2026年大学模电试题和答案

2026年大学模电试题和答案一、填空题（每空1分，共20分）1.室温（300K）下本征单晶硅的载流子浓度约为______cm⁻³。2.氮化镓（GaN）作为典型宽禁带半导体，室温下禁带宽度为3.4eV，其本征辐射对应的光波波段为______。3.BJT的厄尔利效应会导致输出特性曲线在放大区发生上翘，该效应本质是______随集电极-发射极电压变化而改变。4.N沟道结型场效应管的夹断电压VP的极性为______。5.阻容耦合共射放大电路中，当输入信号频率低于截止频率时发生的截止失真属于______失真，可通过______耦合电容容量的方式拓展低频带宽。6.差分放大电路的共模抑制比KCMR的定义为______的比值，该参数越大表明电路______能力越强。7.深度负反馈条件下，放大电路的闭环增益仅由______决定，与放大管的参数基本无关。8.乙类互补对称功率放大电路的交越失真产生的原因是______，可通过______的方式消除该失真。9.开关电源效率远高于线性稳压电源的核心原因是调整管工作在______状态。10.仪表放大器的核心优势包括______输入阻抗、______共模抑制比（填写“高”或“低”）。11.与无源滤波电路相比，有源滤波电路的核心优势是______，可实现带负载能力强的滤波效果。12.RC桥式正弦波振荡电路的相位平衡条件为______，通常采用热敏电阻组成的负反馈回路稳定输出幅值。13.压控振荡器（VCO）的核心特性是输出信号的______与输入控制电压成正比。14.齐纳二极管工作在稳压状态时，必须施加______偏置且工作在反向击穿区。15.光电二极管用于光信号检测时，通常施加______偏置以提高响应速度。16.MOS管工作在亚阈值区时，漏极电流随栅源电压呈指数变化，该工作区适合______功耗应用场景。17.共漏极放大电路（源极跟随器）的电压增益最大值为______。18.负反馈放大电路发生自激振荡的相位条件为______。19.直流稳压电源的纹波抑制比定义为输入纹波电压与输出纹波电压的比值，该参数越大表明电源______能力越强。20.超低功耗运算放大器的输入偏置电流通常为______量级（填写电流单位）。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列电力电子器件中，最适合用于2026年主流高频高压快充电源的功率开关器件是（）A.硅双极型晶体管（BJT）B.硅金属氧化物场效应管（SiMOSFET）C.氮化镓高电子迁移率晶体管（GaNHEMT）D.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）2.下列组态的放大电路中，电压增益小于1且接近1、输入阻抗高、输出阻抗低的是（）A.共射极放大电路B.共集电极放大电路C.共基极放大电路D.共漏极放大电路3.若要设计一个放大电路，要求稳定输出电压、提高输入阻抗，应选择的负反馈组态是（）A.电压串联负反馈B.电压并联负反馈C.电流串联负反馈D.电流并联负反馈4.理想乙类互补对称功率放大电路的最大理论效率为（）A.50%B.66.7%C.78.5%D.90%5.下列滤波电路中，最适合用于超低频（0.1Hz及以下）信号滤波、适合单片集成的是（）A.RC无源滤波电路B.LC无源滤波电路C.有源RC滤波电路D.开关电容滤波电路6.正弦波振荡电路满足自激振荡的幅值条件是（）A.保持不变B.变为原来的2倍C.变为原来的1/2D.变为原来的1/48.下列运算放大器参数中，对直流小信号放大精度影响最大的是（）A.输入失调电压B.单位增益带宽C.压摆率D.输出电阻9.要将输入的三角波信号转换为同频率的方波信号，应选用的电路是（）A.微分运算电路B.积分运算电路C.施密特触发电路D.同相比例放大电路10.线性稳压电源的调整管正常工作时处于（）A.饱和区B.截止区C.放大区D.击穿区三、分析计算题（共40分）1.（15分）已知阻容耦合共射极放大电路参数如下：VCC=12V，RB1=47kΩ，RB2=15kΩ，RE=1kΩ，RC=3.3kΩ，RL=3.3kΩ，BJT的β=120，VBE(on)=0.7V，厄尔利电压VA=-100V，rbb'=200Ω，耦合电容C1=C2=10μF，发射极旁路电容CE=100μF。试完成下列计算：（1）计算电路的静态工作点IB、IC、VCE；（2）计算中频段电压增益Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro；（3）若拆除发射极旁路电容CE，重新计算中频段电压增益Av'和输入电阻Ri'，并说明参数变化的原因。2.