CMRR提升原理：電流鏡負載通過將M1漏極電流鏡像到M6，抵消了單端輸出時的共模信號。差分對管的源極電流鏡（M3-M4）抑制了共模輸入下的尾電流波動，減少共模增益；而負載電流鏡（M5-M6）通過高輸出電阻（r?5、r?6）進一步降低共模信號的傳輸，最終CMRR由差分對管的g?r?與共模增益的比值決定。差模電壓增益計算：差模輸入時，M1、M2的漏極電流變化為±Δi，M5作為二極管連接，其柵壓固定，M6的電流被鏡像為Δi（因M5-M6電流鏡）。輸出端V?的小信號電壓為Δv?=Δi×(r?2||r?6)（r?2為M2的輸出電阻，r?6為M6的輸出電阻）。輸入差模電壓Δv?d=Δv?Δv?=2Δv?（雙端輸入），M1、M2的柵源電壓變化Δv?=Δi/g?（由g?=Δi/Δv?得）。因此，差模增益A?d=Δv?/Δv?d=[Δi×(r?2||r?6)]/(2Δi/g?)=g?×(r?2||r?6)/2。若r?2=r?6=r?，則A?d≈g?r?/2（考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，實際r?為MOS管輸出電阻，通常遠大于其他電阻）。試題2：運放積分器設(shè)計與波形分析要求：使用理想運放設(shè)計一個反相積分器，輸入信號為頻率1kHz、峰峰值5V的方波（高電平+2.5V，低電平-2.5V），電容C=100nF，要求輸出電壓峰峰值不超過±10V。計算反饋電阻R的取值范圍，畫出輸入輸出波形（標注時間軸、電壓幅度），并分析若運放壓擺率SR=0.5V/μs時對輸出波形的影響。答案：電路結(jié)構(gòu)：運放反相輸入端接輸入信號v?，通過電阻R?（此處R?=R）連接至反相端，反饋支路為電容C；同相端接地，輸出端v?通過C反饋至反相端。積分器輸出表達式：v?(t)=(1/(RC))∫v?(t)dt+v?(0)。輸入方波周期T=1ms，半周期T/2=500μs。當輸入為+2.5V時，輸出線性下降；輸入為-2.5V時，輸出線性上升。輸出峰峰值Δv?=(1/(RC))×V?×T/2×2=V?×T/(RC)（V?為輸入峰峰值一半，即2.5V）。要求Δv?≤20V（±10V），代入T=1ms，V?=2.5V，得：2.5V×1ms/(R×100nF)≤20V→R≥(2.5×1e-3)/(20×100e-9)=125kΩ。輸入輸出波形：輸入方波：0~500μs為+2.5V，500~1000μs為-2.5V，周期1ms。輸出波形：初始v?(0)=0，0~500μs期間，v?(t)=(2.5/(R×100e-9))t；當R=125kΩ時，斜率為-2.5/(125e3×100e-9)=-200V/s，500μs時輸出-0.1V（與要求矛盾？需重新計算：實際Δv?應(yīng)為2×(1/(RC))×V?×T/2=V?×T/(RC)。當V?=2.5V，T=1ms，要求Δv?≤20V，則R≥(2.5×1e-3)/(20×100e-9)=125kΩ。此時，半周期內(nèi)輸出變化量為2.5×500e-6/(125e3×100e-9)=2.5×500e-6/(12.5e-3)=0.1V，顯然未達到±10V限制，說明R應(yīng)更小。正確公式應(yīng)為：輸出峰峰值=(V?×T/2)/(RC)×2=V?×T/(RC)。要求V?×T/(RC)≤20V→R≥(V?×T)/(20×C)=(2.5×1e-3)/(20×100e-9)=125kΩ。若希望輸出峰峰值接近±10V，需R=125kΩ時，Δv?=2.5×1e-3/(125e3×100e-9)=2.5×1e-3/(12.5e-3)=0.2V，明顯錯誤。正確推導(dǎo)應(yīng)為：積分器在方波輸入下，輸出為三角波，幅度V?=(V?×T/2)/(RC)。要求V?≤10V（單峰），則R≥(V?×T/2)/(10×C)=(2.5×500e-6)/(10×100e-9)=12.5kΩ。此時，R=12.5kΩ時，V?=(2.5×500e-6)/(12.5e3×100e-9)=(1.25e-3)/(1.25e-3)=1V，仍不對。正確公式應(yīng)為v?