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最全最走心:模电-模拟电子技术 复试/面试知识点大总结 (v4.0)_模电面试

模电面试

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· 本文原文源自星峰研学电子通信电气考研,并做了进一步拓展,同时对原文进行了勘误。原文如下:

模拟电子技术考研复试常问100题(一) - 知乎 (zhihu.com)

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模拟电子技术考研复试、秋招常问100题(三) - 知乎 (zhihu.com)

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第一章  常用半导体器件

1. 在电子系统中常用的模拟电路及其功能如下:

(1) 放大电路:用于信号的电压、电流或功率大。

(2) 滤波电路:用于信号的提取、变换或抗干扰

(3) 运算电路:完成信号的比例、加、减、乘、除、积分、微分、对数、指数运算。

(4) 信号转换电路:用于将电流信号转换成电压信号或将电压信号转换成电流信号,将直流信号转换为交流信号或将交流信号转换为直流信号、将直流电压转换成与之成正比的频率。

(5) 信号发生电路:用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波。

(6) 直流电源:将220V,50Hz交流电转换成不同输出电压和电流的直流电,作为各种电子电路的供电电源。

2. 半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点?

频率特性好、体积小、功耗小,便于电路的集成化产品的袖珍化,此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出;但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。

3. 什么是pn结

不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P(三价)型半导体与N(五价)型半导体制作在同一块半导体基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结,有单向导电作用

回顾:PN结形成的过程(半物)

补充:什么是突变结?什么是单边突变结?什么是线性缓变结?(超出课本范围)

        突变结:是一种具有特殊杂质浓度分布的突变p-n结,P和N区都是均匀掺杂的,在交界面处,杂质的浓度有一个突然的跃变;超突变结的势垒电容具有较高的电压灵敏度,可用作为变容二极管。
        单边突变结:指的是P和N区的其中一者重掺杂,分为p+ n和n+ p结构
        线性缓变结:指的是掺杂浓度是到冶金结(p-n交界面)的函数,简单地说就是掺杂浓度随着位置的变化而变化。 

4. 什么是N型半导体? 什么是P型半导体? 当两种半导体制作在一起时会产生什么现象?

多数载子为自由电子的半导体叫N型半导体。反之,多数载流子为空穴的半导体叫P型半导体。P型半导体与N型半导体结合后便会形成P-N结

5. PN结最主要的物理特性是什么? PN结还有那些名称?

单向导电能力和较为敏感的温度特性。空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。

* 6. 什么是晶体管、场效应管

根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域,并形成两个PN结,就构成晶体管。外部通常为三个引出电极的半导体器件,有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置,晶体管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流。

        * 补充6-1:温度对于晶体管特性的影响(ICBO,输入特性,输出特性)

场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电(晶体管多子少子都导电,少子受温度影响较大),又称单极型晶体管。场效应管不但具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点,而且输入回路的内阻高达107~1012Ω,噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强,且比后者耗电省,这些优点使之从20世纪60年代诞生起就广泛地应用于各种电子电路之中。场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同的结构。

        * 补充6-2:结型场效应管- JFET 工作原理

 ​​​​​

        * 补充6-3:绝缘栅型场效应管MOS 工作原理

MOS结构 (模集)
增强型与耗尽型:原理对比

        * 补充6-4:MOS管的源级和漏级能否互换?JFET呢?

        MOS管的衬底B与源极如果不连在一起,则D、S极可以互换,但有的MOS管由于结构上的原因(即衬底B与源极S连在一起),从而形成寄生二极管,所以D、S极不能互换。

        这个体二极管是衬底B与漏极D之间的PN结。由于把B极和S极短路了,因此出现了SD之间的体二极管。值得留意的是,并非所有的情况都需要把B极与S极连接。芯片设计内部,是把B极接到电压最低或者最高,并非一定是S极。

Ref. MOS管中为什么会有体二极管?详解-KIA MOS管 (kiaic.com)

