杭电电子设计考试复习.docx
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杭电电子设计考试复习
电子设计复习
1.电阻的特点及选取以及碳膜、绕线电阻特点及应用场合
碳膜电阻一般为小功率电阻（小于5W）特点：
成本较低，阻值范围宽，有良好的稳定性，温度系数不大且是负值，是目前应用最广泛的电阻器。
绕线电阻适用于大功率的场合，不适合在高频电路中应用.它的特点是工作稳定，耐热性能好，误差范围小，额定功率一般在1瓦以上。
线绕电阻器具有可靠性高、稳定性好、无非线性，以及电流噪声、温度和电压系数小的优点。
例题：
在有防火要求的使用场合，不适合使用的电阻？
（金属膜电阻）在高频电路中，不适合选用的电阻？
（绕线电阻）
2.电容的选取及技术参数以及标称容量、进度的换算、寿命与温度关系
电容标称容量：
1.0，1.2，1.5，1.8，2.2，2.7，3.3，3.6，3.9，4.2，4.7，5.6，6.2，6.8，7.5，8.2。
实际电容值取上述基数的
.
精度：
±5%（J级），±10%（K级），±20%（M级）
寿命与温度关系：
普通电容（CD11系列）寿命1000小时/85°下，工作温度每降低10°C，电解电容寿命增加一倍。
每增加10°C，寿命减少一倍。
3.电感分类及参数：
高频、低频电感的材料及对应应用场合；
损耗：
铁耗、铜耗与频率关系
高频（铁氧体芯）电感非线性元件，电感量随工作频率而改变，可做μH、mH级
低频（矽钢片）电感：
频率在几百Ｈｚ以下，可做mH级。
电感损耗有铁损和铜损两部分组成。
铁损：
磁涡流产生的损耗，随频率增加而大幅度增加
铜损：
漆包线电阻产生的热损耗，工作频率越高绕组的损耗越大
4.1Mos主要技术指标：
a、额定电压
：
它主要由VMOS管的漏源击穿电压
决定
b、最大漏极电流
:
标称MOS管电流额定参数
c、阀值电压
:
又称门极开启电压
d、导通电阻：
e、最高工作频率
:
作用下，电子从源区（S）通过沟道到漏区所需要的时间
f、开通时间和关断时间：
开通和关断时间越大,则MOS管开关损耗越大.
g、极间电容:
输入电容：
Ciss=
+
输出电容：
Coss=
+
4.2三极管主要技术指标：
硅管（PN结压降：
0.7V）
锗管（PN结压降：
0.3V）
电流放大系数：
β管子耐压越高，额定工作电流（ICM）越大，则β越小
反向击穿电压：
Ucbo（发射极开路）Uebo（集电极开路）Uceo（基极开路）
三个参数中选最小一个为晶体管击穿电压，一般为Uebo
集电极最大允许电流ICM
集电极最大允许耗散功率PCMPc=Ic×Uce耗散功率与环境温度和散热条件有关（RoJ），手册上一般给出环境温度为20℃时PCM值。
截止频率：
共射极截止频率fb,定义为β降到0.707倍时的频率称为fb
1.电流放大系数β：
电流放大系数是电流放大倍数，用来表示三极管的放大能力。
根据三极管工作状态不同，电流放大系数又分为直流放大系数和交流放大系数。
直流放大系数是指在静态无输人变化信号时，三极管集电极电流IC和基极电流IB的比值，故又称为直流放大倍数或静态放大系数，一般用hFE或β表示。
交流电流放大系数也称动态电流放大系数或交流放大倍数，是指在交流状态下，三极管集电极电流变化量与基极电流变化量的比值，一般用β′表示。
β′是反映三极管放大能力的重要指标。
尽管β和β′的含义不同，但在小信号下β≈β′，因此在计算时两者取相同值。
三极管：
电流放大系数β特点（待完善）
5.集成运放的主要技术指标
速度类:
如GBW,SR
精度:
增益和噪声抑制能力:
CMRR,GAIN
电源:
VCC,
理想运算放大器的特点：
开环增益无限大的、输入阻抗无限大、输出电阻为零、端口吸入电流为零；
电压跟随器的特点：
是共集电极电路，信号从基极输入，射极输出，故又称射极输出器。
基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。
