硬件面试经典 100 题（71~90 题）

71、请问下图电路的作用是什么？

该电路实现 IIC 信号的电平转换（3.3V 和 5V 电平转换），并且是双向通信的。

上下两路是一样的，只分析 SDA 一路：

1） 从左到右通信（SDA2 为输入状态）：
SDA1 为 3.3V 高电平时，Vgs=0，NMOS 管截止，SDA2 被电阻 Rp 拉高到 5V。
SDA1 为低电平 0V 时，Vgs=3.3V，NMOS 管导通，SDA2 为低电平。

2） 从右到左通信（SDA1 为输入状态）：
SDA2 为高电平时，Vgs=0（S 极被 Rp 拉高至 3.3V），NMOS 管截止，SDA1 为 高电平 3.3V。SDA2 为低电平 0V 时，NMOS 管内部的二极管导通，S 极被拉低到零点几伏，Vgs 为高电平，NMOS 管导通，从而 SDA2 将 S 极电压拉得更低，直至 0V，SDA1 为低电平 0V。

陈氏解释

72、电路如下图所示。已知 

求: （1）频率 ω 为何值时，电路发生谐振？电路的品质因数 Q 是多少？

      （2）电路谐振时,  和  的有效值是多少？

（1） 电路发生谐振时，，

电路的品质因数 

（2） 

陈氏解释

解题并不难，但是我对答案中提到的一些概念还是挺模糊的，遂解释如下：

一、电路谐振

1.1定义

电路谐振是指当一个 RLC 串联电路的电感（L）和电容（C）对特定频率的交流电源产生的感抗和容抗相等，且互相抵消时，电路的总阻抗变为电阻 R，从而电流达到最大值的现象。

1.2特性

• 总阻抗最小: 在谐振频率下，电路的总阻抗只剩下电阻，感抗和容抗相互抵消。
• 电流最大: 因为总阻抗最小，所以电流达到最大值。
• 电感和电容的电压相等且相反: 虽然电感和电容的电压相等但方向相反，但它们的大小都可以远大于电源电压，这就是谐振升压效应。

谐振升压效应顾名思义只发生在谐振电路中，可以是串联谐振电路也可以是并联谐振电路。 谐振时，尽管电源提供的电压  可能比较低，但电路中的电感和电容由于大电流的存在，会分别产生感抗和容抗。感抗和容抗之间的电压可以用以下公式表示：

1.3作用

• 滤波: 在滤波器中利用谐振可以选取特定频率的信号，滤掉其他频率。

  串联谐振电路: 当电路中的感抗和容抗相等且相反，电路达到谐振，此时总阻抗最小。对于输入的交流信号，只有在谐振频率附近的信号会通过电路（输入的信号就是电压，也就是说只有这个电压会引起电流的变化），其余的频率信号由于较高的阻抗而被抑制。因此，这种电路可以用作带通滤波器，允许特定频率的信号通过。 并联谐振电路: 当电路达到谐振时，总阻抗最大，这意味着在谐振频率附近的信号不会通过电路（输入的信号就是电压，也就是说这个电压不会引起敏感的电流变化）。因此，在谐振频率附近的频率信号会被抑制，非谐振频率附近的信号会被放大或传输。这种电路可以用作带阻滤波器，阻止特定频率的信号通过。

• 信号增强: 在接收机等电路中，谐振可以用于特定频率信号的放大。

  在接收机等电路中，利用谐振可以增强特定频率的信号。当电路在谐振频率上工作时，电感和电容的反应相互抵消，使得电路阻抗最低，电流最大。这种电流的增强作用可以放大接收到的信号，从而使特定频率的信号得到更强的响应。

二、品质因素 Q

品质因数（Q 因数）是电路谐振时能量储存与能量损失的比率。高 Q 值意味着电路谐振时，能量损失少，谐振效应更显著，频率选择性更高。

对于 RLC 串联电路存在公式：，其中  是谐振频率，L 是电感，R 是电阻。

公式的推导过程 1、谐振时电路中电磁场的总储能就是电感的总储能： 2、谐振时一周期内电路消耗的能量： 3、品质因素：

三、有效值

有效值是指一个交流信号在一个周期内所表现的“平均”电力，至于答案中的计算公式不得不提到在串联谐振时品质因素的另一个定义：

，

73、如果一个 BGA 封装的 CPU 芯片焊接到 PCB 上后，因为焊接不良的原因导致某些信号开路，并且某些信号与旁边的信号短路，请问如何定位这两种故障，把开路和短路的信号找出来？

