电子科学技术导论练习题及答案

第四版练习题参考答案绪论练习题0-1电子科学与技术主要研究哪些内容？答：（参考0.1节）电子科学与技术主要研究内容包括基于物理电学和量子力学的电子生成与控制理论、电子元器件结构、电子元器件制造材料、电子元器件制造方法与工艺，以及电子电路系统设计理论与应用技术等。0-2电子技术在哪些工业领域中得到了应用？答：（参考0.2节）电子科学与技术是现代应用科学的重要组成部分，其应用领域涵盖了所有的工程技术领域，几乎所有的现代工业产品和生产工具都包含有相应的电子电路。例如通信设备、测量设备、交通运输设备、医学仪器、计算机系统等。（尽可能多的列举所能想到的领域）0-3为什么说应用电子技术是现代工程技术的基础？请举例说明。答：（参考0.1和0.2节）这是因为电子设备几乎遍布现代工程技术领域，成为现代工程技术领域信息采集、传输、处理的基本设备，也是现代控制的基础设备。例如汽车中的发动机控制、车辆行走控制等。（请自行发现更多的例子）0-4举例说明通信技术的应用范围。答：（参考0.2节）例如数控机床、智能驾驶、无人机、媒体设备、物联网、移动通信网络等。（请自行列举实例）0-5举例说明你所知道的控制系统。答：冰箱控制系统：测量冷藏室和冷冻室的温度，根据设置的温度数值来控制制冷压缩机的启停。（提示：列举一个你所熟悉的例子，尽管可能不知道是如何控制的，但是可以根据其工作过程分析来猜测例子的工作过程，例如这个系统要控制什么参数、它如何获得这些参数等）0-6为什么说电子技术是计算机系统的基本支撑技术？请举例说明。答：（参考0.2节）计算机的基本工作状态就是根据程序的要求执行指令，而指令就是具体的二进制数，所以指令的执行过程就是通过二进制数的传输、译码，在计算机中生成相应的二进制数并保存、传输、输出、显示。软件生成的二进制数的传输、变化过程实际上就是计算机的不同部分寄存器、存储器中的数据变化。没有电子技术作为硬件支撑，就没有指令的执行，执行结果也无法保存、输出。所以，电子技术是计算机系统的基本支撑技术。例如，要显示一帧图像，计算机需要对数据做相应的处理（可理解为译码或解码），形成图像像素的二进制数值，再由这些数值和相应的顺序控制信号控制LED屏幕上个像素点的电压，从而达到显示图像的目的。再例如，智能手机的通话，就是通过电路把语音转换成数据再发射出去，同时把接收到的无线信号转换成数据、再把数据转换成语音信号输出给喇叭。（提示：根据自己的观察列举相应的例子）0-7通过查找资料，说明某个生物医学电子系统的基本功能。答：（参考0.2节）提示：可利用网络查找血压计、心电图机、呼吸机等基本原理，再对所查找的基本原理说明划分其功能，最后对基本功能做说明。例如对血压计：通过把压力信号转换为电压信号，再对电压信号做数字取样形成数字信号，最后把数字信号显示或打印。这样，血压计的电子系统就可划分为压力传感器电路、模拟信号到数字信号的转换电路、数字信号显示电路、显示或打印驱动电路，可指出各个电路的基本功能，最后说明，血压计的基本功能是通过压力信号-电压信号转换的方法来测量血管中压力。0-8测试技术的工程作用是什么？请举例说明。答：（参考0.2节）测试技术的工程作用是提供生产和制造过程中的工程参数以实现对产品质量的有效控制、监测与监视等。同时，在产品设计和研制过程中，各种测试技术也是必不可少的。0-9为什么说测试技术对电子科学与技术和应用电子技术具有重要意义？答：（参考0.2节）电子科学与技术和应用电子技术的科学研究和产品设计、制造过程中，需要观察相关的参数数据，例如IC制造过程中对各种参数的控制、电路设计调试过程中的参数调整等，都需要通过测试仪器或系统来获取对应的数据。所以，测试技术对电子科学与技术和应用电子技术具有重要的意义。（提示：可考虑大学物理的某个实验过程中，实验结果数据是如何获得的）0-10通过查找资料说明什么是绿色能源技术？我国的绿色能源政策包括什么内容？你所在专业能为绿色能源工程做些什么？答：（参考0.2节）在网络上搜索“绿色能源技术”（提示：太阳能光伏技术、风电技术、水电技术、潮汐发电、太阳能热电技术、地热技术等）。0-11降低移动通信设备电能消耗的可能措施有哪些？答：提示：通过查阅资料发现相关的降低能耗的方法，例如对接收机（手机）的休眠方法等。0-12通过对生活环境的观察，举例说明智能家居能够包含什么应用内容？答：（参考0.2节）提示：智能家居包括白色家电的智能控制、起居环境控制（例如房门、窗帘、照明等）、智能安保（火警提示、门窗状态提示等）等。0-13什么叫做电子元器件？请举例说明。答：（参考0.3节）电子元器件是电子系统的基本组成单元，包括分立形式的元器件（如电阻器、电容器、电感器、晶体管、继电器、开关、显示器件等），以及集成电路器件（如集成运算放大器、专用集成电路、微处理器、单片机、CPLD等）。（提示：请举例你所知道的电子元器件，并简单说明其电路功能）0-14电路集成的基本特点是什么？请举例说明。答：（参考0.4节）电路集成的基本特点是：1）极大地缩小了电路尺寸、降低了电路损耗、降低了电路干扰、简化了电子系统设计；2）单一器件中实了现完整的电路功能，用户不必关心具体的实现技术，只关心器件的功能、使用条件和技术参数。0-15系统集成的基本特点是什么？请举例说明。答：（参考0.4节）系统集成包括硬件集成、软件集成和固件集成。这三个系统集成技术各有不同特点，其中硬件集成和固件集成的特点是把系统的功能电路集成在一个芯片中，只需要附加少量外加元件就可以工作，降低了设计难度。0-16通过观察智能手机的外观，说明电子系统对外壳的基本要求。答：（参考高中物理、大学物理的知识）提示：例如根据物理学可知，外壳应当具有一定的强度以保证电子系统不会受外力影响。电子系统在水中会损坏所以需要防水。不能影响天线的工作等。（想想还有什么）0-17举例说明你所知道的电路分析方法（例如电容器两端电压与电流的关系）。