电子科学技术导论练习题及答案文档格式.docx

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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。

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。

（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？

（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？

（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。

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？

（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？

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？

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？

（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）。

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？

（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？

（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。

（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）。

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？

（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。

（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。

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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。

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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。

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？

（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？

（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。

（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？

（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？

（参考1.4节）可以描述为电阻。

1-23什么叫做绿色分析？

（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。

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？

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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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。

（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？

（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？

（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？

（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？

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）

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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？

（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。

（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？

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？

（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？

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？

（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？

（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。

（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

，可以根据厂家给出的二极管A-V曲线查找到电流

对应的管压降

，如图练习4-4所示，由此得到

图练习4-4

4-5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？

（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？

（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。

（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？

（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

是基集电流

与电流放大系数

的乘积

。

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是通过电流控制电流源实现的，并具有一定的电流输出能力。

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？

（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