（12分）已知恒流源偏置的差分放大电路参数如下：VCC=15V，VEE=-15V，RC=10kΩ，恒流源的发射极电阻RE=20kΩ，两个对称BJT的β=100，VBE(on)=0.7V，rbb'=200Ω，电路为双端输入、单端输出结构，输入信号vi1=10mV，vi2=6mV。试完成下列计算：（1）计算静态工作点IC1、IC2、VC1；（2）计算差模输入电压vid、共模输入电压vic；（3）计算差模电压增益Avd、共模电压增益Avc、共模抑制比KCMR；（4）计算单端输出的电压vo。3.（13分）已知运算放大器组成的负反馈放大电路如下：运放反相输入端经电阻R1=10kΩ接输入信号vi，反馈电阻Rf=100kΩ跨接在输出端与反相输入端之间，同相输入端经匹配电阻R2=10kΩ接地。试完成下列分析：（1）判断电路的反馈组态；（2）深度负反馈条件下，计算闭环电压增益Av=vo/vi、输入电阻Ri、输出电阻Ro；（3）若运放非理想，压摆率SR=2V/μs，单位增益带宽GBW=1MHz，输入信号为峰值500mV、频率20kHz的正弦波，判断输出是否会发生失真，若失真请说明失真类型，若不失真请计算该电路可支持的最大输入信号峰值。四、设计题（20分）面向可穿戴心率监测设备的模拟前端需求，设计一款心电信号放大电路，指标要求如下：输入信号为双极性心电信号，幅度范围0.5mV~5mV，信号带宽0.5Hz~100Hz，输入端存在最高1V的50Hz工频共模干扰；要求输出信号为0~5V单极性信号，适配后端12位ADC采样；电路共模抑制比不低于80dB，输入阻抗不低于10MΩ，总功耗不超过1mW，采用±5V双电源供电。请完成下列设计内容：（1）画出整体电路框图，说明各模块的核心功能；（2）计算各模块的增益分配，给出关键电阻参数的计算过程；（3）选择核心器件型号，说明选型依据；（4）给出50Hz工频干扰的综合抑制方案，说明各方案的抑制效果。参考答案一、填空题1.1.5×10¹⁰2.紫外波段3.基区有效宽度4.负（或<0）5.幅度（或频率）；增大6.差模增益与共模增益绝对值；抑制共模干扰7.反馈网络参数8.晶体管输入特性存在死区电压；给晶体管施加微小的正向偏置电压（或采用甲乙类工作状态）9.开关（或饱和与截止交替）10.高；高11.可提供信号增益、带负载能力强12.环路总相移为2nπ（n为整数）13.频率14.反向15.反向16.极低（或微）17.118.环路总相移为(2n+1)π（n为整数）19.抑制纹波20.pA（或纳安nA，答pA即可得满分）二、单项选择题1.C解析：GaNHEMT具有开关速度快、导通电阻小、耐压高的特性，是2026年高频高压快充电源的主流功率器件，硅BJT开关速度慢，SiMOSFET耐压低、高频损耗大，IGBT开关速度不足，仅适合中低频应用。2.B解析：共集电极放大电路（射极跟随器）电压增益小于1接近1，输入阻抗最高可达MΩ级，输出阻抗低适合做缓冲级，共射电压增益高，共基输入阻抗低，共漏的输入阻抗低于共集。3.A解析：电压负反馈稳定输出电压，串联负反馈提高输入阻抗，因此电压串联负反馈符合要求。4.C解析：理想乙类互补功放的最大效率为π/4≈78.5%。5.D解析：开关电容滤波电路采用时钟信号控制MOS管开关等效为电阻，无需大容量电阻电容即可实现超低频滤波，适合单片集成，RC、LC、有源RC滤波实现超低频滤波需要极大的电阻电容，难以集成。6.B解析：正弦波振荡的幅值条件为环路增益幅值等于1，相位条件为总相移为2nπ。7.C解析：双端输出差模增益为βRC/rbe，单端输出仅取一侧输出信号，增益减半。8.A解析：输入失调电压会在直流输出端产生失调误差，直接影响直流小信号放大精度，单位增益带宽、压摆率影响交流特性，输出电阻影响带负载能力。9.C解析：施密特触发电路具有滞回特性，可将任意周期性模拟信号转换为同频率方波，微分电路将三角波转方波但易受噪声干扰，积分电路将方波转三角波，同相比例仅做放大。10.C解析：线性稳压电源通过调整管的放大区压降变化稳定输出电压，开关电源的调整管工作在开关状态。三、分析计算题1.解答：（1）静态工作点计算：分压式偏置电路的基极电位VB由RB1、RB2分压得到：VB=VCC×RB2/(RB1+RB2)=12V×15kΩ/(47kΩ+15kΩ)≈2.90V发射极电位VE=VB-VBE(on)=2.90V-0.7V=2.20V发射极电流IE=VE/RE=2.20V/1kΩ=2.2mA由于BJT工作在放大区，IC≈IE=2.2mA基极电流IB=IC/β=2.2mA/120≈18.3μA集电极-发射极电压VCE=VCC-IC×RC-IE×RE≈12V-2.2mA×3.3kΩ-2.2mA×1kΩ=12V-7.26V-2.2V=2.54V>0.7V，因此BJT确实工作在放大区，静态工作点合理。