《電工學與電子技術(shù)(2)》課程考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在理想運算放大器構(gòu)成的反相比例放大電路中，若反饋電阻Rf=100kΩ，輸入電阻R1=10kΩ，則其電壓放大倍數(shù)約為A.?1??B.?10??C.?100??D.?0.1答案：B解析：反相比例放大倍數(shù)Av=?Rf/R1=?100kΩ/10kΩ=?10。2.某NPN晶體管共射放大電路，靜態(tài)工作點ICQ=2mA，β=100，忽略Early效應，則其小信號模型中的跨導gm約為A.19.2mS??B.38.4mS??C.76.8mS??D.153.6mS答案：C解析：gm=ICQ/VT，室溫VT≈26mV，故gm≈2mA/26mV≈76.8mS。3.在555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，若外接電容C=0.1μF，欲使輸出脈沖寬度tw=1.1ms，則所需電阻R約為A.10kΩ??B.20kΩ?Ω?C.100kΩ??D.1MΩ答案：A解析：tw=1.1RC?R=tw/(1.1C)=1.1ms/(1.1×0.1μF)=10kΩ。4.某CMOS反相器電源電壓VDD=5V，其靜態(tài)功耗主要取決于A.負載電容??B.短路電流??C.亞閾值泄漏??D.動態(tài)翻轉(zhuǎn)答案：C解析：靜態(tài)時CMOS無直流通路，功耗由亞閾值泄漏與結(jié)反偏泄漏決定，其中亞閾值泄漏占主導。5.在RLC串聯(lián)諧振電路中，若R=10Ω，L=10mH，C=0.1μF，則品質(zhì)因數(shù)Q為A.1??B.10??C.100??D.1000答案：C解析：Q=(1/R)√(L/C)=(1/10)√(10mH/0.1μF)=100。6.某理想變壓器初級接220V/50Hz，次級額定12V/2A，若次級接滿載純電阻負載，則初級電流約為A.0.109A??B.0.2A??C.2A??D.18.3A答案：A解析：理想變壓器功率守恒，I1=I2·V2/V1=2A×12V/220V≈0.109A。7.在MOSFET共源放大電路中，引入源極電阻Rs的主要作用是A.提高電壓增益??B.降低輸入阻抗??C.穩(wěn)定直流工作點??D.擴展帶寬答案：C解析：Rs引入直流負反饋，可穩(wěn)定IDQ，對交流信號可用旁路電容消除負反饋以保增益。8.某8位DAC參考電壓VREF=5V，輸入數(shù)字量為10000000B，其輸出模擬電壓為A.1.25V??B.2.5V??C.3.75V??D.5V答案：B解析：10000000B=128，Vout=VREF·D/2^n=5V×128/256=2.5V。9.在鎖相環(huán)中，若VCO增益Kv=10MHz/V，環(huán)路濾波器直流增益為1，則輸入相位階躍10°時，穩(wěn)態(tài)相位誤差約為A.0°??B.1°??C.5°??D.10°答案：A解析：理想二階環(huán)對相位階躍穩(wěn)態(tài)誤差為零，因環(huán)路含積分環(huán)節(jié)。10.某橋式整流電容濾波電路，變壓器次級電壓有效值12V，負載電流100mA，若要求紋波電壓峰峰值ΔVpp≤1V，則濾波電容至少取A.470μF??B.1000μF??C.2200μF??D.4700μF答案：B解析：ΔVpp≈Iload/(fC)，f=100Hz，C≥Iload/(f·ΔVpp)=0.1A/(100Hz×1V)=1000μF。二、填空題（每空2分，共20分）11.某硅二極管在室溫下正向?qū)▔航导s為________V，溫度每升高1℃，該壓降約減小________mV。答案：0.7，2解析：經(jīng)驗值，硅PN結(jié)?2mV/℃。12.在BJT小信號混合π模型中，rπ=β/gm，若ICQ=1mA，β=200，則rπ=________kΩ。答案：5.2解析：gm=38.4mS，rπ=200/38.4mS≈5.2kΩ。13.某理想積分運算放大器，輸入方波幅值±1V，周期1ms，R=10kΩ，C=0.1μF，則輸出三角波峰峰值約為________V。答案：2解析：積分斜率±Vin/(RC)=±1kV/s，半周期0.5ms變化0.5V，峰峰值2×0.5V=1V，但方波±1V積分幅值±0.5V，實際峰峰值1V；若占空50%，三角波幅值=Vin·T/(4RC)=1V·1ms/(4×10kΩ×0.1μF)=2.5V，修正：±Vin/(RC)·T/2=±1V/(1ms)·0.5ms=±0.5V，故峰峰值1V；重算：Vo=?1/(RC)∫Vindt，半周期積分得?1/(10k×0.1μ)×1V×0.5ms=?0.5V，對稱+0.5V，峰峰值1V；填1。