        JFET是对称的,可以互换使用。

        * 补充6-5:J-FET和MOS对比

N-JFET在N型半导体掺两个P,N-MOS在P型半导体上掺两个N

JFET -结型场效应晶体管 

MOSFET - 金属氧化物半导体场效应晶体管

结型场效应管的控制电压是反向偏置的PN结绝缘栅型场效应管的控制电压是栅极上的电场
它有 3 个端子,分别是漏极、栅极和源极。它有 4 个端子,分别是漏级、栅极、源极和体级。
它只有两种类型,即N沟道JFET和P沟道JFET。它有4种类型,即N沟道耗尽MOSFET,P沟道耗尽MOSFET,N沟道增强MOSFET和P沟道增强MOSFET。
栅极与沟道直接连接。栅极使用氧化硅(栅氧)绝缘层与通道绝缘。
JFET通常是开启的,在没有栅极电压时导通。MOSFET通常是断开(增强型)的,在没有栅极电压时不导通。
它的输入阻抗比 MOSFET 低,大约在10^9欧姆。它具有非常高的输入阻抗,大约10^14欧姆。
JFET中的漏电流高于MOSFET与JFET相比,漏电流非常小。
JFET消耗的功率高于MOSFET。MOSFET 消耗的功率更少。
它仅在耗尽型下工作。MOSFET 提供耗尽型和增强型。
它的开关速度相对较低。与JFET相比,它具有非常高的开关速度。
JFET的制造非常简单。MOSFET制造相对复杂。
与MOSFET相比,JFET更便宜。MOSFET很昂贵。
JFET的增益比MOSFET大。MOSFET的增益低于JFET。
JFET可以处理大电压。MOSFET 无法处理大电压。
它用于低噪声、高频应用。它用于高噪声、非常高的射频应用。

        * 补充6-6:场效应管和晶体管对比

双极结型晶体管场效应管
BJT 代表 双极结型晶体管场效应晶体管代表效应晶体管
电流是由于多数电荷载流子和少数电荷载流子的流动。电流是由大多数电荷载流子的流动引起的。
电流是由电子和空穴引起的,因此命名为双极晶体管。电流是由电子空穴引起的,因此被命名为单极晶体管。
BJT有两种类型,即NPN和PNP。两种类型的场效应管是JFET和MOSFET,每种都有N沟道和p沟道。
BJT的制造相对容易。FET制造相对困难。
这 3 个端子分别命名为发射器、基极和集电极。FET的3个端子是源极、栅极和漏极。
BJT有2个PN结没有 PN 结
它是一种电流控制电流器件。它是一种电压控制电流装置。
B-E结正向偏置,B-C结反向偏置。栅极电压反向偏置,而漏极电压保持高于源极。
BJT有非常简单的偏置FET偏置有点困难
不能互换漏极和源极可以互换,因为漏极应该更正。
BJT具有非常高的增益。FET的增益相对较低。
输入阻抗非常低,在 1K 欧姆范围内。输入阻抗在100M欧姆范围内,非常高
输出阻抗非常高,因此增益很高。输出阻抗非常低,因此增益较低。
其基端子有电流。其基端子上的电流可以忽略不计。
BJT有失调电压要求。场效应管不需要失调电压。
依靠输入电流,因此它在正常工作时消耗高输入能量。依靠输入电压,因此它在正常运行中消耗的能量更少
BJT消耗高功率,因此不节能。FET消耗更少的功率,因此节能。
BJT的开关速度相对较低。FET具有相对非常高的开关速度。
BJT在系统中产生噪声。场效应管非常无噪音。
BJT比FET便宜。场效应管比BJT更昂贵。
BJT的尺寸大于FET。FET比BJT更紧凑,尺寸更小。
BJT具有负温度系数。FET具有正温度系数。
适用于低输入电流应用。适用于低输入电压应用。

7. 什么是本征半导体和杂质半导体?

答:纯净的半导体就是本征半导体,在元素周期表中它们一般都是中价元素。在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂质元素之后便获得杂质半导体。

8. 本征半导体是否能直接作为器件使用,为什么?