答：（参考高中物理、大学物理的知识）提示：例如基尔霍夫定律、欧姆定律等在给定电路的电压或电流分析中的作用。0-18电子科学与技术学科具有怎样的学科体系？包含哪些分支？答：（参考0.3节的图0.3-1）在我国教育部公布的学科体系中，电子科学与技术包括有电路与系统、电磁场与微波技术、固体物理学与微电子学等学科方向，也是电子科学与技术学科的分支。0-19与电子科学与技术和应用电子技术相关的学科有那些？根据你所掌握的知识说明物理学对电子科学与技术的基础作用并举例说明。答：（参考0.3节）提示：包括基础理论学科（例如物理学）、应用工程学科（例如计算机工程、通信工程、信息工程、控制工程等）（想想看还有哪些学科）第1章电子科学与技术概述练习题1-1简述电子科学与技术的主要研究内容。答：（参考0.3和1.1节）电子科学与技术的主要研究内容包括电子元器件、电子材料、电子系统分析与设计的基本理论、工程应用技术和方法。1-2固体物理学的主要研究内容是什么？为什么说固体物理学的基本概念和规律是电子科学与技术的基础之一？答：（参考1.1.1节）固体物理学所研究的是固态物质的物理学基本规律，包括固态物质的结构、能量规律等。由于半导体材料属于固态晶体材料，固体物理学的基本定律对集成电路和其他一些电子元器件的制造、加工和应用具有决定性的指导意义，因此，固体物理学是电子科学与技术的基础。1-3半导体物理学的主要研究内容是什么？为什么说半导体物理学的基本概念和规律是电子科学与技术的基础之一？答：（参考1.1.2节）半导体物理学的主要研究内容是半导体材料（单晶材料）的基本特征和物理特性参数。这些基本特征和物理特性参数提供了材料加工和集成电路制造的基本规律和分析理论，所以说半导体物理学的基本概念和规律是电子科学与技术的基础之一。1-4纳米材料和纳米技术对电子科学与技术有什么意义？答：（参考1.1.3节）具有重要意义，提供了纳米集成电路的基本设计概念和参数要求，对电子科学与技术的工程应用具有重要的指导作用。1-5量子是一种物理学基本粒子吗？为什么？答：（参考1.1.4节）量子不是物理学中的基本粒子，因为“量子”描述的是微小能量“块”，是对微观世界的能量描述单位。1-6量子力学指出核外电子的状态是随机的，即不能确切的控制核外电子的状态。既然不能确定电子状态，为什么还说量子力学是现代半导体元器件的基础？答：（参考1.1.4节）量子力学所揭示的电子绕核状态变化的规律对每个原子都适用，量子力学中的电子在不同能级轨道上绕核运动、改变轨道的条件等提供了半导体材料的物理本质，对巨大数量原子构成的物理材料，其中存在的自由电子在外加能量（例如外加电场）控制下必然会定向的电流，从而形成可控的电子流（即宏观出现受控电子是确定的），这是半导体器件的基本工作原理。所以，量子力学是现代半导体器件设计的基础。1-7基本电磁理论包括哪些主要内容？答：（参考1.2节）提示：请根据教材自行总结。1-8收音机在一个传输高频信号的导线附近出现了严重的噪声，这是什么原因？答：（参考例1.2-1）（提示：收音机需要通过天线接收广播信号）这是因为高频电磁干扰的原因。1-9物理电磁学提供了电磁现象的基本规律，试写出其中的欧姆定律。答：（参考高中物理学和大学物理学的电学部分）。1-10半导体材料的基本特点是什么？共有几大类半导体材料？答：（参考1.3节）基本半导体材料一般都属于绝缘体，如单晶硅，这种材料叫做本征半导体。在本征半导体材料中掺入少量杂质后，可以改变本征半导体材料的电导率，使其具有一定的导电能力。由于半导体材料是在单晶体中加入杂质后，才形成一定的导电能力，因此半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化比较敏感。1-11纯净硅半导体晶体能否导电？答：（参考1.3节）不能。1-12为什么能够用半导体材料制造出导电的半导体器件？答：（参考1.3节）因为在本征半导体中掺入了相应的杂质，形成了多余电子或空穴。1-13工程实际中是如何对电子元器件进行分类的？答：（参考1.4节）划分为有源器件和无源器件，使用中还划分为分立器件和集成电路器件。1-14什么叫做有源电子器件？答：（参考1.4节）电子元件工作时内部有电源存在，叫做有源器件。使用有源器件设计电路时，必须给有源器件施加外部电源。1-15什么叫做无源电子器件？答：（参考1.4节）电子元件在工作时，内部没有任何形式的电源。1-16电阻、电容和电感属于有源器件还是无源器件？答：（参考1.4节）属于无源器件。1-17用你所掌握的物理电磁学知识建立电阻、电容和电感三种无源器件的电压电流关系。答：提示：参考高中物理和大学物理中电阻、电容和电感的定义式。1-18模拟集成电路器件与数字集成电路器件有什么不同？答：（参考1.4节）模拟集成电路对任何时刻的信号都进行处理，而数字电路只对某几个点的电压信号进行处理。就是说，模拟集成电路只能处理模拟信号，数字集成电路只能处理数字逻辑电压信号。1-19电路分析中的元件与工程实际中的电子元器件有什么不同？答：（参考1.6节）电路分析理论对电磁理论中的场分布进行适当的简化处理，特别是把电磁能量从场分布形态简化为路分布形态，即考虑电磁能量仅沿某一个特殊路径（如导线）分布。工程实际中的电子元器件则不是这种理想处理的元器件，具有相应的电磁分布特性，这也是电路干扰形成的原因之一。简单的说，电路分析中的元件是对工程实际元件简化后的理想元件。1-20简述电子系统工程分析的基本内容。答：（参考1.6节）建立电子元器件和系统的模型、对模型做分析。1-21为什么说电子元器件和系统模型与建模技术对于电子科学与技术和应用电子技术是非常重要的研究对象与研究方法？答：（参考1.6节）电子元器件模型提供了元器件的工作原理和重要物理参数，是电子系统建模的基础之一。