电子系统设计概论复习题纲

1、2012电子系统设计概论复习题纲1.功率半导体器件二极管、GTR、IGBT、MOSFET的主要技术指标及其技术特点。a、二极管（单向导电性）电压型正向偏置：二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通反向偏置：二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几没有电流流过反向击穿特性：当反向电流增加到一定大小时，方向电流剧增。电导调制效应不符合欧姆定律 b.GTR（功率晶体管） (1) 静态特性 截止区：Ib=0 放大区：ic与ib之间线性关系，饱和区： ic基本不变 失控区：当VCE超过一定值，ic会急剧上升，导致雪崩击穿，并产生二次击穿现象。功率晶体管的主要

2、特点是功率耗散大，因此在设计器件时通常采取如下措施：提高器件的击穿电压、增加有源区面积、减小管芯本体厚度、改善管芯与载体的热传导性能、提高底盘的功率容量等。c.IGBT（绝缘栅门极双极型晶体管）(1) 静态特性当UGE小于开启电压UGE（th）时，IGBT处于关断状态。开启电压UGE（th）是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。UGE（th）随温度升高而略有下降。在+25时，UGE（th）的值一般为2-6V。Ic受UGE控制，UGE越高，Ic越大。Ic与UGE大部分呈线性关系。与GTR的输出特性相似，IGBT有饱和区、有源区、截止区和失控区之分。（2）动态特性 与MOSFET

3、的相似，因为开通过程中IGBT在大部分时间作为MOSFET运行。IGBT的关断时间toff=关断延迟时间td（off）+下降时间。IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。当门极加正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通当门极加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断这种器件的特点是集MOSFET与GTR的优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高，电流大。它的电流密度比MOSFET大，芯片面积只有MOSFET的40%。但速度比MOSFET略低。d.MOSFET(功率场效应晶体管) 电流型(

4、1) 静态特性 工作在截止区和工作区两个状态，驱动功率小，开关速度快，导通时呈阻性。(2)动态特性 漏源电压BVDS随温度而变化，提高Idmax(最大漏极电流)主要靠增加单位管芯面积的沟道宽度。漏极短接条件下ID等于1mA时的栅极电压定义为阈值电压。其开关速度比一般场效应器件和双极型功率器件要高的多。功率MOSFET大多采用竖直沟道双扩散型结构，在N+衬底上的N-型外延层中，用双扩散技术，先形成P沟道*区，再形成N型源区。2导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电。（如N型MOS，多子是电子）2. 功率半导体器件在功率驱动电路中所处的工作状态。三极管、MOS管等功率半导体器件在性能

5、良好的功率驱动电路中处于开关状态，即饱和或截止状态。3. 在控制电路及功率器件间加一级驱动电路的目的及作用。因为两者之间不能直接连接，加一级驱动电路起到电平转移作用，可以提高开关速度，降低损耗。4. 了解传统线性三端稳压器（78、79系列）、LDO各自压差大小。三端稳压器（78、79系列）压差：2-3V。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。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LDO(电磁供电)压差：几十毫伏1V以下，普通的为0.3、0.5V左右5. 线性稳压电源和开关稳压电源各自优缺点，稳压电源的主要技术指标及其物理意义。线性稳压电源的最大优

6、点是纹波小、噪声小、可靠性高，价格低，缺点是效率低、功耗大、重量重、动态响应（包括负载响应和源响应）慢，过载能力差。开关稳压电源优点体积小，重量轻，效率高、功耗低，最大缺点是纹波大，噪声大。主要技术指标：工作电压范围，输出电压纹波，响应的快慢，输入输出电源类型，最大输出电流，效率，额定输出电压，输出电压容差，负载效应，源效应，输入功率因数PF，输入电流谐波THD。6. 掌握继电器或LED数码管驱动电路的设计计算。 目前常用发光管的最大驱动电流为20MA，故可取每段发光管最大驱动电流为IF=2.5mA。VL=1.2v2.继电器驱动A、用分立元件 可取继电器工作电流50mA,三极管放大倍数为100

7、则:7. 掌握并能设计简单的BUCK、BOOST DC/DC开关电源，掌握开关电源所用主要IC器件及其作用。直流降压斩波电路（BUCK）：Vout=DVin=VinTon/T(用于降压)直流升压斩波电路（BOOST）：Vout=Vin T / Toff（用于升压）升降压极性反转电路（CUK电路）：Vo= E Ton/Toff（用于升压、降压）多功能DC/DC集成电路AC/DC开关电源常用电路结构U0(N2/N1)* (ton /toff)* Ui。当负载为零时（即开路）情况下，输出电压U0 à,这种情况不允许出现，故反激式电源接一个假电阻负载。2、单端正激式开关电源3、半桥开关电源设