(t)=(1/(RC))∫v?dt，當輸入為+V?時，積分時間t?=T/2，輸出變化量Δv?=-V?×t?/(RC)。要求|Δv?|≤10V，則RC≥V?×t?/10=2.5×500e-6/10=1.25e-4→R≥1.25e-4/(100e-9)=1250Ω（1.25kΩ）。此時R=1.25kΩ，Δv?=2.5×500e-6/(1.25e3×100e-9)=2.5×500e-6/(1.25e-4)=10V，符合要求。因此R≥1.25kΩ。壓擺率影響：運放壓擺率SR=0.5V/μs，積分器輸出斜率為|dv?/dt|=V?/(RC)。當R=1.25kΩ時，斜率=2.5/(1.25e3×100e-9)=20V/ms=0.02V/μs，小于SR=0.5V/μs，無失真；若R更?。ㄈ鏡=1kΩ），斜率=2.5/(1e3×100e-9)=25V/ms=0.025V/μs，仍小于SR，無影響。但如果輸入頻率升高（如100kHz，T=10μs，t?=5μs），則斜率=2.5/(R×100e-9)，若R=1.25kΩ，斜率=2.5/(1.25e3×100e-9)=20V/μs，遠大于SR=0.5V/μs，輸出波形將出現(xiàn)三角波頂部被“削平”的失真，實際斜率受限于SR。試題3：同步模12計數(shù)器設(shè)計要求：使用74LS160（4位同步十進制計數(shù)器，同步置數(shù)、異步清零，LD’=0時并行置數(shù)，CLR’=0時立即清零，CP上升沿觸發(fā)）設(shè)計一個模12同步計數(shù)器，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、電路連接圖（包括置數(shù)端、進位輸出端），并分析自啟動能力。答案：狀態(tài)定義：計數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q0從0000開始，需計數(shù)12個狀態(tài)（0~11），第12個狀態(tài)（1100）時觸發(fā)置數(shù)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：0000→0001→…→1011（11）→1100（12，過渡態(tài)）→0000（置數(shù)）。電路設(shè)計：74LS160的CLR’接高電平（不使用異步清零），LD’由狀態(tài)1100控制：當Q3Q2Q1Q0=1100時，LD’=0，下一個CP上升沿將并行數(shù)據(jù)D3D2D1D0=0000置入計數(shù)器。并行數(shù)據(jù)輸入端D3D2D1D0全部接地（置0）。狀態(tài)檢測邏輯：1100對應(yīng)Q3=1，Q2=1，Q1=0，Q0=0，因此LD’=(Q3·Q2·Q1’·Q0’)’（使用與非門，如74LS10，三個輸入與非門取Q3、Q2、Q1’、Q0’中的Q3、Q2、Q1’、Q0’需確認：1100時Q3=1，Q2=1，Q1=0，Q0=0，故邏輯為Q3·Q2·?Q1·?Q0，通過與非門實現(xiàn)LD’=?(Q3·Q2·?Q1·?Q0)。實際中，74LS10為三輸入與非門，可級聯(lián)：先通過非門將Q1、Q0反相，再與Q3、Q2輸入至兩個與非門組合。自啟動分析：若計數(shù)器進入非工作狀態(tài)（1101~1111），需檢查是否能自動回到主循環(huán)。例如：狀態(tài)1101：Q3=1,Q2=1,Q1=0,Q0=1→LD’=?(1·1·1·0)=1（因Q0=1，?Q0=0，故Q3·Q2·?Q1·?Q0=1·1·1·0=0，LD’=1），下一個CP上升沿時，計數(shù)器正常加1到1110。狀態(tài)1110：Q3=1,Q2=1,Q1=1,Q0=0→LD’=?(1·1·0·1)=1（?Q1=0，故乘積為0，LD’=1），加1到1111。狀態(tài)1111：Q3=1,Q2=1,Q1=1,Q0=1→LD’=?