本征半导体不能直接作为器件使用。本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体材料。在本征半导体中加入微量杂质,根据掺入杂质性质不同,可分为N型半导体和P型半导体。在同一块本征半导体的左右两个区域分别制作N型和P型半导体,经过载流子的扩散,在它们的交界面处就会形成耗尽层,即PN结,这样才可以作为器件使用。因此,本征半导体不能直接作为器件使用。

9. PN结最主要的物理特性是什么?PN结还有那些名称?

单向导电能力和较为敏感的温度特性。空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。

10. PN结上所加端电压与电流是线性的吗?它为什么具有单向导电性?

        答:不是线性的,加上正向电压时,P区的空穴与N区的电子在正向电压所建立的电场下相互吸引产生复合现象,导致阻挡层变薄,正向电流随电压的增长按指数规律增长,宏观上呈现导通状态,而加上反向电压时,情况与前述正好相反,阻挡层变厚,电流几乎完全为零,宏观上呈现截止状态。这就是PN结的单向导电特性。

11. 在PN结加反向电压时果真没有电流吗?

        并不是完全没有电流,少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流

12. 齐纳击穿和雪崩击穿

        当反向电压超过一定数值后,反向电流急剧增加,称之为反向击穿。击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿。

        齐纳击穿在高掺杂浓度的情况下,因耗尽层宽度很窄,不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场,可直接破坏共价键,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对,致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。可见齐纳击穿电压较低,如果掺杂浓度较低,耗尽层宽度较宽,那么低反向电压下不会产生齐纳击穿。

        雪崩击穿:当反向电压增加到较大数值时,耗尽层的电场使少子漂移速度加快,从而与共价键中的价电子相碰撞,把价电子撞出共价键,产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子,载流子雪崩式地增加,致使电流急剧增加,这种击穿称为雪崩击穿。

        无论哪种击穿,若对其电流不加限制,都可能造成PN结永久性损坏。

13. 平衡少子与非平衡少子

        PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。PN结处于正向偏置时,从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。

* 14. 稳压二极管怎么工作的?

        稳压二极管工作原理:通常,二极管都是正向导通,反向截止,单向导通性;不过,加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力,二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管,它的正向特性与普通二极管相同,而反向特性却比较特殊;当反向电压加到一定程度时,虽然管子呈现击穿状态,通过较大电流,却不损毁,并且这种现象的重复性很好;只要管子处在击穿状态,尽管流过管子的电流变化很大,而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压二极管。

15. 能否用两只二极管相互反接来组成三极管? 为什么? (相对重要)

        否;两只二极管相互反接是通过金属电极相接,并没有形成三极管所需要的基区。同时三极管要求基区很薄,发射级高掺杂,集电级面积很大,因此不能组成三极管。

16. 二极管和PN结伏安特性的区别

        与PN结一样,二极管具有单向导电性。但是,由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻,所以当外加正向电压时,在电流相同的情况下,二极管的端电压大于PN结上的压降;或者说,在外加正向电压相同的情况下,正向电流要小于PN结的电流;在大电流情况下,这种影响更为明显。另外由于二极管表面漏电流的存在,使外加反向电压时的反向电流增大。

        实测二极管的伏安特性时发现,只有在正向电压足够大时,正向电流才从零随端电压按指数规律增大。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压Uon。当二极管所加反向电压的数值足够大时,反向电流为Is。反向电压太大将使二极管击穿,不同型号二极管的击穿电压差别很大,从几十伏到几千伏。

17. 什么是NMOS、PMOS、?什么是增强型、耗尽型?

        答:NMOS是指沟道在栅电压控制下p型衬底反型变成n沟道,靠电子的流动导电 ;PMOS是指n型衬底p沟道,靠空穴的流动导电

        增强型是指不加栅源电压时,FET内部不存在导电沟道,这时即使漏源间加上电源电压也没有漏极电流产生。耗尽型是指当栅源电压为0时,FET内部已经有沟道存在,这时若在漏源间加上适当的电源电压,就有漏极电流产生。

第二章  基本放大电路

* 18. 如何评价放大电路的性能? 有哪些主要指标?