（2）中频段动态参数计算：BJT的输入电阻rbe=rbb'+(1+β)×VT/IE，其中室温下VT≈26mV，代入得：rbe=200Ω+121×26mV/2.2mA≈200Ω+1428Ω≈1.63kΩ中频段旁路电容CE可视为短路，因此发射极交流接地，电压增益：Av=-β×(RC//RL)/rbe=-120×(3.3kΩ//3.3kΩ)/1.63kΩ=-120×1.65kΩ/1.63kΩ≈-121输入电阻Ri为偏置电阻与rbe的并联值：Ri=RB1//RB2//rbe=47kΩ//15kΩ//1.63kΩ≈1.39kΩ输出电阻Ro≈RC=3.3kΩ，电压负反馈使输出电阻近似等于集电极电阻。（3）拆除CE后的参数计算：拆除CE后，RE引入电流串联负反馈，发射极电阻全部参与交流反馈，因此电压增益：Av'=-β×(RC//RL)/(rbe+(1+β)×RE)=-120×1.65kΩ/(1.63kΩ+121×1kΩ)≈-198kΩ/122.63kΩ≈-1.62输入电阻Ri'=RB1//RB2//(rbe+(1+β)×RE)=47kΩ//15kΩ//122.63kΩ≈9.21kΩ参数变化原因：RE引入的电流串联负反馈降低了电压增益，同时显著提高了输入阻抗，负反馈的作用通过牺牲增益换取了电路性能的提升。2.解答：（1）静态工作点计算：恒流源的总电流IE_total由VEE和RE决定：IE_total=(VEE-VBE(on))/RE=(15V-0.7V)/20kΩ≈0.715mA两个BJT对称，因此IC1≈IC2≈IE_total/2≈0.3575mA集电极电位VC1=VCC-IC1×RC=15V-0.3575mA×10kΩ≈11.425V（2）差模与共模输入电压：差模输入电压vid=vi1-vi2=10mV-6mV=4mV共模输入电压vic=(vi1+vi2)/2=(10mV+6mV)/2=8mV（3）增益与共模抑制比计算：BJT的输入电阻rbe=rbb'+(1+β)×VT/IC1≈200Ω+101×26mV/0.3575mA≈200Ω+7340Ω≈7.54kΩ单端输出的差模增益Avd=β×RC/(2×rbe)=100×10kΩ/(2×7.54kΩ)≈66.3单端输出的共模增益Avc=-β×RC/(rbe+2×(1+β)×RE)≈-100×10kΩ/(7.54kΩ+2×101×20kΩ)≈-1000kΩ/4047.54kΩ≈-0.247输出电压为差模输出与共模输出之和：vo=Avd×vid+Avc×vic=66.3×4mV+(-0.247)×8mV≈265.2mV-1.98mV≈263.2mV3.解答：（1）反馈组态判断：输出端反馈信号取样输出电压，将输出短路后反馈信号消失，属于电压反馈；输入端反馈信号与输入信号在反相端以电流形式叠加，属于并联反馈；反馈极性为负反馈（输入信号增大时输出增大，反馈电流抵消输入电流，抑制输入变化），因此该电路为电压并联负反馈组态。（2）深度负反馈下的参数计算：深度负反馈下满足虚短、虚断特性，反相端为虚地，电位为0，因此输入电流全部流过反馈电阻：vi/R1=-vo/Rf，因此Av=vo/vi=-Rf/R1=-100kΩ/10kΩ=-10输入电阻Ri≈R1=10kΩ，电压负反馈使输出电阻Ro≈0。（3）失真判断：四、设计题解答：（1）整体电路框图及功能：整体电路由5个核心模块组成，依次为：输入静电保护模块→仪表放大器模块→50Hz有源陷波模块→程控增益放大模块→二阶低通滤波+电平抬升模块。各模块功能：①输入静电保护模块：由双向TVS管组成，泄放人体静电脉冲，防止后级芯片被高压损坏；②仪表放大器模块：实现高输入阻抗、高共模抑制比的前置放大，对微弱心电信号做第一级放大，抑制大部分工频共模干扰；③50Hz有源陷波模块：针对性抑制50Hz工频差模干扰，滤除残留的工频噪声；④程控增益放大模块：根据输入心电信号的幅度动态调整增益，保证不同幅度的心电信号经放大后幅度适配ADC量程；⑤二阶低通滤波+电平抬升模块：滤除100Hz以上的高频噪声，同时将双极性的心电信号抬升为0~5V单极性信号，适配后端ADC输入要求。（2）增益分配与参数计算：总增益要求：输入最小幅度0.5mV，输出最大幅度5V，因此总增益范围为5V/0.5mV=10000倍到5V/5mV=1000倍，增益动态范围10倍。增益分配：仪表放大器增益固定为100倍，程控增益放大器增益范围为10~100倍，满足总增益要求。仪表放大器增益计算：采用增益公式G=1+2Rg/Rset，选用心电专用仪表放大器AD8233时，内部集成两个200kΩ的反馈电阻，因此G=1+400kΩ/Rset，要实现100倍增益，Rset=400kΩ/(100-1)≈4.04kΩ，选用4kΩ精度1%的金属膜电阻即可。程控增益放大器采用低功耗运放OPA333组成反相比例放大电路，反馈电阻选用100kΩ电位器与10kΩ固定电阻串联，调整电位器即可实现10~100倍的增益调整。电平抬升电路采用加法运算电路