电子系统模型是电子系统分析的依据，包含了电子系统的应用约束条件、实际结构、工作原理和应用目的。只有这些分析结果是正确的才能保证电子系统设计是正确的。所以，电子元器件和系统模型与建模技术，对于电子科学与技术和应用电子技术是非常重要的研究对象与研究方法。1-22某圆柱物体两端加有直流电压后，发现其中有直流电流通过，试问这个物体可以描述为什么电子器件？答：（参考1.4节）可以描述为电阻。1-23什么叫做绿色分析？答：（参考1.5和1.6节）确定电子系统能量损耗的功耗分析、制造材料和系统的环境指标分析、低碳、无碳特征分析和可维护、再利用等的分析方法和内容叫做绿色分析。1-24列举你所知道的电子系统实例。答：提示：建议参考绪论的有关思考题。1-25一部手机完成5分钟通话耗电5W，另一部手机通话5分钟耗电0.5W，试问哪部手机属于节能手机？答：提示：耗能少的手机属于节能手机。本题的比较条件是“相同的通话时间程度”。第2章半导体物理基础练习题2-1半导体物理学的基本内容包括哪些？答：（参考2.1节）半导体物理的基本内容是半导体材料的基本结构、材料的物理特性与电学特性、同质和异质结构等。由于目前工程中所使用的半导体材料绝大部分属于固体材料，所以半导体物理学主要研究内容是半导体固体材料的物理和电学特性。2-2半导体晶体材料的基本结构是如何描述的？答：（参考2.1.1节）用固态晶体的方法来描述半导体晶体材料的基本结构，使用的概念包括二维晶格、原始晶体单元、基本立方体结构和化学键，其中化学键提供了半导体导电分析的基本结构。2-3什么叫做平衡态半导体晶体？答：（参考2.1.2节）半导体晶体处于等温、无外电场和磁场作用时，叫做平衡态半导体也叫做热平衡态半导体晶体。处于热平衡态时，半导体晶体内部各点同温，晶体没有因外部电磁场的作用而发生变化。2-4非平衡态半导体晶体提供了哪些应用概念？答：（参考2.1.2节）1）处于非平衡态的半导体才有导电的可能；2）掺入杂质的非平衡半导体中会出现载流子（电子和空穴）；3）非平衡态半导体必须通过参入相应的杂质才能导电。2-5半导体导电的基本原理是什么？答：（参考2.1.3节）外加电场下，半导体中载流子的漂移和扩散是半导体导电的原理。2-6什么叫做扩散？答：（参考2.1.3节）半导体中电子和空穴因密度不同引起的载流子移动。2-7什么叫做漂移？答：（参考2.1.3节）在外力(电场力)作用下的载流子移动。2-8掺有杂质的半导体晶体中的载流子扩散或漂移是否与温度有关。答：（参考2.2.1节）N型和P型半导体的载流子浓度都与温度成正比。2-9如何区分P型和N型半导体？答：（参考2.2.1节）P型半导体的载流子以空穴为主（多子是空穴），杂质应当是3价物；N型半导体的载流子以电子为主（多姿是电子），杂质应当是5价物。2-10PN结具有什么样的导电特性？答：（参考2.2.3节）PN节具有单向导电特性，只有在PN处于正向电压时才会导电（P端连接电源正端）。2-11想象一下：工程中的二极管实际上就是一个PN结，已知PN结存在势垒电场所形成的接触电压，如果把二极管的两端用导线连接起来，这个接触电压是否会在导线中引起电流？为什么？答：（参考2.2.3节）提示：不会，因为把二极管两端短路后外加电压为0，内部势垒电场不会受到削弱，所以不会引起扩散电流，更不会引起漂移电流。2-12能否用电压、电流关系的线性方程描述PN结电压电流的关系？（提示：设PN结两端的电压是V，PN结电流是I，线性方程就是一次方程V=aI+b，a和b是代表参数的常数）答：（参考图2.2-2的曲线）不能用线性方程描述PN节的电压电流关系，因为PN节的电压电流关系是曲线，只能在某段V变化很小的范围内使用线性方程（即以直代曲）。2-13如何控制才能使PN结不导电？答：（参考2.2.3节和图2.2-3）外加电压小于势垒电场或施加小于击穿电压的反相电压就可以控制PN节不导电。第3章电子科学与技术中的数学工具练习题3-1数学分析对电子技术的应用有什么样的意义？答：（参考3.1节）数学分析提供了电子技术建模的基本工具，具有重要的意义。3-2微分方程所建立的电子系统模型反映了电子系统的什么特性？答：（参考3.2节）反映了电子系统关于时间的动态特性，即系统变量随时间变化的状态。3-3场论提供了什么样的特征来描述一个矢量场和标量场？答：（参考3.3节）提供了描述标量场变化的梯度特征，矢量场变化的散度和旋度特征。3-4线性代数所提供的理论对电路分析具有什么作用？答：（参考3.4节）线性代数的矩阵理论和方法是计算机做电路分析的重要工具，也是电路分析重要的数学工具。3-5积分变换的数学特点是什么？答：（参考3.5节）通过在全部时间范围内或全部频率范围内的积分，实现参考坐标的转换，建立起时间模型和频率模型之间的相互转换。3-6拉氏变换把微分方程转换成代数方程，这是否说明简化了计算分析过程？答：（参考高等数学）把微分方程转换为代数方程并没有完全实现简化的目的，因为所得的的代数方程与微分方程的特征方程阶次相同，其求解方法复杂程度相同。3-7非周期函数可以写成傅里叶级数吗？答：（参考3.4.2节和高等数学）不可以。傅里叶级数是频率的离散函数，所以只能转换成傅里叶变换，是频率的连续函数。3-8周期函数的傅里叶级数说明了什么？答：（参考3.4.3节和高等数学）傅里叶级数说明周期函数可以用频率离散的正弦函数表示，即时间连续的周期函数转换到频率域是离散的频率函数。3-9为什么说复变函数对于频域分析具有十分重要的意义？答：（参考3.6节）电子元器件或系统随频率变化的模型，可用复变函数的理论对其分析，获得系统重要的特性，所以复变函数对于频域分析具有十分重要的意义。3-10数理统计和概率论可以用来分析电子系统的噪声吗？为什么？答：（参考3.7节）可以，因为电子系统中的噪声源很难用确定性函数描述（即建立确定性的噪声模型），所以只能使用数理统计和概率的方法来分析。