8、计U0 ( N2/N1) *(ton/T)*Ui如负载开路，则输出电压U0 (N2 /N1) Ui /24、全桥开关电源U0(N2/N1) *(2ton/T) *Ui 输出电压比半桥电路大一倍  负载开路时：U0(N2/N1)*Ui5、推换式开关电源8. 运算放大器的主要类型、主要技术参数及其物理含义。按功能分：a、通用运放: 如LM358,LM324，NE5532A,TL064 b、斩波放大器: OP177, AD8551 c、差分放大器：AD8137 d、仪器放大器：INA128 e、隔离放大器：AD215, ISO121f、增益可变或可编程放大器：TL026, PGA102,

9、PGA207 g、音频功率放大器：AD547T, LM1875T，TPA0211 h、视频放大器：AD8051，OPA3693 i、射频放大器：AD8353，THS4271 j、对数放大器：LOG101 k、特殊放大器：XTR112(热电阻传感器用）,RCV420(4-20mA接收）集成运放的主要技术指标： 速度、精度、增益和噪声抑制能力、电源四大类增益带宽乘积GBW = Avd fH，Avd为中频开环差模增益，fH为上限截止频率(-3dB) 摆率（转换速率 Slew Rate） 共模抑制比最大输入和输出电压范围 输入电压：（V-）+5 to （V+）-5，输出电压：（V-）+4 to （V+

10、）-4，输入失调电压Uio:加在两输入端之间，使输出为零所需要的电压，温漂电压：Uio/单位温度变化所引起的输入失调电压，输入偏置电流Ib是两个输入电流之和的一半h、静态电流i、电源电压J、输入阻抗和输出阻抗。对于放大器输入阻抗大，则对前级影向小。输出阻抗小，意味着运放带负载能力强。9. 掌握并推导用普通三运放构成的仪器放大器输入和输出关系，及仪器放大器设计要点。A1和A2产生的输出电压 如输出级完全对称，则要求：R4/R6=R7/R5如令R2=R3,R4=R5=R6=R7，则故改变R1，即改变放大器增益Ad设计要点:a、A1和A2级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调。b、输出级A3尽量

11、用小电阻，以便减少直流失调（Ib引起的）c、 R4R7阻值要尽可能相等d、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。10. 信号隔离的方法？推导用线性光耦构成的隔离放大器输入和输出关系。电气隔离有两种：a、  用光耦隔离,用于低频 b. 用变压器磁隔离 ,用于高频这里K3=1，由手册给定。而IF=1nA20mA。经实测全量程内（02.5V）线性度在0.2%内。 11.了解掌握并能分析用运放构成的各种精密整流电路。1.反向精密半波整流器：当Ui为正半周时，U<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

12、： Uo=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。Uo= 当Ui<0时，为负半周，D1导通，D2截止。Uo=0此时无反馈，变成比较器，故U+U-如构成反馈，则U+=U-.3.全桥整流电路：信号本身和它的反相半波整流信号以1比2的比例组合在一起，故：V0=-（R5/R4)*VI-（R5/R3)*VHW ，VHW为半波整流输出，由于VI>0时, VHW=-(R2/R1)VI VI<0时,VHW=0 所以: V0=AP*VI VI>0V V0=-AN*VI VI<0V式中 AN=R5/R4 A

13、P=R2R5/R1R3AN 令: AN=AP=A故: V0=A*VI VI>0V0=-A*VI VI<011. 了解掌握Multisim可以仿真的电路类型。12. 了解四种常用的有源滤波器的有关概念。掌握数字滤波器设计的一般步骤。低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。13. 了解传感器技术发展趋势，及各种传感器的典型应用。发展趋势：A、传感器的固体化

14、B、传感器集成化和多功能化C、传感器的智能化D、传感器组网的无线化触摸感应传感器：电容感应传感器已大量应用于触摸屏、家电产品、消费娱乐类电子产品中。电容式典型芯片有，, MPR084等。电场感应式传感器有公司。磁场传感器：AD22151 磁场传感器，该芯片主要用于汽车领域，如油门踏板位置检测磁阻式传感器 HNC1051/HMC1052/HMC1053传感器: 三轴加速度传感器目前除广泛用于汽车领域外，已大量用于无线鼠标、iPhone手机、游戏机等消费产品中.惯性传感器是三轴陀螺仪传感器和加速度传感器的组合,目前主要用于导弹等军事领域,民用主要用于GPS导航器、游戏机等消费电子产品中.14. 掌