因为一般 IC 的 IO 端口都包含了类似下图所示的保护二极管电路，所以可以用数字万用表的二极管档来判断端口特性。测试方法是：正极接地，负极接需要测试的信号焊盘。如果 PCB 焊盘开路，则万用表跟什么都没连接一样，读数没有任何变化， 万用表显示为“1”。如果有两个以上的信号短接在一起，则万用表的读数会比测量正常的信号的读数偏小，因为有两个以上的保护二极管电路并联到一起了。

陈氏解释

一、前提知识

万用表的二极管档：

连接测试线：

• 红色测试线（正极）连接到万用表的 “ VΩmA ” 端口。
• 黑色测试线（负极）连接到 “ COM ” 端口。

测试二极管：

• 将红色测试线接到二极管的阳极（正极），黑色测试线接到阴极（负极）。
• 在正确连接的情况下，万用表会显示出二极管的正向电压降（通常在0.6V到0.7V之间，具体值取决于二极管的类型）。这表明二极管是正常的。
• 如果万用表显示“OL”（超出量程），说明二极管是开路或者方向接反。二极管如果反向连接时，万用表应显示“OL”。

二、针对这道题

上面的答案中接线方式与我给出的接线方式相反，我猜测可能是因为上述所测的二极管一个是有上拉一个是有下拉，可能需要根据这样的实际情况进行调整，其次接反也没有关系，只可能是万用表显示上多一个负号，所以上述测量方式也是可以可以说的通的。

74、请简述一下动圈式扬声器（喇叭）的工作原理，并画出动圈式扬声器的结构图。

工作原理：动圈式扬声器是利用电流在磁场中受到磁场力作用的原理制成的。如下图所示，绕在纸盆上的导线构成的线圈处于同心圆盘形（截面是 E 形）磁铁的磁场中，放大器送出的音频电流通过线圈，纸盆在磁铁的磁场驱动下就振动起来，纸盘上的鼓膜产生音频的振动，从而使鼓膜周围的空气振动起来而产生声音。

陈氏解释

基本结构

• 音圈：动圈式扬声器内部有一个由细导线绕制而成的音圈，通常与扬声器的振膜相连。
• 永久磁铁：扬声器内部有一个固定的永久磁铁，形成一个稳定的磁场。
• 振膜：与音圈相连的振膜负责将音圈的振动转换为声波。振膜一般由轻质材料制成，以确保良好的声学性能。

工作过程

• 电信号输入：音频信号从功放输入到扬声器的音圈上。音频信号是一个随时间变化的电流。
• 电磁力作用：音圈位于永久磁铁的磁场中，当电流通过音圈时，会在磁场中产生一个电磁力。这一力会使音圈在磁场中移动。
• 振膜振动：音圈的移动会带动连接在音圈上的振膜一起移动。振膜的振动将空气推拉，形成声波，从而产生声音。

75、为何有源压电式蜂鸣器只需要接上额定直流电压即可发声？这种蜂鸣器可以接音频输出信号作为普通喇叭用吗，为什么？

有源压电式蜂鸣器内部有振荡电路（由晶体管或集成电路组成）和驱动电路，所以只需提供直流电源即可发声。又因为内部振荡电路的振荡频率是固定的，所以只能发出一种声音，不能用于普通喇叭电路。

陈氏解释

有源压电式蜂鸣器的工作原理

1. 内部振荡电路：

   • 有源压电式蜂鸣器内部包含一个振荡电路，这个电路可以产生固定频率的振荡信号。这个振荡电路的作用是产生驱动压电元件所需的高频信号。
   • 当你将额定的直流电压接到有源蜂鸣器的电极时，内部的振荡电路会自动启动，并生成所需的高频信号。

2. 压电元件的作用：

   • 有源蜂鸣器内部的压电元件（通常是压电陶瓷片）会对这个高频信号做出响应。压电元件在电压的作用下会发生机械变形，从而产生声波。
   • 这个声波会通过蜂鸣器的外壳发出，从而实现声音的发出。