3-11电子科学与技术中，数学工具的使用基础是什么？答：（参考3.8节）是物理定律。3-12电子科学与技术中，变量分析起到了什么作用？答：（参考3.8节）变量分析是建立相关模型的重要基础，起到建立分析目标的作用。3-13电路分析中的基本分析变量是什么？答：（参考3.8节）电路分析的基本变量是节点电位和支路电流。3-14分析有半导体器件的电路时，半导体器件的电路参数是分析变量还是电路分析应知的参数？答：（参考3.8节）是电路分析中的应知参数。3-15系统分析中的基本变量是什么？答：（参考3.8节）是系统的输入和输出变量。3-16变量分析的数学本质是什么？答：（参考3.8节）变量分析的数学本质，就是建立基于物理定律的变量关系模型，其中包含参数。3-17什么叫做定性分析？举例说明。答：（参考3.8节）对变量及其相关各参数之间关系的非定量说明。例如已知电容端电压与电流的关系，可以分析得到电容充电、放电时电压和电流变化的规律。3-18如果某个系统函数的幅度值大于1，但对该系统的测量结果表明幅度值小于1，这能否说明该系统正常？为什么？答：提示：如果系统其他特性正常（例如输出波形等），则说明系统工作基本正常，但存在衰减。这就可以判断系统总体工作不正常。3-19什么叫做定量分析？举例说明。答：（参考3.8节）针对研究目标，确定具体变量的数学模型并实行数值计算。（可以参考本书的例子，例如电阻电容电路的输入输出分析模型，计算给定电阻和电容数值后计算的输出电压表达式）。第4章基本半导体器件练习题4-1基本半导体器件包括哪些器件？答：（提示：参考第4章的篇头叙述）包括二极管、双极三极管（BJT）、场效应管（FET，MOS，JFET）、晶闸管等。4-2半导体二极管的基本结构是一个PN结，这种结构的特点是什么？答：（参考4.1.1节）这种结构的特点是单向导电、只有在正向电压大于某个数值时才能导通、导通后很小的管压降就可以引起较大的电流（管压降较小、导通电阻较小）、反向电压大于给定数值后管子会被反向击穿。4-3二极管的电路特点是什么？这种电路特点有什么实际的应用？答：（参考4.1.1和4.1.2节）二极管电路的基本特点是具有二极管支路电压-电流有非线性关系、单向导通、反向截止等特性。在实际电路中可用于整流、控制输入信号的传输方向或者作为参考电压等。4-4怎样根据二极管A-V特性曲线计算二极管的电阻？参考图4.1-4。答：（参考4.1节）在正向导通时（图4.1-4的第一象限），设已知选择给定电流Id，可以根据厂家给出的二极管A-V曲线查找到电流Id对应的管压降Vd，如图练习rIIV图练习4-44-5以二极管偏置电压为横坐标，能否根据二极管A-V特性曲线绘制二极管的导通电阻随偏置电压变化的曲线？这条曲线有什么用途？答：（参考练习题4-4）可以得到导通电阻随偏置电压变化的曲线。可以观察到二极管正向偏置电压变化时二级管导通电阻的变化，可以作为二极管电路设计的参考。4-6以二极管电流为横坐标，能否根据二极管A-V特性曲线绘制二极管的导通电阻随电流变化的曲线？这条曲线有什么用途？答：（参考练习题4-4）可以得到二极管导通电阻随导通电流变化的曲线。可以作为二极管电路设计的参考。4-7简单描述双极三极管的基本结构，并说明其与背靠背的二极管有什么不同。答：（参考4.2节）双极三极管BJT可以被看作是一个背靠背的两个二极管，但两个二极管共同的部分非常薄（参考图4.2-2），这会形成两个势垒电场相互重叠，b-e正向偏置、c-b反向偏置时，b-e势垒电场变窄、c-b势垒电场变宽，这会引起发射极电流，发射极电流在势垒电场作用下大部分进入集电极，少部分形成基集电流，因此，基极电流可以控制集电极电流。而背靠背的二极管则不同，处于正向偏置的二极管导通，处于反向偏置的二极管则截止。4-8查找一个最简单的单管三极管电压放大电路，分析一下电流控制电流的三极管是如何实现电压放大的？答：（参考模拟电子技术教材）提示：例如选择共发射极电路，通过输出电压-输入电压关系表达式，可以发现电压放大是通过输出电流在输出电阻上的压降来实现的，集电极电流ic是基集电流ib与电流放大系数β的乘积ic=βib。如果把集电极c看成是一个电流源，可以说三极管的电压放大功能4-9两种类型的双极三极管在结构上有什么区别？这种区别的电路特征是什么？对应用技术提出了什么要求？答：（参考4.2节）1）PNP和NPN的结构基本相同，仅是发射区、基区、集电区的半导体类型不同，PNP管分别是P、N、P，NPN管分别是N、P、N。2）这种区别的电路特征就是PNP管和NPN管的工作电压的设置不同，PNP管的工作电位应当是从发射极e到集电极c逐步降低，即基集b电位低于发射极e电位、集电极c电位低于等于基集b电位；NPN管的工作电压应当是从发射极e到集电极c逐步升高，即基集b电位高于发射极极电位、集电极电位高于或等于发射极电位。3）应用中需要考虑是否需要两种极性的电源，同时还需要考虑在一个电路中使用两种不同类型三极管的电路结构问题。4-10场效应管的类型有几种？为什么说MOS管的输入电阻比结型场效应管的输入电阻高？答：（参考4.3节）1）场效应管分位JFET和MOS（含CMOS管对）两种，MOS管又分为增强型和耗尽型两种。2）MOS管的栅极g与源极s、漏极d和衬底之间存在绝缘层（SiO2），使g与s、d和衬底之间绝缘，JFET的栅极g与衬底和s、d之间没有绝缘层，所以MOS管的输入电阻比JFET的输入电阻高。4-11查找一个最简单的MOS单管电压放大电路，分析一下电压控制电流的MOS管是如何实现电压放大的？答：（参考模拟电子技术教材）提示：例如选择共源极电路，通过输出电压-输入电压关系表达式，可以发现电压放大是通过漏极d输出电流在输出电阻上的压降来实现的，而漏极电流是低频跨导gm与栅源电压Vgs的乘积4-12MOS管分为几种类型？使用中应当注意什么？