这一电路的主要特点是：
高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，所以叫做电压跟随器。
增益带宽乘积GBW：
单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为0dB（1倍）条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707倍）时所对应的信号频率。
GBW=
•
Avd为中频开环差模增益
fH为上限截止频率（-3dB）
举例说明：
从技术手册上查询可知，TL064的ＧＢＷ＝１ＭＨＺ，因此如用TL064设计一个放大器，放大器的增益为：
由上面分计算可知，当被放大的信号频率较高时，放大器的增益不宜过大，否则会造成信号失真。
转换速率（也称为摆率）SR
运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。
定义为：
转换速率SR反映了运放对于高速变化的输入信号的响应情况。
对于一般运放其转换速率SR<=10V/μs，而高速运放的转换速率SR>10V/μs。
目前的高速运放最高转换速率SR可达6000V/μs。
举例说明:
对于TL064来说，其SR=3.5V/μs,因此当输入信号频率f=100kΗz时，其最大不失真输出电压:
通用运放的SR一般为1-10V/μs,而高速运放可达1000V/μs.
如LM324:
它的SR=0.5V/μs,如把它接成电压跟随器，当输入信号频率f=100kΗz、幅度超过0.8V时，则它的输出会出现失真。
输入失调电压
由于集成运放的输入级电路参数不可能完全对称，所以当输入电压为零时，输出电压UO并不一定为零。
为使得集成运放的输出端电压为零，需在输入端额外增加一个补偿电压，将该补偿电压定义为输入失调电压,即有：
输入失调电压是加在两输入端之间，使输出为零所需要的电压。
输入失调电压与外电路无关，由运放自身性能所决定。
输入偏置电流
输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流的平均值.
6.仪用放大器三运放等效电路的原理及特点、分析计算
仪器放大器又称数据放大器：
是一种高性能放大器，它一般具有高增益、高共模抑制比、高精度、高速等特点。
仪器放大器常用在输入级作信号处理。
（1）普通运放构成的仪器放大器
如需输出不含共模分量，输出级须完全对称，则要求：
R4//R6=R7//R5
如令R2=R3,R4=R5=R6=R7，则得：
故改变R1，即改变放大器增益Ad
设计要点:
A1和A2级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调。
输出级A3尽量用小电阻，以便减少直流失调（Ib引起的）
R4－R7阻值要尽可能相等
A1和A2要选同一芯片上双运放，这样可利用电路的对称性减少温漂引起的影响。
7.常用电气隔离的两种方法及特点
Ａ．用光耦隔离,用于低频
Ｂ．用变压器磁隔离,用于高频
8.精密整流电路及计算
一般二极管硅管压降为0.7V,锗管为0.3V,肖特基二极管压降为0.2V.并且从二极管转移特性可知，它是非线性的。
因此在实际的交直转换电路中，若直接用二极管整流将造成严重的非线性。
为此用运放构成有源整流电路，实现精密线性整流。
所整流的信号大小为：
0.7V/Av;若取Av=1000，则能对0.7mV的信号进行线性整流是完全可能的。
（1）反向精密半波整流器
当Ui为正半周时，ΔU<0,Uout<0,故D1截止，D2导通，故:
当Ui为负半周时，D1导通，D2截止。
故：
=0;
当D1和D2红线接法为反相负极性选择。
（2）同相精密半波整流器
当Ui>0时，为正半周，D1截止，D2导通。
当Ui<0时，为负半周，D1导通，D2截止。
=0
此时无反馈，变成比较器，故U+≠U-
如构成反馈，则U+=U-.
