【面试11】嵌入式之模电/数电

一、基尔霍尔定律

1.基本概念

(1)请简述基尔霍夫电流定律(KCL)的内容。

KEY:对任一节点,在任一时刻,经过(流入、流出)该节点的所有电流的代数和为零。强调电流的方向性以及代数和的概念。

(2)请简述基尔霍夫电压定律(KVL)的含义。

KEY:对于任一回路,在任一时刻,沿该回路的所有电压的代数和为零。说明电压降的概念,即顺着回路绕行方向,元件上的电压为正,反之则为负。

2.实际应用

(1)如果电路中有非线性元件,基尔霍夫定律是否仍然适用?

KEY:基尔霍夫定律依旧适用。因为基尔霍夫定律是基于电荷守恒和能量守恒等基本原理,与元件的线性或非线性性质无关。但在分析含有非线性元件的电路时,可能需要结合其他特殊方法来求解方程。

(2)基尔霍夫定律在电路设计中起到哪些重要作用?

KEY:在电路设计过程中,基尔霍夫定律可以帮助设计师确定电路的结构和参数,确保电路能够正常工作。例如,通过 KCL 和 KVL 可以验证电路的连接是否正确,计算电源的容量和电阻的取值,以满足电路的性能要求。同时,在电路的故障诊断和优化方面,基尔霍夫定律也提供了重要的理论依据。

二、低通、高通、带通、阻通

1.理论知识方面

(1)请简述低通滤波器的工作原理。

KEY:低通滤波器允许低频信号通过,而对高频信号进行衰减。可以从电路结构(如 RC 低通滤波器)出发,解释电容的阻抗随频率变化的特性,以及如何实现对不同频率信号的不同处理。

(2)高通滤波器的特点是什么?

KEY:高通滤波器允许高频信号通过,阻止低频信号。说明电阻和电容在高通滤波器中的作用,以及如何根据频率特性曲线来理解高通滤波器的性能。

(3)带通滤波器的定义和作用是什么?

KEY:带通滤波器允许一定频率范围内的信号通过,而将频率在此范围之外的信号进行衰减。解释带通滤波器的中心频率、带宽等概念,以及在通信、音频处理等领域的应用。

(4)带阻滤波器是如何工作的?

KEY:带阻滤波器阻止特定频率范围内的信号通过,而让其他频率的信号通过。可以举例说明带阻滤波器在消除特定频率干扰方面的应用。

2.实际应用

(1)滤波器的主要性能指标有哪些?

KEY:包括截止频率、通带增益、阻带衰减、带宽等。解释每个性能指标的含义和重要性,以及如何根据实际需求来选择合适的性能指标。

(2)信号处理:

KEY:在模拟信号处理中,低通滤波器可用于去除信号中的高频噪声,保留低频有用信号。例如,在音频信号处理中,低通滤波器可以去除高频噪声,使声音更加清晰、柔和。在传感器信号处理中,低通滤波器可以滤除传感器输出信号中的高频干扰,提高信号的准确性。

(3)电机控制:

KEY:在电机控制系统中,低通滤波器可以用于平滑电机的速度和电流信号,减少噪声和脉动。例如,在直流电机调速系统中,低通滤波器可以滤除速度反馈信号中的高频噪声,提高速度控制的精度。在交流电机变频调速系统中,低通滤波器可以用于平滑电流指令信号,减少电流脉动,提高电机的运行效率和稳定性。

三、三极管

1.稳压电路

(1)简单稳压电路

利用三极管的反向击穿特性,可以制作简单的稳压电路。例如,将一个三极管的基极和发射极之间连接一个稳压二极管,当输入电压变化时,三极管的集电极和发射极之间的电压能够保持相对稳定,从而实现对输出电压的稳压作用。这种简单的稳压电路常用于一些对电压稳定性要求不高的电子设备中。

(2)串联型稳压电路

在串联型稳压电路中,三极管作为调整元件,根据输出电压的变化来调整自身的导通程度,从而保持输出电压的稳定。这种稳压电路具有较高的稳压精度和较好的负载调整能力,广泛应用于各种电子设备的电源电路中。

2.放大作用

工作原理:

三极管是一种电流控制型器件,具有三个电极,分别为基极(b)、集电极(c)和发射极(e)。其核心原理是通过基极电流的微小变化,来控制集电极电流的较大变化,从而实现电流的放大。例如,对于 NPN 型三极管,当基极与发射极之间的电压大于 PN 结的导通电压(硅管约为 0.7V)时,基极有电流流入发射极,此时三极管开始导通。由于三极管内部的特殊结构和载流子的运动,使得集电极电流会随着基极电流的变化而变化,并且集电极电流的变化量是基极电流变化量的 β 倍(β 为三极管的电流放大倍数,通常远大于 1,比如几十、几百甚至更高)。

3.振荡电路

(1)LC 振荡电路

由电感(L)、电容(C)和三极管组成的 LC 振荡电路,可以产生一定频率的交流信号。三极管在电路中起到放大和反馈的作用,使电路能够持续振荡。这种振荡电路常用于无线电通信、信号发生器等设备中,例如收音机的本机振荡器就是一种 LC 振荡电路,用于产生接收信号所需的本振频率。

(2)石英晶体振荡电路

石英晶体具有非常稳定的谐振频率,将石英晶体与三极管等元件组成的振荡电路,可以产生高度稳定的频率信号。这种振荡电路广泛应用于电子钟表、计算机时钟、频率合成器等对频率稳定性要求较高的设备中。

四、放大电路

三极管放大电路。

五、AD-DC电路

数模转换。

六、反馈类型

反馈类型可根据不同的标准进行分类,主要有以下几种:

(1)按反馈的极性分

正反馈 :反馈的结果使净输入量增加,从而使输出量的变化增大。正反馈电路多应用在电子振荡电路上,例如正弦波振荡器中就需要正反馈来维持振荡。在一些特殊的放大电路中,如果出现正反馈,可能会使电路产生自激现象,影响电路的正常工作,但在振荡器中,自激现象是期望的结果。

负反馈:反馈的结果使净输入量减小,从而使输出量的变化减小。负反馈电路在各种高低频放大电路中应用广泛,其可以改善放大器的性能,如提高放大器的稳定性、减小失真、扩展带宽等。

(2)按反馈信号和输出信号的关系分

电压反馈 :反馈信号取自输出电压,即反馈量与输出电压成正比。如果将电路的输出端对地短路,反馈信号消失,则该反馈为电压反馈。电压反馈的作用是稳定输出电压,当负载变化时,通过反馈使输出电压基本保持不变345。

电流反馈:反馈信号取自输出电流,即反馈量与输出电流成正比。如果将电路的输出端对地短路,反馈信号依然存在,则该反馈为电流反馈。电流反馈的作用是稳定输出电流,当负载变化时,输出电流基本保持不变,而负载上的电压可能会变化345。

(3)按反馈信号和输入信号的关系分

串联反馈 :反馈信号与输入信号在输入回路中以电压的形式叠加。也就是说,反馈信号与输入信号串联连接到放大器的输入端。在串联反馈中,输入信号和反馈信号在相位上会相互影响,常用于需要提高输入电阻、改善信号传输质量的电路中。

并联反馈:反馈信号与输入信号在输入回路中以电流的形式叠加。反馈信号与输入信号并联连接到放大器的输入端。并联反馈会降低输入电阻,常用于需要增加输入信号的电流、提高电路的功率增益的电路中。

(4)按反馈信号是交流或直流分

交流反馈 :反馈信号中只有交流成分,直流成分被隔断。交流反馈主要影响电路的交流性能,如放大倍数、频率响应等。在交流放大电路中,通常需要引入交流反馈来改善电路的性能。

直流反馈 :反馈信号中只有直流成分,交流成分被隔断。直流反馈主要用于稳定电路的静态工作点,例如在三极管放大电路中,通过引入直流负反馈,可以稳定三极管的基极电流、集电极电流等,从而保证电路在不同的工作条件下都能正常工作。

交、直流反馈:反馈信号中既有交流成分又有直流成分。这种反馈方式既可以稳定电路的静态工作点,又可以改善电路的交流性能,在一些对电路性能要求较高的场合经常使用。

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