答：（参考4.3节）MOS管分为增强型和耗尽型两种类型。增强型MOS管在外加电压Vgs=0时不存在导电沟道，耗尽型的氧化绝缘层中存在大量正离子，在Vgs=0时也存在导电沟道，使用中需要注意偏置电压。4-13双极三极管与场效应管相比较有什么根本的区别？答：（参考4.2节和4.3节，以及练习题4.8和练习题4.11）BJT和MOS管的根本区别就是控制模式，BJT是电流控制电流源模式，MOS管是电压控制电流源模式。4-144.6节指出可以用MOS管作为电阻使用，当作为电阻使用时，需要怎样连接MOS管？答：（参考图4.6-2）如图4.6-2所示，把MOS管的栅极与源极s连接，连接方法的关键是保持MOS管的栅极g和源极s保持导通所需要的固定电位，或者保持栅极g和漏极d保持导通所需要的固定电位，这种连接后有使得MOS管工作在特性曲线（图4.3-8）的电阻区。4-15能否向4.6节描述的MOS管作为电阻那样，用三极管BJT构成电阻？如果能够，作为电阻使用的BJT应当具有怎样的电路连接结构？这时BJT工作在Ic答：（参考4.2节）根据图4.2-9可知，如果BJT工作在c-e特性曲线的饱和区则就相当于电阻的作用，可知，可以通过把基集b和集电极c连接在一起，或者保持b和c电位相等，并保证这时的Vce处于c-e输出特性曲线的饱和区，即可达到BJT4-16晶闸管的基本结构是两个三极管，为什么可以作为一个电流开关使用？答：（参考4.5节）晶闸管的导通条件是：阴极A和阳极C之间存在适当的电压时，提供适当的门级电压和电流，这两个条件必须同时满足才能导通，否则就处于截止状态。这就是为什么晶闸管可以作为开关使用的原因。4-17用MOS管或三极管是否也可以形成一个电流开关？答：（参考4.2和4.3节）MOS管和BJT都有导通和截止两种状态，导通时都是电流源，所以只要控制得当也可以作为电流开关。4-18半导体材料的特性会影响基本半导体器件的哪些特性？答：（参考4.1~4.7节）半导体材料具有载流子数量与温度成正比的特征，所以后影响半导体器件的温度特性。4-19为什么在集成电路中要使用半导体电阻和半导体电容？答：（参考4.6和4.7节）由于电路结构中往往需要使用无源器件，所以才使用集成制造的半导体电阻和电容。4-20半导体电阻与普通电阻有什么区别？答：（参考4.6节）半导体电阻是半导体材料与其他电路元件制作在同一硅片上，由于半导体材料和PN结的原因，使得半导体电阻与其他电路元件之间存在着潜在的通道，形成对电阻参数的影响电路。普通电阻则不存在这个问题。4-21半导体电容与普通电容有什么区别？答：（参考4.7节）半导体电容是半导体材料与其他电路元件制作在同一硅片上，由于半导体材料和PN结的原因，使得半导体电容与其他电路元件之间存在着潜在的通道，形成对电容参数的影响电路。普通电容则不存在这个问题。4-22为什么可以用MOS管作为半导体电阻？答：（参考练习题4-14）MOS是集成电路中的主要器件，而MOS管通过适当电路连接就可以作为电阻（有源电阻）来使用，有利于集成电路的制造。4-23能否使用双极三极管作为半导体电阻？这种电阻与MOS管电阻有什么区别？答：（参考练习题4-15）也可以使用BJT作为半导体电阻。这种电阻与MOS管不同的是电流控制电流方式工作。4-24为什么要建立半导体器件的模型？答：（参考4.8节）模型是对研究对象的一种描述，这种描述提供了研究对象中各种变量之间的关系，这种关系符合研究对象中各变量所遵循的物理定律，提供了基本的数学分析基础。半导体器件模型是半导体器件和电子电路分析的重要工具，所以要建立半导体器件模型。第5章电子系统工程分析方法与EDA工具练习题5-1什么叫做模型？简述模型在电子科学与技术中所起的作用。答：（参考4.8和5.1节）模型是对研究对象的描述。这种描述可以是物理描述，也可以是数学描述。模型与实际系统的区别，就在于模型突出了研究者所关心的部分。电子科学与技术研究与分析中，建立研究对象模型是首要的任务，在正确约束条件下建立正确的模型，是获得正确的分析和设计结果的基础，模型起到了研究基础的作用。5-2用万用表测量一只电阻可以得到电阻的阻值，试问这利用了什么原理和电阻模型？答：（参考1.6节和5.1节）用欧姆定律位原理，并利用电阻的集总参数模型。5-3已知智能手机包括天线、信号调制、放大滤波、数据解码、数据处理、音频输出驱动、视频显示、音频信号采集、视频信号采集等部分，能否根据这些绘制一个简单的系统结构模型？答：提示：把每个独立功能放在一个方框中并用文字表明，然后用箭头线连接。例如天线天线接收放大滤波发送天线驱动调制解调数据解码和处理音频输出驱动视频输出驱动音频、视频信号采集5-4已知某电子电路连接到5V直流电源后，其输出端口会输出一个直流电压信号，通过调整输出端口旁的控制旋钮，可将这个直流信号的电压幅度从0调整到4V，注意，调整控制旋钮时，输出电压会随旋钮变化而变化。能否建立这个电路的数学模型（输出电压信号与电源电压的数学关系）？答：可以假设输出电压是电源电压的线性函数v根据给定的条件，V是固定的电源，a是旋钮提供的数值，是个变量。输出电压幅度可以从0变化的4V，所以得到方程组0=得到b注意，只有两个独立方程，有三个未知数a0、a1和b，这时需要假设一个为已知，这里假设a1=1，得到v如果考虑给定电源电压V，输出电压最大值是nV，0<n<1，则根据上述过程可以得到0=b考虑0<n<1，选择a1=1，得到a0v5-5能否使用智能手机设计一个万用表？如果可能，建立这个万用表的物理模型（即绘制这个万用表的组成部分，例如电压测试电路、电流测试电路、信号检测模块、处理显示模块等）。答：（参考练习题5-3）提示：测试电路应当是附加的电路，通过语音或其他的插座与手机连接，而信号检测模块、处理模块等就是手机内部的可执行软件，可以用手机app实现。