76、如下左图是有源电磁式蜂鸣器的驱动电路，右图是有源压电式蜂鸣器的驱动电路。请问为什么左图需要二极管而右图不需要，左图二极管的作用是什么？

因为电磁式蜂鸣器内部有线圈，在三极管关断的瞬间，线圈会产生一个反向的电动势（图中方向是下正上负），二极管的作用是给线圈提供一个电流的泄放通路，不至于对三极管造成损害。右图因为压电式蜂鸣器是靠压电陶瓷片的振动发声，内部没有线圈等感性原件，所以不需要放电二极管。

77、请解释一下什么是 Setup-Time 和 Hold-Time，什么是 Setup-Time 裕量和 Hold-Time 裕量。

Setup-Time 和 Hold-Time 是芯片对输入信号和参考时钟信号之间的时间要求。Setup-Time 是指参考时钟沿到来之前输入信号保持稳定不变的时间，Hold-Time 是指参考时钟沿过后输入信号保持稳定不变的时间。如果信号的 Setup-Time 和 Hold-Time 不满足要求，输入信号将不能打入触发器。如果输入信号在参考时钟沿前后稳定的时间均超过 Setup-Time 和 Hold-Time，那么超过量就分别被称为 Setup-Time 裕量和 Hold-Time 裕量。如下图， 为 Setup-Time， 为 Hold-Time：

78、请用 D 触发器画一个二分频电路。

陈氏解释

一、由两个或非门构成的 SR 锁存器

 

二、由两个与非门构成的 SR 锁存器

三、电平触发的 SR 触发器

四、电平触发的 D 触发器

电瓶触发的 SR 触发器有两个信号输入端， s 和r，但是在实际情况下，很多地方它都只有一个输入信号，那么我们为了能够适应单端输入信号的需求，需要对前边讲到的电瓶触发的 SR 触发器做一些改进，用一个输入信号 d 去代替原来的 s 和 r 两个输入信号。

于是我们就需要在电路结构上做一些改变，仍然是之前讲到的电瓶触发的 SR 触发器，右侧还是我们的基本 SR 储存器，由两个与非门构成的，左侧仍然是输入控制电路，只不过现在的输入信号只有一个d，那么怎么接呢？我们只需要把 d 信号直接接到输入控制电路与非门的 s 输入端， d 经过反向器变成 d 非街道输入控制电路 r 的输入端，于是就构成了由电瓶触发的 d 触发器。下面就来分析一下该电路的一个工作原理。

首先看时钟信号为 0 的情况，当时钟信号为 0 意味着输入控制电路的两个输入端都是0，上方的与非门输入是零和 d 做一个与非运算，零和 d 座与非之后应该输出为一。下边是零和d，非做与非运算，由于已经有一个 0 了， 0 和任何量做与非运算输出都唯一。因此的话，对于右侧的基本的 s r 触发器来说，输入的 s 非和 r 非均等于一由两个与飞门构成的 SR 储存器，它要求的是高电瓶是无效的，低电瓶有效。所以说当前情况下意味着我们右侧的 SR 储存器是既不至 0 也不至1，也就是保持原状态不变，所以说在时钟信号为 0 的时候，输出保持不变，当时钟信号为一的时候，我们要根据 d 等于 0 和 d 等于一两种情况分别讨论。始终信号为 1D 等于0，意味着上边的输入控制电路的与非门应该是 0 和一做与非运算对应的输出应该是 s 非等于一，下方则是时钟信号 e 和 d 非 e 这两个 e 做与非运算输出的则是 r 非等于0。我们讲到了后边的 SR 储存器要求低，电瓶有效，目前情况下是 RC 等于0，也就是 RESET 是有效信号，它是一个自邻操作，因此在当前情况下 q 输出就变为 0 了，应该说是 q 新的距离。另外一种情况则是 d 等于 e 的时候，我们再把对应的输入控制电路标一下，上方则是两个一做与非运算对应的输出应该是0。下方则是 0 和一做与非运算对应的输出 r 非等于一低电瓶有效，意味着 s 非等于 0 是有效的输入信号。

s 是 set 字数，或者说字一，也就是说电路的下一个状态输出会被置为e，因此 q 心应该是等于一的。我们就会发现当前情况下 q 心等于 d 等于一。我们把这两种情况去组合一下，就会发现当时钟信号为一的时候，输出的 q 星应该与输入的 d 是相等的，也就是 q 星等于d。