15、握霍尔电流传感器、电容触摸传感器的工作原理。霍尔电流传感器工作原理：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应电容触摸传感器工作原理：电容式传感器的电容表达式为 ，其中k为电介材料的介电常数，A感应面积，相对介电常数为F/m，d电容极板间的间距。从公式中可看出电容值受A、d、影响，当频率值和电压值给定，电容的变化控制输出电流的变化。16. 了解薄膜变压器技术信号隔离集成电路、数控电位器、数控电容器的工作原理及典型应用。信号隔离集成电路同传统的光耦隔离、矽钢片或高频铁氧体变压器隔离不同，现代信号隔离器件采

16、用薄膜变压器技术，具有信号传输速度 快、隔离电压高、损耗小、集成度高、价格低等优点。数控电位器按控制方式分：有键控式、IIC 、SPI。主流为SPI接口按一个芯片内集成的电位器个数分：有单个、双个、四个电位器按级数分：有32级、100级、128级、256级、512级、1024级17. 掌握微处器技术发展趋势及单片机选用应考虑的主要因素，单片机等级及其相应工作温度范围。微处器技术发展趋势1.单片机主频越来越高。采用哈佛结构和备频技术。内置振荡器的单片机越来越多。2.内部集成专用的功能模块越来越多。如集成A/D、D/A、运放、比较器、PWM、RF、USB、CAN3.功耗越来越低。TI430已达到工

17、作功耗：160A/MHZ，静态功耗：1.5A4.引脚越来越少。大量使用I2C、SPI、引脚功能复用等技术，使芯片引脚越来越少，最少只有5个引脚5.工作电压越来越小。最低出现1.8V单片机.6.仿真器越来越简单。普通采用JTAG、MON8、BDM等USB仿真器。选用应考虑的主要因素: (1)根据输入、输出模拟量及开关量的多少，确定单片机I/O引脚数。(2)根据单片机控制速度要求，选择单片机主频（或BUS频率），选择哈佛结构还是诺曼依结构。(3)根据单片机执行任务的多少，具体估算程序大小，初步确定单片机FLASH和RAM大小(4)考虑是否需要拥有PWM、A/D、D/A、USB、CAN、RF等特殊功

18、能模块。(5)根据应用领域和使用环境情况选择单片机的等级及可靠性。(6)根据产品使用性质考虑选择单片机的价格。(7)根据用市电供电还是用电池供电考虑单片机的功耗。(8)考虑单片机的成熟性及使用口碑。(9)考虑单片机的采购情况。(10)考虑单片机开发的可借鉴性。单片机等级:商用级，。工业级，。汽车级， 军用级， 18. 了解PLC控制器的软件编程技术和硬件技术的发展趋势，以及PLC的典型应用。以下列出了PLC的硬件进展： 采用新的、先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间； 小型的、低成本的PLC，可以替代4到10个继电器，现在获得更大的发展动力； 高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的

19、接口； 基于微处理器的智能I/O接口，扩展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）； 包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成； 特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等； 外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。 以上这些硬件的改进，导致了PLC的产品系列的丰富和发展，使PLC从最小的只有十个I/O点的微型PLC，到8000点的大型PLC，应有尽有。这些产品系列，用普通的I/O系统和编程外部设备，可以组成局域

20、网，并与办公网络相连。整个PLC的产品系列概念对于用户来说，是一个非常节约成本的控制系统概念。 与硬件的发展相似，PLC的软件也取得了巨大的进展，大大强化了PLC的功能： PLC引入了面向对象的编程工具，并且根据国际电工委员会的IEC61131-3的标准形成了多种语言； 小型PLC也提供了强大的编程指令，并且因此延伸了应用领域； 高级语言，如BASIC，C在某些控制器模块中已经可以实现，在与外部通讯和处理数据时提供了更大的编程灵活性； 梯形图逻辑中可以实现高级的功能块指令，可以使用户用简单的编程方法实现复杂的软件功能； 诊断和错误检测功能，从简单的系统控制器的故障诊断，扩大到对所控制的机器和设备的过程和设备进行诊断； 浮点运算可以进行控制应用中计量、平衡和统计等所牵涉的复杂计算； 数据处理