5-6选择一款EDA工具（例如MultiSim），建立一个简单的电路（例如一个电压源连接一个电阻，电阻的另一端为电路输出），查找一下这个仿真工具在进行电路仿真时有那些重要的环境设置（例如环境温度、器件数值、器件的温度特性、测试精度限制等）？答：参考4.2节的例4.2-1。5-7在建立电子元器件和系统的模型时，需要考虑什么问题？答：（参考5.1节）需要考虑基本约束条件：元器件或系统的线性化范围和LTI特性、温度条件、频率条件、功率工作条件、静态工作条件等。5-8利用红外传感器可以在一定距离内准确的测量物体的表面温度，红外传感器的输出电压信号与物体表面温度成正比。由于红外传感器输出的信号电压比较低（一般在mV数量级），所以需要把红外传感器的信号进行电压放大，之后还需要滤除干扰信号的滤波电路，最后把滤波后的信号转换为数据在显示器（例如液晶显示器、LED显示器）上显示出来。请根据这个处理过程建立一个描述红外测温仪系统的结构模型（用文字框代表每个信号获取或处理部分后再用线段把这些文字框连接起来）。答：（参考练习5-3）提示：根据题意总结出结构中的不同功能部分，把每个功能部分作为一个独立的部分，再把各个独立的功能部分用箭头连接起来，箭头代表信号传输方向。5-9简述约束条件在建立模型的过程中所起的作用。答：（参考5.1节）基本约束条件，是指保证电路能正常工作或使电路处于某一正常工作范围的约束条件，是建立模型的重要基础。任何电路模型都是在一定约束条件之下建立的。所以，约束条件决定了所代表的分析对象是否正确。5-10如果设计要求半导体器件工作在-20℃~50℃的环境温度下，使用EDA工具对电路做仿真分析时，需要怎样选择EDA工具提供的器件温度设置？答：（参考5.1节）需要在EDA工具这设置相应的温度点进行仿真，或者使用温度扫描功能对电路进行温度扫描，获得不同温度下的仿真分析结果，并分析其是否满足设计要求。5-11什么叫做宏模型？为什么要使用宏模型？答：（参考5.1.2节）能够描述器件或系统行为的简单电路模型，这个电路的输入输出关系、各种参数都可以用数学函数来描述。电路模型及其数学函数叫做电子器件或系统的红魔乡。使用宏模型的目的是为了简化分析。5-12简述电子测量技术在电子系统设计与分析中所起的作用。答：（参考5.5节）通过测试对所设计器件和系统进行功能和技术指标检查验证，以保证所设计器件与系统完全符合设计要求，是电子器件或系统在设计制造时必须完成的工作。5-13电子测量技术的基础和主要内容是什么？答：参考5.5节）1）电子测量的基础是电路系统模型，通过模型可确定测试点与测试变量，并根据模型的技术特性，正确选择测量仪器，确定正确的测量方法。2）基本内容就是根据模型对所实现的电子系统做功能和参数测试验证，5-14试想你设计了一个直流电压信号放大器，要求输入电压信号为0~10mVDC、输出电压信号为0~0.3VDC、电源电压为3.3VDC，请确定完成这个电路后需要测量的数据、需要使用的测量仪器。怎样判断你所设计并调试后的放大器是否满足设计要求？答：（参考5.5.3节）1）需要测量输入信号电压、输出信号电压和电源电压；2）可以使用精度高的万用表，也可以使用数字示波器；3）通过输出电压和输入电压测量结果的比值可以判断放大倍数是否没事设计要求。5-15什么叫做CAD和EDA？答：（参考5.3节）CAD叫做计算机辅助设计，EDA是电子设计自动化，都是以模型为基础的电子系统和元器件设计软件平台。5-16简述电子系统的EDA工具在分析和设计中所起的作用。答：（参考5.1.3节）提示：EDA工具是现代数字电路系统设计的基本工具。5-17使用你所熟悉的一个EDA软件（例如MultiSim）仿真测量一个100欧姆的电阻，通过设置软件中电阻测量工具的参数（例如精度、电流测量最小值、电压测量测量值等）观察不同设置下的测量结果。测量结果不同说明了什么？答：提示：使用EDA软件时要根据测试要求设置虚拟仪器的测试范围和精度，这样才能获得可信的测试结果。5-18什么叫做电子系统的设计目标？答：（参考5.1、5.2和5.4节）根据电子系统的设计要求，建立电子系统模型并用电路实现这个模型。5-19在设计电子系统时，需要考虑哪些问题？答：（参考第1章和5.6节）需要考虑设计要求的限制条件，例如所选器件能否实现电路模型、系统的温度、湿度、电源电压、频率等特性和节能环保要求等问题。5-20如果要求你设计一个工作在较高温度环境（例如环境温度为-25℃~50℃）的电子系统，请问在设计中选择元器件和其他系统部件（例如支架、表壳等）时要注意什么？答：要注意器件的工作温度要求，支架和表壳等的散热能力等。5-21什么叫做电网络图？电网络图中为什么提出树的概念？答：（参考5.3节）用节点和支路描绘的电路结构图叫做电网络图，利用电网络图的树，CAD和EDA工具可以自动建立有关节点电位和支路电流的方程组，对其求解即可获得电路的节点电位和支路电流。5-22数字电路的基本特点是什么？答：（参考54.1节）只能处理数字逻辑电平信号的电子电路。5-23绿色电子系统设计中，应用要求设计法的基本特征是什么？答：（参考5.6节）基本特征就是所有设计都必须符合绿色限制条件的应用要求。5-24对于数字集成电路来说，芯片的功率损耗与芯片使用的电源电压、芯片工作频率的平方和芯片总的等效电容（芯片面积与单位面积等效电容的乘积）成正比，试建立一个函数表达式来表示芯片的功率损耗。调整哪个功率损耗相关的参数能最快的降低功率损耗？答：设电源电压是V、芯片工作频率是f、芯片总的等效电容位C=S×C0，P可看出，频率对功率损耗的影响大，所以降低频率可较快的降低功率损耗。5-25根据上题的结论，在设计一个使用数字集成电路构成的电子系统时，怎样估计系统的功率损耗？怎样在满足系统设计要求的条件下使数字电路部分具有最低的功率损耗？答：通过对数字IC功率损耗即可估计系统的功率损耗，由于数字IC的工作电压不能随意调整，工作频率可以在所限制的最高工作频率之下，所以，在满足设计要求的条件下尽量降低工作频率。