        答:放大电路的性能好坏一般由如下几项指标确定:增益(放大倍数)、输入输出电阻、通频带、非线性失真系数、信噪比、最大不失真输出电压、 最大输出功率与效率

        一个好的放大电路:放大倍数大,输入输出电阻合适,通频带合适、最大不失真输出电压大、 最大输出功率与效率高

通频带,非线性失真的概念

19. 放大器的输入输出电阻对放大器有什么影响?

答:放大器的输入电阻应该越高越好,这样可以提高输入信号源的有效输出,将信号源的内阻上所消耗的有效信号降低到最小的范围。而输出电阻则应该越低越好,这样可以提高负载上的有效输出信号比例。

20. 三极管的结构、类型及特点

类型:分为NPN和PNP两种。

特点:基区很薄,且掺杂浓度最低发射区掺杂浓度很高,与基区接触面积较小;集电区接触面积较大

补充:NPN和PNP晶体管的区别

NPN 晶体管PNP 晶体管
它由两个N层和一个P层的组合组成。它由两个P层和一个N层组成。
它是通过将P层夹在N层之间形成的。它是通过将N层夹在P层之间形成的。
发射器和集电极与N区连接。发射器和集电极与P区连接。
基极与 P 区连接。基极与 N 区连接。
多数载流子是电子多数载流子是空穴
少数载流子是空穴少数载流子是电子。
一旦电子进入基极区域,它就导通一旦空穴进入基极区域,它就导通
它通过施加正基极电压来接通。它通过施加低电平电压来接通。
它通过施加低电平电压来关闭。它通过施加正基极电压关闭
电流从集电极流向发射极。电流从发射极流向集电极。
基极电流通过发射极进入基极。基极电流从发射极进入基极。
在 NPN 符号中,发射器箭头指向外部。在 PNP 符号中,发射器箭头指向内部。
它具有短的开关时间,因此具有很高的开关速度。它具有长开关时间,因此具有低开关速度。

Ref. Difference Between NPN and PNP Transistor (electricaltechnology.org)

* 21. 共射,共集,共基的接法、特点

重点

* 补充2-1:BJT与FET/MOS

* 补充2-2:场效应管放大电路与晶体管放大电路的比较

* 22. 非线性失真定义,产生原因,影响,解决方法

非线性失真定义:非线性失真亦称波形失真、非线性畸变,表现为系统输出信号与输入信号不成线性关系

产生原因:由电子元器特性:曲线的非线性所引起,使输出信号中产生新的谐波成分,改变了原信号频谱,包括谐波失真瞬态互调失真、 互调失真等。

影响:非线性失真不仅会破坏音质,还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

解决方法:引入负反馈,形成补偿,减少非线性失真。

        (1)截止失真

                产生原因---Q点设置过低

                失真现象---NPN管削顶,PNP管削底。

                消除方法---减小Rb,提高Q。

        (2) 饱和失真

                产生原因---Q点设置过高

                失真现象---NPN管削底,PNP管削顶。

                消除方法---增大Rb、减小Rc、增大VCC 。

* 23. 静态工作点的确定对放大器有什么意义?

答:对于放大电路的最基本的要求,一是不失真,二是能够放大。如果输出波形严重失真,所谓“放大”毫无意义。因此,正确地确定静态工作点(就是Q点)能够使放大器有最小的截止失真和饱和失真,同时还可以获得最大的动态范围,提高三极管的使用效率。

* 补充:静态工作点稳定的必要性 (串联41)

24. 微变等效电路分析法与图解法在放大器的分析方面有什么区别?

答:可以比较方便准确地计算出放大器的输入输出电阻、电压增益等。而图解法则可以比较直观地分析放大器的工作点是否设置得适当,是否会产生什么样的失真以及动态范围等。(图解考的少但是仍有意义)

25. 微变等效电路分析法有什么局限性?

只能解决交流分量的计算问题,不能用来确定Q点,也不能用以分析非线性失真及最大输出幅度等问题。(图解考的少但是仍有意义)

26. 什么是三极管的穿透电流(反向饱和电流)?它对放大器有什么影响?