接下来我们就可以写出由电瓶触发的 d 触发器对应的特性表和特性方程。由于我们是在 SR 储存器的基础之上做了一个改进，所以说直接在 SR 储存器对应的特性表上进行操作即可。由于 d 和 d 非必然是一个0，因此的话我们可以把上方同时为 0 的这种情况删掉，这是不可能出现的。最下方 s 和 r 同时唯一的情况也删掉，因为 d 和 d 非不可能同时唯一剩下的则是我们电瓶触发的 d 触发器的特性表。为了能够得到特性方程，我们还是把对应的等于一的情况提取出来。时钟信号等于一的时候，它是一个正常的工作状态，所以说对应的应该是等于一，这个是D0，是 d 非的非仍然是一个d。

所以说这两个实际上是同一个量，都是一个d， q 非下边这个左边是 d 和 q 上边这两个时钟信号为 0 的时候，它是一个保持不变的状态，所以说这个部分我们不需要考虑到特性方程里边，因为它是一个截止状态。所以说最后只有这两项合并完就只剩下了一个d，也就是说电瓶触发的 d 触发器，它的逻辑函数或者说它的特性方程就是 q 星等于d，相当于是说在我们的电瓶信号为有效输入信号的时候，输入和输出之间是一个同步的关系，输出会和输入保持原状态相同的一个状态。

在实际设计电路时候，我们仍然是以图形符号去表示电瓶触发的低触发器右侧则是对应的图形符号。我们可以看图形符号的框里边写了一个e， d 代表的就是 d 触发器。接下来再看输入端是否有圈，没有圈意味着是高电频有效，也就是现在是一个高电频有效的 d 触发器。根据电瓶是高电瓶有效还是低电瓶有效，我们就可以确定输入端究竟应该输入什么信号是有效的。现在是高电频有效，所以说时钟信号 clock 等于一的时候，它是一个正常的 d 触发器的功能，输出和输入之间是保持同步的，时钟信号为 0 的时候是一个无效时钟信号，那么输出保持原状态不变，最后则是 d 触发器的 d 输入端。实际上我们在很多情况下可以拿 c MOS 的传输门去构建电瓶触发的 d 触发器，比如说现在这个图则是用传送门去构成的。

由于 d 触发器，它的输入和输出是一个同步的关系，也就是说在有效电瓶期间，输入信号和输出信号它们之间是使从相同的，所以该电路也被称之为透明的地形储存器。我们来分析一下该电路它的一个工作状态是不是实现了输入和输出同步的功能，或者说该电路是不是我们讲到的电瓶触发的低触发器？仍然是从时钟信号来进行分析，当时钟信号为 0 的时候。时钟信号经过一个反向器得到c， c 等于一。再经过一个反向器得到 c 等于0，那么这两个 c 和 c 非实际上是传输门的一个控制信号，就控制两个传输门 T G 1 和 T G 2 它的一个工作状态。在当前情况下我们就会发现上边 c 等于0，下方 c 非等于一传输门，下方是带圈的，意味着低电瓶有效。上边没有圈，意味着高电瓶有效。

而现在给的控制信号则是与要求的控制信号正好相反，于是 T G 1 它是一个截止的状态，一旦 TG 1 截止，那么输入的地信号就没有办法进入我们的这个电路，于是在电路内部， q 飞和 q 它们之间是一个内循环，导致输出保持原状态不变。当时钟信号等于一的时候，对应的 c 非就等于 0 了， c 等于一，我们就会发现上边的传输门下边给的 CC 是0，上边给的 c 是一，下边低电瓶有效给0，上方高电瓶有效给一，那么该传输门它是一个导通的状态。也就是说 d 信号是可以正常进来的。而下方的传输门我们就会发现 CC 上边是0，下边 c 是一，而下边有圈，要求是 0 的时候有效，意味着该传输门是一个截止的状态，也就是该反馈回路不起作用了，最终就可以看到 d 这个信号可以经过 TG 1 进入我们的电路，然后经过反向器得到 q 飞，再经过一个反向器得到q。也就是说 d 飞，再飞一次变成 d 输出就是 q 心等于d。他跟我们前边讲到的电瓶触发的 d 触发器的功能是完全一样的，所以说由 c MOS 的传输门构成的这个电路也是一个电瓶触发的地触发器。