第6章应用技术概述练习题6-1电子元器件、电路和系统设计中的参考法具有什么特点？答：（参考6.2节）参考已有电路结构、使用的器件和电路参数设计新电路，特点是无需设计电路结构或仅需对电路结构做微调，只需要调整电路参数。6-2是不是所有电子元器件、电路和系统的设计任务都可以通过参考法完成？为什么？答：不一定，因为不同模型的器件、电路和系统，不一定能使用相同的电路结构实现。6-3电子系统对电源有哪些基本要求？这些要求与半导体器件的什么特性有关？答：（参考6.2.5节）要求电源具有相应的稳定性和一定的过载能力。这些与IC的工作电压和温度特性有关。6-4什么叫做电路的状态？电路的状态和现象有什么区别和应用价值？答：（参考6.2.4节）电路状态是电路行为特性在一定条件下和一定时间范围内的表现，是描述电路行为的基本要素。电路现象是电路行为特性的宏观表现，是说明电路行为和技术特性的状态集合。电路状态提供了一种电路现象，这种电路现象可以说明当前电子系统的工作。电路状态是电路观察和测试、发现电路现象的依据，电路现象是分析系统工作行为的依据。6-5设图6.3-1所示反相放大器零输入，试问输入端接地和开路（输入端悬空，如图中所示）的零输入时，该电路的零输入状态会相同吗？答：（参考6.3.1节）不会，输入端接地相当于输入信号电压为0、但有输入信号连接，开路时输入端没有任何输入信号。6-6电子电路电源的设计原则是什么？答：（参考6.2.5节）设计原则是：满足电子器件对电源电压、电压稳定性、功率和过载、系统效率、电磁兼容等方面的要求。6-7根据图6.3-1，设计反相放大器放大倍数测试的方案，给出所使用的测试仪器。答：（参考6.3.1和第5章）参考方案：使用满足要求的直流稳压电源、信号源和双踪数字示波器，信号源输出连接到放大器输入端，双踪数字示波器的A端连接放大器输入端，B端连接放大器的输出端，做上述连接时电源和信号源必须关闭电源，连接结束确认无误后，先打开符合需要的直流电压源，再打开信号源电源开关，最后打开示波器的电源开关。6-8测试技术对电子电路的设计有什么影响？答：（参考6.2.4节）在；电子电路设计中必须考虑可测性的问题，使电子电路具有可测性，可测性提供了电路状态和特性测试的基础。6-9利用仿真工具研究和设计电子电路时，有哪些问题需要注意？6-10如果已经有了电路图（电路的物理模型），但电路图上的元件没有具体的数值，能否对这样的电路进行仿真研究？答：（参考6.2.2）不能，因为仿真研究需要使用具体的元件数值。6-11零输入状态与静止状态有什么区别？在什么条件下这两种状态可以被看做是相同的？答：（参考6.2.4节）零输入状态是电路输入信号为0时所处的状态，静止状态是电路没有输入信号时的电路状态，零输入状态是静止状态的一种。6-12仿真设计工具具有哪些重要特征？这些特征对设计和研究有什么影响？答：（参考6.2.2节）仿真工具的重要特征就是根据模型完成仿真计算，仿真时必须对相关的环境条件（例如温度）和测试条件做必要的设置，否则会严重影响设计和研究结果。6-13如果需要把一个最大值为1mV的交流电压信号变为最大值为0.5V的电压信号，需要使用什么电路？答：（参考6..3.1节）提示：需要使用放大电路，可以使用同相放大器或使用两个反相放大器串联。6-14模拟运算电路的误差与什么参数有关？如果模拟运算电路中的某个电阻值发生了变化，还能保证计算正确吗？答：（参考6.3.3节）与所使用模拟IC的噪声、电源噪声、温度、无源器件数值误差等有关，如果电阻值发生变化则不能保证运算正确。6-15如果要实现vo答：（参考6.3节）使用放大倍数分别为5和2的放大器对v1和v2放大，再使用放大倍数为1的加法器。6-16某电压信号中含有大量高频噪声信号，应当使用什么样的滤波器消除高频噪声？答：（参考6.3.4节）使用低通滤波器。6-17模拟信号处理电路与数字逻辑信号处理电路的根本区别是什么？答：（参考6.3节）模拟信号处理电路对模拟信号直接处理，不需要采样和数字计算，具有与信号同步、并行处理的特点，数字信号需要对信号做采样和数值计算，需要逐个计算信号数值，会产生延时，并且是串行方式工作（完成一个数值计算后才能计算下一个），不易实现并行。但模拟信号处理的电路复杂不易实现、易受干扰，且误差大。6-18用一个实际电子系统为例，说明绿色电子系统的基本概念。答：参考答案是：太阳能供电的电子系统没有环境污染。第7章集成电路练习题7-1集成电路与分立元件电路相比较具有哪些优点？答：（参考7.1节）可极大的缩小电路体积和功耗，可大大的提高系统性能、降低设计难度。7-2使用集成电路需要注意哪些问题？答：（参考7.1节）要注意IC的功能、性能指标，要区分模拟IC和数字IC。7-3集成电路是如何分类的？答：（参考7.1.2节）按电路所处理的信号性质分为模拟IC和数字IC。7-4模拟集成电路和数字集成电路有什么本质区别？产生这些区别的原因是什么？答：（参考7.1.2节）模拟IC和数字IC的本质区别是电路结构和电路信号性质。这是因为处理模拟IC的工作方式处理连续时间信号，而数字IC依靠数字逻辑电平的判断工作。7-5数字集成电路中有几种基本门电路？这些门电路具有什么逻辑功能？答：（参考7.3节）基本逻辑门包括非门（逻辑信号取反）、或门（对输入两个以上的逻辑信号做或操作，只要有一个是1输出就是1）、与门（对输入两个以上的逻辑信号做与操作，只要有一个是0，输出就是0）。7-6半导体存储器分为几种类型？各自的特点是什么？答：（参考7.4节）按制造工艺分为BJT型和MOS型，按存取顺序分为FIFO型和FILO型，按工作方式分为随机存储器RAM和只读存储器ROM，其中ROM可分为可编程PROM和不可编程ROM，PROM又分为EPROM、EEPROM，ROM分为不可编程ROM和可一次编程ROM。