硬件面试经典 100 题（81~90）题

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

这道题参见：硬件面试经典 100 题（51~70 题）-CSDN博客

中第 57 题 > 陈氏解释 > 甲乙类功放

82、请画出 RC 微分电路和 RC 积分电路。

陈氏解释

一、积分电路与微分电路

（最基础的知识）

1.1积分电路

下图电路就是积分电路，其中 AB 为电压输入端，CD 为电压的输出端。

当在输入端加电压 U ，输出端的电压会逐渐升高，经过一段时间后，输出电压到达最大值，如下图所示。

1、输出电压为什么不立即输出达到最大值的输出电压呢？

是因为输入端接入电源时，电流通过电阻 R 对电容 C 充电。电容 C 原来没有电量，故没有电压，由于输出电压就是电容的电压，所以在开始的时刻输出电压是 0，随着充电的进行，电容的电量逐渐增加，电容的电压逐渐升高。当充满电时，电容的电压等于输入电压 U ，充电停止，输出电压达到最大。

我不知道会不会有人不理解最后为什么电容两端的电压会等于输入电压，难道串联的电阻上不分压吗？

答：在充电的过程中，电路中有电流的流动电阻上也有电流流动，故电阻上有电压，被称之为分压；

在充电完成后，电路达到稳定状态，电容两端的电压也达到稳定状态，电容相当于断路，电路中也没有电流流动，故电阻上没有分压，电容电压等于电源电压。

在这个电路中，输入电压等于电阻电压加电容电压：

$U=U_{R}+U_{C}$

电容电压升高，或者说输出电压升高，电阻的电压就减少，电阻起到分压的作用。

在上例中，要经历一段时间，输出电压才可以达到输入电压的值，存在延时现象，这就称为延时。该延时电路是由一个电阻和一个电容组成的，所以称为 RC 延时电路。

2、那么延时的时间长短由什么因素确定呢？

由电阻 R 和电容 C 的乘积决定，这个乘积用字母 $\tau$ 表示。

$\tau =RC$

$\tau$ 称为时间常数，单位是秒。当时间达到 $\tau$ 秒时，输出电压达到了输入电压的 63% ，如下图（和上图并没有什么区别）。可以看出，增大电阻或者增大电容都可以延长输出时间。

1.2微分电路

下图是由电阻、电容组成的微分电路。

当输入端输入电压 U 时，输出端的电压从最大值 U 逐渐衰减，经过一段时间后，输出电压变为衰减至 0，输出电压随时间变化的曲线图如下图所示。

1、输出电压曲线为什么如上图一样？

因为在开始一瞬间电容 C 没有电量，所以 C 没有电压，全部降在电阻 R 上，电阻的电压是 U 。由于电路中输出电压就是电阻 R 两端的电压，所以在开始瞬间输出电压等于输入电压 U 。电容开始充电，电量增加，电压增加。由于电容电压与电阻电压的总和等于输入电压。电容电压增加了，电阻的电压就减少了，输出就减少了，到最后输出电压降到 0。

2、时间常数 $\tau$

输出从最大值降到 0 所经历的时间同样也是由电阻 R 和电容 C 的乘积决定的，即由时间常数 $\tau$ 决定的。

当经历的时间达到 $\tau$ 时，输出电压下降了 63%（下降到 36% ），如上图。

二、积分电路与低通滤波电路

（有一些额外，可能会需要的知识）

如果就给你上图中的电路，请问上面的电路是什么电路，我想你肯定会毫不犹豫的回答：积分电路。那是因为我们刚刚学完积分与微分电路。那如果我说上图是低通滤波电路，阁下又如何应对呢？

其实当输入的是交流信号的时候，它是低通滤波电路；当输入的是脉冲阶跃信号的时候，它就是积分电路。

2.1交流信号

当是 RC 低通滤波电路：从输入端输入各种频率的信号电容处高频会被滤掉，低频容易通过。
在电源电路中也有上图这样的电路，电源经过一个阻值不大的电阻，然后用容量比较大的电容进行滤波，得到干净的直流电压给电路供电，这就是小信号电路常用的供电电路，目的是得到干扰比较少的直流电源。

2.2脉冲信号

同样的电路如果输入的是脉冲信号，那么它就是积分电路。对于积分电路，需要分析输入的脉冲上升沿和下降沿出现的时候输出是什么样的波形。

2.2.1上升沿

毫无疑问会将直角的上升沿变得平滑一些，在这里就不再解释原因了。具体有多平滑取决于时间常数 $\tau$ ，电容容量或者电阻阻值越小，充放电速度越快，当时间常数小到一定程度的时候，输出波形可以达到如下图的效果，只是在拐角的地方稍微平滑了一点而已。

2.2.2下降沿

本来电阻两端的电压基本相等，输入端的电压突然下降为 0 ，那么电容将会通过电阻放电，输出电压也就是电容两端的电压会逐渐下降，时间常数越小，下降的越快。当时间常数小到一定程度时，下降速度可以达到很快，甚至可以达到下图的效果。