最后我们来画一下电瓶触发的 d 触发器的电压波形图。在画电压波形图的时候，我们要记住电瓶触发的 d 触发器它的一些特点，电瓶触发的 d 触发器首先是要求电瓶信号的高低来控制工作状态，低电瓶意味着输出保持不变，高电频的时候导通输入和输出保持同步。所以说我们按照这个规律去画相应的电压波形。当时钟信号为 0 的时候意味着保持不变。由于初始的时候 q 等于0， q 非等于一，所以说该在该阶段 q 和 q 非一个为 0 保持不变，一个为一保持不变。

接下来进入了时钟信号为高电频的时候，它是一个有效的时钟信号，那么 d 触发器在有效电瓶的时候，它是一个输入和输出同步的情况，也就是对应的输出要和输入一样才行，因此的话我们只需要把 d 触发器这个先高电瓶再低电瓶直接写下来，就是对应的输出 q 的电压波形，而 q 飞正好是 q 的一个取反。所以说它在 q 等于一的时候等于0，在 q 等于 0 的时候它等于一，正好是跟 q 相反的一个波形。

接下来又进入了时钟，信号为低电瓶时候，相当于是一个保持不变的情况，所以我们只需要把对应的 q 和 q 非保持原状态不变往后画就可以了。之后再进入了第四个阶段，时钟信号又等于一了，对应的仍然是一个输出跟随的状态，我们只需要把 d 信号它的电压波形直接抄下来，就是输出 q 的电压波形。然后再取一个反得到 q 飞的电压波形，最后又是一个低电瓶的时钟信号，对应的是保持原状态不变，所以说原来的 q 等于高电瓶，我们只需要保持不变往后画就可以了。 q 飞保持低电瓶不变，往后画就可以了。于是就得到了输出的 q 和 q 飞的电压波形了。

五、边沿触发的 D 触发器

79、下图是一个传输线串联匹配的模型，假设驱动端 A 的输出阻抗 为 10~20 欧姆（输出高电平和输出低电平时输出阻抗不 一样），传输线特征阻抗 等于 50 欧姆，请问串联匹配电阻 应该如何取值？

，所以 取 30~40 欧姆，可以取标称值 33 欧姆。

陈氏解释

80、请分析下图三极管单管放大电路中的二极管 VD1 的作用。

二极管 VD1 起温度补偿作用：PN 结的导通压降随温度升高而略有下降，如果没有 VD1 温度补偿二极管，放大电路会出 现温漂现象，电路输出电压会出现漂移。如果没有 VD1，温度升高的时候三极管的 Vbe 电压降低，但 Vb 不变，基极电流 Ib 增大；反之则温度降低，Ib 减小。加入 VD1 后可抵消三极管 Vbe 的变化，稳定 Ib 电流。

陈氏解释

81、请问下图电路中二极管 D1、D2 有什么作用？

在 Vi 输入电压接近于零时，D1、D2 给三极管 T1、T2 提供偏置电压，使 T1、T2 维持导通，以消除交越失真。

陈氏解释

82、请画出 RC 微分电路和 RC 积分电路。

陈氏解释

83、请画出交流降压和桥式整流电路。

陈氏解释

84、请画出一个晶体管级的差分放大电路。

陈氏解释

85、请画出一个 220V 交流电源的 EMI 滤波器的基本电路图。

陈氏解释

86、下图是反激式开关电源的局部原理图，请给反激式变压器加上尖峰吸收电路。

陈氏解释

87、如图所示为恒流源电路，已知稳压管工作在稳压状态，试求负载电阻中的电流 IL。

陈氏解释

88、请画出运算放大器构成的反相放大器、同相放大器、电压跟随器、反相加法器、减法器、微分器和积分器电路。

陈氏解释

89、下图运放电路中的 R1、R2 和 C1 作用是什么？电路的放大倍数是多少？

 R1、R2 和 C1 的作用是提供 1/2 的电源电压 3V 作为参考电压。 电路的放大倍数是-2。

陈氏解释

90、由理想运算放大器组成的晶体管电流放大系数  测试电路如图所示，设晶体管的 。

（1） 求出晶体管的 b、c、e 各极的电位。

（2） 若电压表的读数为 200mV，试求出晶体管的 β。

1），，

2），，

陈氏解释

---

第 78 题参考：数字电子技术基础 5.5 电平触发的D触发器_哔哩哔哩_bilibili