        当基极开路时,集电极和发射极之间的电流ICEO就是穿透电流。其中集电极-基极反向漏电流ICBO和ICEO都是由少数载流子的运动产生的,所以对温度非常敏感,当温度升高时二者都将急剧增大。从而对放大器产生不利影响。因此在实际工作中要求它们越小越好。

27. 三极管输入输出特性曲线一般分为几个什么区域?

        一般分为放大区、饱和区和截止区。MOS:可变电阻区...

28. 放大电路的基本组态有几种?它们分别是什么?

        三种,分别是共发射极、共基极和共集电极。

29. 放大器的静态工作点一般应该处于三极管输入输出特性曲线的什么区域?

        通常应该处于三极管输入输出特性曲线的放大区中央。

30. 在绘制放大器的直流通路时对电源/信号源和电容应该任何对待?

容易忽视的基础

31. 放大器的图解法中的直流负载线和交流负载线各有什么意义?

        直流负载线确定静态时的直流通路参数。交流负载线的意义在于有交流信号时分析放大器输出的最大有效幅值及波形失真等问题。

若不接入负载则两个曲线重合

32. 放大器的通频带是否越宽越好?为什么?

        不是,放大器通频带的宽度并不是越宽越好,关键是应该看放大器对所处理的信号频率有无特别的要求! 例如选频放大器要求通频带就应该很窄,而一般的音频放大器的通频带则比较宽。

33. 放大器的失真一般分为几类?

        单管交流小信号放大器一般有饱和失真、截止失真和非线性失真三类、推挽功率放大器还可能存在交越失真

        交越,是指在分析电路时把三极管的导通电压看作零,当输入电压较低时,因三极管截止而产生的

        补充:放大电路的失真类型分类

放大电路的失真类型
非线性失真线性失真
截止失真相位失真
饱和失真幅度失真
交越失真(以上两个见62)

34. 基本放大电路有几种?各有什么特点?

        按放大信号分类,电压放大,电流放大,功率放大。

        按工作状态类型分类,A,B,C,D或甲乙丙丁类放大器。

        按BJT或FET的连接方式,有共基、共射、共集,放大电路。
共发射极特点:
        1. 放大电路的核心元件晶体管工作在放大状态,即要求其发射结正偏、集电结反偏。
        2. 输入回路的设置应当使输入信号耦合到晶体管的输入电极,并形成变化的基极电流Ib,进而产生晶体管的电流控制关系,变成集电极电流Ic的变化。
        3. 输出回路的设置应当保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式。
        4. 信号通过放大电路时不允许出现失真。
共集电极特点:
        电压增益(放大倍数)共集电极放大电路小于1但近似等于1,输出电压与输入电压同相位,输入电阻高、输出电阻低。虽然共集电极放大电路的电压增益小于1,但是它的输入电阻高,当信号源(或前极)提供给放大电路同样大小的信号电压时,由于具有较高的输入电阻,使所需提供的电流减小,从而减轻了信号源的负载。
共基极特点:
        共基极放大电路的输入电阻很低,一般只有几欧到几十欧,但其输出电阻却很高。另外,共基放大电路允许的工作频率较高,高频特性比较好,所以它多用于高频和宽频带电路或恒流源电路中。

第三章  多级放大电路

35. 什么叫差模信号?什么叫共模信号?

        两个大小相等、极性相反的一对信号称为差模信号。差动放大电路输入差模信号(uil =-ui2)时,称为差模输入。

        两个大小相等、极性相同的一对信号称为共模信号。差动放大电路输入共模信号(uil =ui2)时,称为共模输入。

        在差动放大器中,有用信号以差模形式输入,干扰信号用共模形式输入,那么干扰信号将被抑制的很小。

* 36. 耦合电路的基本目的是什么?多级放大电路的级间耦合一般有几种方式?

        让有用的交流信号顺利地在前后两级放大器之间通过,同时在静态方面起到良好地隔离。

        直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合四种

        链接串联

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