9.直流稳压电源的技术指标
直流电源主要电气指标：
1.额定输入电压和电压变动范围
直流稳压电源的额定输入电压为电网电压，如AC220V，其变动范围多为-15%~+10%。
如直流电源为开关稳压电源则输入电压的允许变动范围将很宽，输入电压的下限往往可做到AC100V以下。
2.输入电流
开关电源的最大输入电流发生于输入电压的下限和输出电压电流的上限，而额定输入电流是指输入电压和输出电压电流在额定条件下的电流值。
3.效率
在额定输入和输出条件下的输出功率与输入有效功率之比。
4.额定输出电压
额定输出电压是指出现于直流电源输出端子间的直流电压的标称值。
5.额定输出电流
额定输出电流是指直流电源输出端子能长时间连续供给负载的最大电流。
6.稳压精度
也称输出电压精度或电压调整率，是指出现改变输出电压的因素时，输出电压的变化量或变化量与额定输出电压之比，变化量越小，稳压精度越高。
7.纹波噪声
纹波是出现在直流电源输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的交流分量，用峰-峰值表示，一般在输出电压的0.5%以下。
噪声是出现在直流电源输出端子间的纹波以外的一种高频噪声成分，同纹波一样，也是用峰-峰值表示，一般在输出电压的1%左右。
实际直流电源的纹波噪声指标取两者的合成值，约为输出电压的2%以下。
对于直流电源纹波噪声越小越好。
8.负载效应
仅由于负载的骤变而引起的直流电压稳定输出量变化的效应。
实际考核时负载从0%瞬时加到100%，或者从100%瞬时加到0%时，输出电压的变化量与额定输出电压之比，输出变化量越小，表示直流电源的稳压精度越高。
9.源效应
仅由于输入电压的骤变而引起的直流电压稳定输出量变化的效应。
实际考核时输入电压从额定值的-15%瞬时加到+10%，或者从-15%瞬时加到+10%时，输出电压的变化量与额定输出电压之比。
10.保护功能
实际使用的直流电源往往具有多种保护功能，如过流保护、短路保护、过压保护、欠压保护、过温保护等。
其它类指标：
1.温度
直流电源内部有很多发热器件，因此其使用温度范围有严格的具体规定，直流电源的使用温度标准一般都规定在-5℃~50℃。
2.湿度
同温度一样，湿度范围通常规定为20%~85%。
3.电磁兼容性
开关型直流电源工作时会产生大量的射频干扰，对电网及其他附近的家电及办公设备，如个人计算机、电视机等都会产生影响，因此直流电源产品都必须满足各种国家和国际有关EMC标准。
4.可靠性
可靠性一般用无故障工作时间（MTBF）表示，电源产品的MTBF通常要求在10万小时以上。
10.线性电源和开关电源各自优缺点
线性电源的主要特点可归纳为：
1．主要优点：
①输出纹波电压小。
②电路结构简单，成本低。
③工作可靠性较高。
④无高频开关噪声。
⑤电源稳定度较高。
⑥瞬态响应速度较快。
2．主要缺点：
①转换效率低，一般只有40~50%左右。
②体积大，重量重，不便于微型化。
③输入电压动态范围小，线性调整率低。
④电容滤波效率低，必须具有较大的输入和输出滤波电容。
⑤输出电压不能高于输入电压。
开关电源的特点可归纳为：
1．主要优点：
①内部功率损耗小，转换效率高。
②体积小，重量轻，便于使产品微型化。
③输入电压范围宽，线性调整率高。
④开关频率高，滤波电容的容量和体积大大减小。
⑤电源形式灵活多样，选择余地大。
如既可降压，也可升压或极性反转。
2．主要缺点
①输出电压纹波大。
②电路结构相对复杂，抗输入端浪涌电压的能力相对较差。
③存在较严重的开关噪声和EMI干扰，对电网的电磁污染大。
④电路元件多，相比线性电源成本要高一些
11.78、79系列三端稳压器参数指标
78系列，最大输入电压35V，输出电流1A，输出电压误差5%
78M系列，最大输入电压35V,输出电流500mA,
78L系列，最大输入电压32V,输出电流100mA,
78系列三端稳压器要求输入与输出间压差在3V以上，否则输出电压不能稳定。