(1·1·0·0)=1（?Q1=0，?Q0=0，乘積為0，LD’=1），加1后因74LS160是十進制計數(shù)器，1111加1會溢出到0000（因74LS160計數(shù)到1001后，下一個CP回到0000并產(chǎn)生進位）。但此處設(shè)計的是模12，當計數(shù)器到1111時，實際74LS160內(nèi)部會在1001（9）后繼續(xù)計數(shù)到1010（10）、1011（11）、1100（12），因此非工作狀態(tài)1101~1111在CP作用下會逐步加1，最終進入1100狀態(tài)，觸發(fā)置數(shù)回到0000，故具有自啟動能力。試題4：Buck變換器小信號模型與補償設(shè)計要求：畫出Buck變換器的連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）小信號等效模型（包括開關(guān)管、二極管、電感、電容、負載電阻），推導(dǎo)控制到輸出的傳遞函數(shù)G?d(s)=v?(s)/d(s)（d為占空比擾動），并設(shè)計一個Ⅱ型補償網(wǎng)絡(luò)（含運放、電阻、電容），說明其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的改善作用（假設(shè)原系統(tǒng)穿越頻率f_c=10kHz，相位裕度PM=30°，需提升至PM≥60°）。答案：小信號模型：開關(guān)管Q和二極管D用平均模型代替，電感L的電壓為v_L=d(v_gv?)r_Li_L（r_L為電感等效串聯(lián)電阻），電容C的電流為i_C=i_Lv?/Rr_Ci_C（r_C為電容ESR）。小信號模型中，v_g為輸入電壓擾動（假設(shè)為0），d為占空比擾動，v?為輸出電壓擾動，i_L為電感電流擾動。等效電路包括：電壓源d·V_g（V_g為輸入直流電壓），電感L與r_L串聯(lián)，電容C與r_C串聯(lián)，負載電阻R并聯(lián)。傳遞函數(shù)推導(dǎo)：狀態(tài)方程：Ldi_L/dt=d(V_gV?)r_Li_LCdv?/dt=i_Lv?/Rr_CCdv?/dt（近似r_C很小，可忽略）小信號擾動下，V_g=V_g0（直流），d=D+d’（D為穩(wěn)態(tài)占空比，d’為擾動），V?=V?0+v?’，i_L=I_L0+i_L’。忽略二階小項，得：Ldi_L’/dt=d’(V_g0V?0)r_Li_L’Dv?’Cdv?’/dt=i_L’v?’/R穩(wěn)態(tài)時V?0=DV_g0（忽略r_L、r_C），故V_g0V?0=V_g0(1D)。對狀態(tài)方程取拉普拉斯變換，消去i_L’(s)，得：G?d(s)=v?’(s)/d’(s)=[V_g0(1D)R]/[LCRs2+(L/R+r_LCR)s+1]（近似r_L、r_C為0時，簡化為G?d(s)=V_g0(1D)/(s2LC+sL/R+1)）。補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：Ⅱ型補償網(wǎng)絡(luò)由運放、電阻R1、R2、電容C1、C2組成，其中R1與C1串聯(lián)后與R2、C2并聯(lián)（典型結(jié)構(gòu)為R1-C1串聯(lián)支路并聯(lián)R2-C2并聯(lián)支路）。其傳遞函數(shù)為G_c(s)=A?×(1+sR1C1)/(sC2(R1||R2)+1)（A?為運放直流增益）。設(shè)計目標是在穿越頻率f_c=10kHz處，補償網(wǎng)絡(luò)提供45°~60°的相位提升，抵消原系統(tǒng)的-90°（二階LC低通的相位滯后），使總相位裕度≥60°。具體步驟：1.原系統(tǒng)在f_c處的相位滯后為-180°+PM=-150°（因PM=30°），需補償網(wǎng)絡(luò)提供+90°相位提升（使總相位為-150°+90°=-60°，對應(yīng)PM=60°）。2.Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)的零點（由R1-C1產(chǎn)生）設(shè)置在f_z=1/(2πR1C1)=5kHz（低于f_c），提供+45°相位；極點（由R2-C2產(chǎn)生）設(shè)置在f_p=1/(2πR2C2)=20kHz（高于f_c），避免引入額外滯后。3.調(diào)整R1、R2、C1、C2參數(shù)，使補償后的開環(huán)增益在f_c處幅值為0dB，相位裕度達標。補償作用：Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)通過零點提升中頻段相位，抵消LC低通的相位滯后，同時通過極點抑制高頻噪聲，使系統(tǒng)穿越頻率處相位裕度增加，避免振蕩，提高動態(tài)響應(yīng)速度。試題5：ASK調(diào)制電路設(shè)計與頻譜分析要求：使用模擬乘法器（如AD835）設(shè)計一個二進制ASK調(diào)制電路，輸入為基帶信號b(t)（0/5V，碼元速率100kbps），載波為f_c=10MHz、峰峰值10V的正弦波，畫出電路圖（標注關(guān)鍵引腳連接），分析輸出信號頻譜，計算主瓣帶寬，并說明如何避免載波泄漏（假設(shè)乘法器輸入失調(diào)電壓V_os=2mV）。答案：電路結(jié)構(gòu)：AD835乘法器的X1、X2引腳接載波信號v_c(t)=5sin(2π×10?t)（峰峰值10V，需分壓至±5V輸入）；Y1、Y2引腳接基帶信號b(t)（0/5V，通過偏置電路轉(zhuǎn)換為0~5V單端輸入，AD835的Y通道允許單端輸入，Y2接地，Y1接b(t)）；輸出端Z接低通濾波器（LPF，截止頻率>100kHz，抑制高頻雜波）。頻譜分析：ASK調(diào)制信號v?(t)=b(t)·v_c(t)?；鶐盘朾(t)為矩形脈沖序列，其頻譜為sinc函數(shù)，主瓣寬度為2×碼元速率=200kHz。載波頻率f_c=10MHz，因此輸出信號頻譜為載波頻率±100kHz的兩個邊帶，主瓣帶寬為200kHz（從f_c-100kHz到f_c+100kHz）。主瓣帶寬計算：二進制ASK信號的帶寬近似為2×碼元速率=2×100kbps=200kHz（考慮矩形脈沖的第一零點帶寬）。載波泄漏抑制：乘法器輸入失調(diào)電壓V_os會導(dǎo)致當b(t)=0時，輸出仍有殘留載波（v?=V_os·v_c(t)）。抑制方法：1.在基帶信號輸入端加隔直電容，阻斷直流失調(diào)；2.調(diào)整乘法器偏置引腳（如AD835的VREF），抵消輸入失調(diào)電壓；3.增加后級濾波器，衰減低頻泄漏分量；4.采用平衡調(diào)制器結(jié)構(gòu)（如雙平衡混頻器），利用差分輸入抵消失調(diào)。試題6：綜合設(shè)計題——溫度監(jiān)測電路要求：設(shè)計一個基于NTC熱敏電阻的溫度監(jiān)測電路，實現(xiàn)-20℃~80℃范圍內(nèi)的溫度測量，輸出0~5V電壓信號（線性對應(yīng)溫度）。畫出系統(tǒng)框圖及核心信號調(diào)理電路（包括電橋、運放放大、線性化補償），說明各模塊功能，并計算關(guān)鍵電阻參數(shù)（NTC參數(shù)：25℃時R?=10kΩ，B值=3950K，電源V_cc=5V）。答案：系統(tǒng)框圖：NTC熱敏電阻→電橋電路→儀表放大器→線性化補償電路→電壓跟隨器→0~5V輸出。核心電路設(shè)計：1.電橋電路：NTC（R_t）與固定電阻R1、R2、R3組成惠斯通電橋，R1=R2=10kΩ（25℃時R_t=R1=10kΩ，電橋平衡），R3為調(diào)零電阻（如1kΩ電位器）。電橋輸出電壓v_b=V_cc×(R2/(R2+R_t))V_cc×(R1/(R1+R3))，25℃時v_b=0。2.儀表放大器：采用AD620，增益G=1+50kΩ/R_g，放大電橋輸出的小信號（溫度變化時R_t變化，v_b≈ΔR_t/(4R?)×V_cc，ΔR_t為R_t與R?的差值）。3.線性化補償：NTC的電阻-溫度關(guān)系為R_t=R?exp(B(1/T1/T?))（T為絕