14.某N溝增強型MOSFET閾值電壓Vth=2V，若VGS=5V，μnCox=100μA/V2，W/L=50，則其飽和區(qū)漏極電流ID=________mA。答案：18.75解析：ID=?μnCox(W/L)(VGS?Vth)2=0.5×100μ×50×9=22.5mA；更正：100μ×50=5mA/V2，?×5×9=22.5mA；填22.5。15.在共射放大電路中，若上限截止頻率fH=100kHz主要由Cπ與Miller電容決定，已知Cπ=2pF，|Av|=50，則等效輸入電容Cin≈________pF。答案：102解析：Cin=Cπ+(1+|Av|)Cμ，設Cμ=2pF，則Cin≈2+52=104pF；題設Cπ=2pF，Miller乘(1+|Av|)，Cin≈2+52=104，填104。16.某8位ADC采用逐次逼近型，時鐘頻率1MHz，則完成一次轉(zhuǎn)換需________μs。答案：8解析：n位SAR需n+1個時鐘周期，8位≈8μs。17.某理想乙類互補對稱功率放大器，電源±15V，負載8Ω，理論最大輸出功率為________W。答案：14.06解析：Pomax=VCC2/(2RL)=225/16≈14.06W。18.在RC正弦振蕩器中，若三節(jié)超前網(wǎng)絡每節(jié)相移60°，則振蕩頻率f=________×(1/RC)。答案：√3/(2π)解析：總相移180°，單節(jié)φ=arctan(1/ωRC)=60°，ωRC=1/√3，f=1/(2πRC√3)，填1/(2π√3)。19.某D觸發(fā)器接成T'觸發(fā)器，其輸出頻率與時鐘頻率之比為________。答案：1/2解析：二分頻。20.某存儲容量為16K×8位，其地址線至少需要________條。答案：14解析：16K=2^14。三、判斷改錯題（每題2分，共10分）21.在理想運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器中，其閉環(huán)增益恒小于1。答案：錯誤，理想電壓跟隨器增益=1。22.增強型MOSFET在VGS=0時存在導電溝道。答案：錯誤，增強型VGS=0時溝道未形成，ID≈0。23.橋式整流電路中，若一只二極管開路，電路變?yōu)榘氩ㄕ鳎敵鲭妷浩骄禍p半。答案：錯誤，橋式開路一只，次級繞組與負載形成半波，但電壓平均值約0.45V2，原0.9V2，故減半正確；表述不嚴謹，實際為半波，平均值減半，判正確；但“減半”說法在理想模型可接受，不改。24.鎖相環(huán)捕獲范圍一定大于同步范圍。答案：錯誤，同步范圍（保持范圍）>捕獲范圍。25.在TTL門電路中，懸空輸入相當于邏輯低電平。答案：錯誤，TTL懸空等效高電平。四、簡答題（每題6分，共18分）26.簡述BJT放大電路產(chǎn)生截止失真與飽和失真的原因，并給出改善措施。答案：截止失真因IBQ過小，輸入信號負半周使BJT進入截止區(qū)，IC接近零；飽和失真因IBQ過大，正半周使VCE<VCE(sat)，集電結(jié)正偏。改善：合理設置靜態(tài)工作點，使Q點位于交流負載線中點；采用負反饋穩(wěn)定偏置；減小信號源幅度或采用自動增益控制。27.說明CMOS反相器功耗的組成部分，并指出在超低功耗設計中的優(yōu)化策略。答案：功耗含動態(tài)功耗Pdyn=αCVDD2f、短路功耗Psc=IscVDD、泄漏功耗Pleak=IleakVDD。優(yōu)化：降低VDD；減小負載電容C；降低翻轉(zhuǎn)率α；采用高閾值器件減泄漏；關(guān)斷不用的模塊；使用絕熱邏輯或亞閾值電路。28.畫出用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖，標出關(guān)鍵引腳，并推導輸出脈沖寬度表達式。答案：電路接法：引腳2接微分觸發(fā)，引腳3輸出，引腳7與6并聯(lián)接R到VCC、接C到地。tw=1.1RC，由內(nèi)部比較器閾值2/3VCC決定，電容充電至2/3VCC所需時間t=?RCln(1/3)=1.1RC。五、計算題（共32分）29.（10分）共射放大電路如圖，VCC=12V，RB1=47kΩ，RB2=10kΩ，RC=2.2kΩ，RE=1kΩ，β=200，VBE=0.7V，rπ=5.2kΩ，C1、C2、CE足夠大。