79系列三端稳压器参数指标：
与78系列为正极性稳压器与之对应的有负极性稳压器79系列，输出电流1A。
如：
7905（-5V）,7909（-9V）,7912（-12V）,79L05（-5V,100mA）等
12.78，79系列稳压电源的优缺点：
78、79系列内部具有过流、过温等保护功能，可靠性高，价格低；但最致命的缺点是：
所需输入与输出间压差大，即功耗大，效率低。
78、79系列稳压器价格低，但缺点是入出间所需压差大，从而引起芯片自身功耗大、温升高、需要散热器，电源整体效率低。
尤其对电池供电产品非常不利。
13.低压差稳压器特点
78、79系列稳压器价格低，但缺点是入出间所需压差大，从而引起芯片自身功耗大、温升高、需要散热器，电源整体效率低。
尤其对电池供电产品非常不利。
（1）.NCP1117系列
该稳压器为ONSEMI公司产品，芯片主要特点有：
最大输出电流1A
最大输入电压20V
固定电压输出有1.5V、1.8V、1.9V、2.0V、2.5V、2.85V、3.3V、5V、12V，也能可调输出
输出电流0.8A时的压差为1.2V
输出稳压精度±1%
内部集成了过温、过流等保护功能
（2）．TPS73XX系列
该稳压器为TI公司产品，该芯片的主要特点有：
最大输出电流500mA
最大输入电压10V
固定输出电压为3V、3.3V、4.85V、5V，也能实现可调输出
输出稳压精度±2%
内部集成了过温、过流等多种保护功能
压差随输出电流大小变化，比如IO=10mA时，5mV压差；IO=100mA时，50mV压差；而IO=500mA，270mV压差。
芯片还具有使能控制端
14.典型功率驱动电路分析计算（课件）
一、名词解释
UART：
通用异步收发器RTC：
实施时钟
MCU：
微控制器VCO：
压控振荡器
WDT：
看门狗定时器FPGA：
现场可编程门阵列
PLL：
锁相环CAN：
控制器局域网总线
PWM：
脉宽调制DDS：
直接数字合成
LCD：
液晶显示器件RISC：
精简指令集
二、串行总线：
1、RS232：
相关概念：
通用异步串行通信，两线就可以实现全双工，最少需三根线（RXD、TXD、GND）
2、RS422：
全双工差分传输，2对信号线，最多10个设备
3、RS485：
半双工差分传输，1对信号线，最多32个设备
4、I2C总线：
二线串行传输，一般用于板上芯片互联，支持一对总线多个设备
5、SPI总线：
三线同步串行总线
6、OneWire器件：
DS18B20
7、24CXX是I2C器件，容量？
主要包括24C02、24C04、24C08、24C16及24C32分别对应的存储容量分别为2kbit、4kbit、8kbit、16kbit和32kbit。
三、单片机分类：
1、按字长分类：
4位，8位，16位，32位
2、按指令类型分类：
精简指令集，复杂指令集
3、按内核来分：
51（Interl），PIC（Microchip），AVR（Atmel），MSP430（TI），M68HC16（Motorola），STM32（ST）等
4、STM32单片机的内核和指令系统，STM32与51的比较。
32用库函数，51底层配置寄存器
5、芯片器件工作温度范围：
（1）商业级/民用级：
0～70℃
（2）工业级：
-40～85℃
（3）军工级/航空级：
-55～+125℃
6、PLL：
（1）可以实现倍频分频
（2）
画出锁相倍频电路的原理框图，写出锁相输出频率fo与输入信号频率fi之间的关系
（3）
7、现在大部分新设计的微控制器采用RISC架构
8、如何使用WDT来增强MCU的抗干扰能力
WDT：
是看门狗定时控制寄存器，是一种能将失控的MCU及时复位和恢复正常运行的功能部件！
通俗讲：
一般有一个输入叫“喂狗”一个输出连接到MCU的RST端，正常情况是每隔一段时间“喂狗”如果在规定的时间内没有“喂狗”就会给一个信号到MCU的RST端使MCU复位，防止程序“跑飞”或MCU死机！