7-7什么叫做可编程逻辑器件？可编程逻辑器件分为几种类型？答：（参考7.5节）可通过编程的方法实现数字逻辑系统的数字逻辑电路，这些逻辑电路的连接关系则通过使用者根据需要进行连接。分为FPGA（线程可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）两种类型。7-8数字集成电路的逻辑电平与制作工艺有关，试指出TTL和CMOS电路之间逻辑电平的差别。答：（参考表7.3-1）提示：相同电源电压条件下，CMOS的高电平高于TTL的高电平、低电平低于TTL的低电平。7-9包含有CPU的集成电路器件有几大类？这些器件的特点是什么？答：（参考7.6节）MPU、MCU、DSP三大类，MPU是较复杂处理器系统、计算能力强大，MCU的处理系统简单、计算能力不及微处理器但电路简单，DSP具有强大的信号处理能力但使用专用的处理单元、电路结构复杂。7-10为什么智能手机中不直接使用微处理器，而是使用包含多个微处理器核的专用SoC？答：（参考7.6.2节）因为考虑到智能手机供电电源以及对数据处理、通信性能的特殊要求，不能使用耗能大、没有通信处理能力的微处理器，使用多核SoC可以极大的提高处理能力、降低功耗。7-11假设一工程系统中需要产生不同频率的正弦波信号，并且要求随时控制正弦波信号的频率和幅度，这就需要设计一个相关的信号发生器。请根据要求确定使用集成电路实现这个信号发生器的基本结构，并指出其中不同部分的功能和集成电路特征。答：参考答案：可以使用微处理器系统来设计。第8章电路制造工艺练习题8-1什么叫做电子产品的制造工艺？答：（参考8.1.1）使用技术和设备完成电子产品生产的过程。8-2如何描述电子元器件的工艺特征？答：（参考8.1.2节）使用材料特征（使用材料的物理化学特征）、几何特征（加工尺寸）、筛选技术来描述电子元器件的工艺特征。8-3是否应当在建立电子元器件模型中考虑其工艺特征？答：（参考8.1.3节）建立电子元器件模型中应当考虑工艺特征，否则使得产品无法制作。8-4电子元器件工艺特征对模型有哪些影响？答：（参考8.1.3）不同的电子元器件工艺对模型又重大影响，例如BJT电路和CMOS电路结构的电路参数和结构不同，所得的模型会有差异，所以设计的BJT构成的电路无法使用CMOS工艺制造。8-5工艺文件的主要内容是什么？答：（参考8.1.1）工艺文件是指工艺设计文件，包括零件工艺技术要求、装配工艺技术要求及工艺过程、元器件工艺表和加工表等。8-6PCB具有什么工艺特征？答：（参考8.2.1节）PCB的工艺特征就是：工艺必须符合国家标准国际标准。8-7简单描述PCB的制造工艺流程，并指出其中的关键技术。答：（参考8.2.2节）关键技术制版、照相和刻蚀。8-8指出PCB电路制造的主要内容。答：（参考8.2.2节）通过感光剂和光刻把电路图复制到覆铜板上，利用刻蚀技术保留所需要的电路连线，建立过孔连接，助焊剂和阻焊剂处理，平整PCB，质量检查。8-9制造PCB电路中应当注意哪些问题？答：（参考8.2节）注意工艺要求是否符合标准，还需要注意制造过程中的环保问题。8-10设计PCB的过程中，应当考虑哪些有关PCB制造工艺和电路制造问题？答：（参考8.2.3节）应当考虑焊接工艺、安装工艺对PCB的要求。8-11什么叫做晶圆？答：（参考8.3节）用来制造IC的半导体原料，单晶硅片。8-12什么叫做掩膜版？掩膜版在集成电路制造过程中起什么作用？答：（参考8.3节）掩膜版是IC加工制造过程中的重要工具，作用就像洗相用的底版，用于把要保留的线条分布映射到硅片上。8-13简单描述集成电路的制造过程。答：（参考图8.3-1）8-14为什么说刻蚀技术是集成电路制造中的关键技术之一？答：（参考8.3.3节）因为刻蚀效果会直接影响IC的电路技术指标。8-15为什么要使用沉积技术？答：（参考8.3.4节）用沉积技术来制造多晶硅和金属连线。8-16掺杂技术有几种？答：（参考8.3.5节）有两种扩散工艺和离子注入工艺两种掺杂技术。8-17指出影响半导体元件和集成电路技术参数的工艺过程。答：（参考8.3和8.4节）刻蚀、沉积、扩散、清洗等都会影响半导体元件和IC的技术参数。8-18集成电路的测试包括哪些内容？答：（参考8.3.7节）包括晶圆测试、晶圆上电路测试、裸芯片测试和封装芯片测试。8-19为什么要对裸芯片进行测试？答：（参考8.3.7节）可直接测试电路特性，不受封装影响，也可作为仿真测试的参考。8-20为什么要进行晶圆上电路的测试？这种测试有什么优点？答：（参考8.3.7）晶圆上电路测试可确认制造的单元电路是否具有所需要的技术参数；这种测试的优点是能获取制造过程中的工艺参数，检查制造结果是否满足设计要求。8-21调查一个PCB的生产过程，通过对生产过程的分析指出需要考虑使用的环保措施。答：提示：可通过生产实习完成本题，或通过网络和相关资料完成。第9章SoC技术练习题9-1什么叫做SoC器件？答：（参考9.1节）如果电子系统的主系统部分和辅助部分全部在同一个IC器件中，这种器件就叫做SoC器件。9-2什么叫做SoC技术？答：（参考9.1.2节）SoC技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。9-3SoC技术包括哪些基本内容？答：（参考9.1.2节）包括系统设计技术、IP核设计与应用技术、软硬件协同设计技术、系统验证技术、纳米工艺技术、低功耗技术等。9-4应用SoC技术时需要注意哪些问题？答：（参考9.1.3和9.1.4节）要注意建模问题、仿真调试问题、系统结构和电路连接的设计问题。9-5SoC器件具有什么样的基本结构？答：（参考9.2.1节）SoC的基本结构包括CPU模块、时钟系统模块、I/O接口模块、中断处理模块、存储器模块、总线模块、