求：(1)靜態(tài)ICQ、VCEQ；(2)中頻電壓放大倍數(shù)Av=Vo/Vi；(3)輸入電阻Ri。答案：(1)VB=RB2/(RB1+RB2)·VCC=10/57×12≈2.11V，VE=VB?0.7=1.41V，IE=1.41mA，ICQ≈1.4mA，VCEQ=12?IC(RC+RE)=12?1.4×3.2≈7.5V。(2)gm=IC/VT=1.4/26≈53.8mS，Av=?gmRC=?53.8m×2.2k≈?118。(3)Ri=RB1∥RB2∥rπ=57k∥5.2k≈4.8kΩ。30.（10分）理想運算放大器電路如圖，R1=10kΩ，R2=20kΩ，R3=20kΩ，R4=10kΩ，vi1=1V階躍，vi2=?0.5V階躍，求vo(t)表達式并計算穩(wěn)態(tài)值。答案：電路為差分放大，vo=(R2/R1)(vi2?vi1)=2×(?0.5?1)=?3V；穩(wěn)態(tài)?3V。31.（12分）某降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，輸入Vin=24V，輸出Vo=12V，負載Io=2A，開關(guān)頻率f=100kHz，電感電流連續(xù)，要求紋波電流ΔIL=0.4A，輸出紋波電壓ΔVo≤50mV，設ESR可忽略。求：(1)占空比D；(2)所需電感L；(3)所需電容C。答案：(1)D=Vo/Vin=12/24=0.5。(2)ΔIL=(Vin?Vo)D/(Lf)?L=(Vin?Vo)D/(fΔIL)=12×0.5/(100k×0.4)=150μH。(3)ΔVo=ΔIL/(8fC)?C=ΔIL/(8fΔVo)=0.4/(8×100k×0.05)=10μF。六、綜合設計題（共20分）32.設計一個用運算放大器、比較器、MOSFET構(gòu)成的恒流源，驅(qū)動一串3W白光LED（VF≈3.3V），電源15V，要求電流350mA±5%，具有開路保護功能，并給出元件參數(shù)計算、電路圖、工作原理及測試方法。答案：電路：采用高端電流檢測，運放LT1490，比較器TLV3501，MOSFETIRF540。原理：Rsense=0.5Ω/1W，檢測電壓175mV，經(jīng)差分放大10倍得1.75V與參考1.75V比較，運放驅(qū)動MOSFET柵極，負反饋維持175mV，故ILED=350mA。開路保護：LED串斷開時，Rsense電壓驟降，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，拉低MOSFET柵極，切斷輸出；同時紅色LED指示故障。參數(shù)：Rsense=0.5Ω，差分放大R1=R3=10k，R2=R4=100k，增益10；參考用TL431分壓得1.75V；MOSFET功耗P=(15?3.3×3)×0.35≈1.7W，加散熱片。測試：萬用表串入LED支路測電流，調(diào)節(jié)參考電位器使350mA；斷開LED，測MOSFET漏極應接近0V，保護生效；示波器觀察無振蕩，加0.1μF柵極電容補償。七、波形作圖題（共10分）33.圖(a)為理想二極管與RC組成的鉗位電路，輸入vi=±5V方波，周期1ms，RC=5ms，畫出穩(wěn)態(tài)輸出vo波形，標出電平值。答案：正半周二極管導通，電容充電至5V，負半周電容與輸入串聯(lián)，vo=vi?5V，故負半周輸出?10V，正半周0V，形成?10V/0V矩形波，周期1ms。八、PCB設計critique（共10分）34.給出一張開關(guān)電源PCB局部圖（文字描述）：高頻環(huán)路面積過大，地平面被分割線切斷，MOSFET柵極驅(qū)動走線長且靠近功率地。指出三點問題并給出改進。答案：1.高頻di/dt環(huán)路面積大→輻射EMI高，應將輸入電容、MOSFET、肖特基二極管布置成最小環(huán)路；2.地平面分割→返回路徑長，噪聲耦合，應完整地平面，功率地與信號地單點連接；3.柵極驅(qū)動長走線→寄生電感引起振蕩，驅(qū)動電阻靠近MOSFET，采用對稱差分走線，縮短路徑，必要時加柵極鉗位TVS。九、程序分析題（共10分）35.給出AVR單片機ADC初始化代碼片段：ADMUX=0b01000000;ADCSRA=0b10000111;假設參考AVCC=5V，讀取ADC結(jié)果后計算電壓的公式為：uint16_tadc=ADC;floatvolt=adc*5.0/1024.0;