9、测量转速：
霍尔元件、红外
10、
（1）相位测量（数字鉴相器）
电平鉴相、异或鉴相XOR、边沿鉴相
（2）测量对象
同频率、有相位差、数字信号
（3）计算：
（4）特点
异或鉴相的缺点：
不能直接测量大于180度的相位
边沿鉴相：
可以测量0～360度的相位
四、等精度频率测量：
（1）电路图：
Fs:
标准频率。
Fx:
待测信号。
Cnt1:
计数器。
Cnt2:
计数器。
DFF:
D触发器
（2）公式：
fx=（N/M）×fs
注：
已经参数要能够计算
（3）画出等精度频率计的原理框图，并简要说明
简要说明：
1、门控信号的边沿与fx的上升沿严格对准
2、Fs越高，相对误差越小
3、误差几乎与fx无关
五：
DDS直接数字合成
1、DDS专用芯片：
AD9850
2、如何用DDS方法控制正弦信号频率：
FW为频率字，N为累加器位宽，M为ROM查找表位宽
3、如何用DDS方法构成正交信号发生器：
第一步：
相位累加器
M取N的高M位
当频率字FW=1的时候，经过1s，相位累加器的输出从0~224−1取高M位后为0～1023
频率控制字实际上为
的步长。
第二步：
ROM查找表
放一个大小为
的正弦表格
当fclk=224Hz≈16MHz,N=24,M=10,FW=1时，ROM表格的输出正好是1Hz的正弦
波形的离散值
当fclk=224Hz≈16MHz,N=24,M=10,FW=2，ROM表格的输出在1s里面正弦波形循环了2次正好是2Hz的正弦波形的离散值
六：
单片机具体应用的分析
简单温度控制系统
液体加热塔
设计要求：
1、电源单相220VAC；
2、加热功率1250W；
3、加热温度70±1℃
4、容器容量40L
过程：
1、打开进水阀
2、如液位到上限，关进水阀
3、加热器通电
4、根据温度控制加热器
5、停止加热器
6、打开出水阀
系统框图：
PID算法控制：
方案比较--液位传感器
1、压力传感器
适合水位的精确控制；
电路较复杂；
2、红外发射接收对管
适合水位的大致判断；
电路结构简单
方案比较--温度传感器
1、热敏电阻
体积小，价格低；
适合固体，气体的温度测量；
非线性严重，需用软件补偿处理。
2、热电偶
温度范围宽，结构坚固；
输出mv级电压，需放大；
需冷端补偿。
3、Pt100
线性好，灵敏度高；
阻值小，价格高；
适合液体温度测量。
硬件设计--MCU选择
4、I/O口线数量：
A、按键3个，故需3根扫描线；
B、4位LED数码管显示，即4根扫描线；每个数码管8段，共需8根数据线；
C、4只电磁阀共需4根控制线；
D、可控硅控制需1跟控制线；
E、液位检测需要6对红外对管，需6路AD采集；
F、温度检测1路，需1路AD采集。
从上可知，至少需要27根控制线。
选用STM32的STM32F103C8T6。
5、硬件设计--传感器
液位传感器
红外发射接收对管
红外发射管工作电流取10mA
R1=VCC-2V/10mA
硬件设计--驱动电路
n电磁阀
Ø线圈电压24VDC
Ø吸合电流80mA
1无源器件（R,L,C）的高频等效问题
2高频电路的PCB布线问题（接地、元件布局特点）
1）合理选择层数
在PCB设计中对高频电路板布线时，利用中间内层平面作为电源和地线层，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰，一般情况下，四层板比两层板的噪声低20dB。
2）走线方式
在PCB设计中对高频电路板布线时，走线必须按照45°角拐弯，这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合。
3）走线长度
在PCB设计中对高频电路板布线时，走线长度越短越好，两根线并行距离越短越好。
4）过孔数量
在PCB设计中对高频电路板布线时，过孔数量越少越好。
5）层间布线方向
在PCB设计中对高频电路板布线时，层间布线方向应该取垂直方向，就是顶层为水平方向，底层为垂直方向，这样可以减小信号间的干扰。
6）敷铜
在PCB设计中对高频电路板布线时，增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。
7）包地
在PCB设计中对高频电路板布线时，对重要的信号线进行包地处理，可以显著提高该信号的抗干扰能力，当然还可以对干扰源进行包地处理，使其不能干扰其它信号。
8）信号线
在PCB设计中对高频电路板布线时，信号走线不能环路，需要按照菊花链方式布线。
9）去耦电容
在PCB设计中对高频电路板布线时，在集成电路的电源端跨接去耦电容。
10）高频扼流
在PCB设计中对高频电路板布线时，数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件，一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。
3调制与解调问题（调幅、调频、调相的特点）
定义：
调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。
该信号称为已调信号。
调制过程用于通信系统的发端。
在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，该过程称为解调。
模拟调制指利用输入的模拟信号直接调制（或改变）载波（正弦波）的振幅、频率或相位，从而得到调幅（AM）、调频（FM）或调相（PM）信号。
数字调制指利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。
常用的数字调制有：
移频键控（FSK）和移相键控（PSK）等。
调幅：
调制信号使载波的幅度随之变化；而调频：
是使频率或相位随之变化。
发——调频，收——调幅：
在特定的条件下应该可以接收到，只是检波效率不一定高。
比如：
接收机（调幅）的回路对调频信号来讲处在斜率检波（参见有关无线电资料）状态时，就可以低效率的接收到调频信号。
调频和调相不同，调相的同时，频率一定会变化，但是调频的时候相位不一定变化。
4专用EDA软件（FilterPro，TINA，LTSpice，Keil，AADE等软件的用途）
FilterPro：
设计仿真滤波器
TINA：
为设计﹑模拟和分析模拟﹑数字以及混合型电子电路用的强大的而又价格适中的软件包
LTspice是一款高性能Spice仿真器、电路图捕获和波形观测器
Keil是一款简单易用的单片机C语言软件开发系统
5锁相环路的特点及应用领域
1）锁相环路的基本特性，正常工作时锁相环路具有以下基本特性：
（1）良好的窄带特性
（2）锁定后没有频差（3）自动跟踪特性（4）易于集成化
2）锁相环路的应用
由于锁相环路性能优越，现广泛用于无线电通信技术中，可实现滤波、模拟和数字信号的调制与解调、倍频、分频、混频、频率合成等方面。
6模拟滤波器相关概念（作用，分类等）
滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，
具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。
A、按滤波能力分
低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器
B、按滤波器输入信号种类分
模拟滤波器、数字滤波器
C、按滤波器阶数分
一阶滤波器、二阶滤波器、三阶滤波器、三阶以上滤波器
D、按滤波器特性分
有源滤波器、无源滤波器
7、名词：
ØAM：
普通调幅AmplitudeModulation。
ØDSB：
抑制载波的双边带调制
ØSSB：
抑制载波的单边带调制
ØVCO：
电压控制（压控）振荡器
ØPLL：
（PhaseLockedLoop）锁相环
ØAM：
幅度调制
ØFM：
频
升级会员 