2.2.3脉冲

综上所述，可得：

当电阻比较大，电容容量也比较大的时候，上图中的输出波形就就会变得被拉长，如下图：

2.3积分电路的应用

2.3.1复位电路

假设单片机是低电位复位。开机时，稳压电源给单片机供电，同时通过电阻给电容充电。

开机的瞬间电容上是没有电的，也就是复位端是低电压，故连接到的单片机复位端就是低电位，那么单片机内部数据清零，重新启动。平时工作的时候，由于电容上已经充有比较高的电压，单片机不会出现复位过程。

2.3.2脉冲放大电路

下图是一个脉冲放大的例子，从 A 点输入一个如左下角一样波形的脉冲，通过电阻输入到三极管基极 B 点，但是在这个通路的过程中，对地存在一定的分布电容，在 B 点会形成一个积分电路，让到达三极管的脉冲波形顶端变得平滑，也就是脉冲的顶端产生了细微的延时。

分布电容是指在电路中，由于导线、组件引脚和其他金属部分之间的空间相邻布置，导致这些部分之间形成的等效电容。分布电容的存在是不可避免的，尤其是在高频或快速变化的信号中，这种电容效应更为显著。上图中的 C1就是这种分布电容的等效表现。它不是一个实际的电容器，而是电路布局中由于布线和元件间的物理结构引入的等效电容。

如果在电阻 R 上并联一个电容 C2 ，上升沿和下降沿这两个具有变化的部分就会加速通过，加速了到达 B 点的的时间，补偿了由电容 C1 造成的脉冲顶端延时。

因为一般的脉冲信号是一个高频的信号，对于高频的信号来说，合适容值的电容相当于一跟导线，故当A 点的脉冲进来时，会更快速的经过并联的电容，更快速的达到 B 点，补偿了脉冲顶端延时。

如果 C2 电容选择偏大，脉冲上升瞬间产生的冲击比较大，B 点到达的脉冲波形还可能出现下图所示的情况，即上升沿冲上去比较高。是因为电容 C2 加速了上升沿和下降沿对三极管的控制，故在脉冲电路中电容 C2 被称之为加速电容，如果输入为交流信号中，则是高频补偿电容。

1、为什么会有这么大的冲击？

当 C2 的电容值较大时，在输入脉冲信号的上升沿，C2 会在非常短的时间内吸收大量的电流来充电。这会导致一个很大的电流峰值流经电阻 R 和三极管基极的路径，形成一个短暂的电压“冲击”或“过冲”。

2、什么是加速电容？

加速电容，也称为补偿电容或旁路电容，主要用于三极管放大电路或类似的放大电路中，以改善信号的上升沿速度。它通过为瞬时电流提供一条低阻抗的路径来“加速”电路响应，使得信号能够快速传递，从而减少因寄生电容和寄生电感带来的延时。

3、什么是高频补偿电容？

高频补偿电容，也称为高频旁路电容，用于放大电路中的交流信号通路，以确保电路在高频工作时的稳定性和精确性。它们主要用于消除高频信号中的寄生效应，防止放大电路中的高频振荡或衰减。

三、微分电路、高通滤波电路和耦合电路

3.1写在前面

虽然都是下面这一个电路图，但是可以有以下三种使用场景，对每一种场景进行相应的器件选型可以实现不同的功能：

输入的信号为数字脉冲信号：微分电路
输入信号为高频交流信号：高通滤波器
输入信号无论是高频还是低频信号都传递过去：耦合电路

3.2耦合电路

耦合电路的目的是把信号传过去，不管高低频都传过去。只要电容容量和电阻阻值大到一定的程度，对一定频率范围的信号，无论是高低频的阻抗都相差不大，这个时候它就是耦合电路，电路中扥电容就是耦合电容。

如下图，需要将电路 1 的信号传送到电路 2 ，但是这两个电路由于各自模块等原因两连接点的电压不同（听到这里你有没有一种似增相识的感觉，好像在是哪篇我自己写的博客里讲到过，如果有读者知道，请在评论区告诉我。），故不可以直接相连。

所以电路利用电容隔直流通交流的特性，把信号传递过去，这个时候电容就是耦合电容。如下图公式，当输入的频率远远大于截止频率时，对输入信号频率范围内的信号，电路的阻抗相差不是很大。

3.3高通滤波器

高通滤波器的截止频率也是如上图中的公式，截止频率 $=\frac{1}{2\pi RC }$ ，当输入频率为该频率时，输出信号的频率是输入信号频率的 0.707 倍（我觉得之所以介绍这个，是因为可以让我们直观的感受到这个频率输出的到底输出了多少，滤掉了多少）。

如果输入频率像下图给出的范围那样既有高频也有低频，则高频更容易输出，而低频的成分输出很弱，这就是高通滤波器。

如果输入的频率像下图一样，都是比截止频率高的多的频率，这时电路对这个范围内的频率输出强度基本相同，这时候就回到上面的耦合电路（不知道你自己有没有发现）。

反过来，继续说到高通滤波器，当高通滤波器中电容容量和电阻阻值比较大的时候，截止频率就比较低，输入的信号更容易就是一段高频信号，电路更容易就起到耦合的作用。

3.4微分电路

微分电路是针对脉冲信号来说的，当输入一个一个的脉冲时，由于电容是隔直通交的，故一个脉冲能通过的主要是变化的上升沿和下降沿部分，如果脉冲的宽度足够宽，可以算是直流成分，应该没有输出。

3.4.1上升沿

在上升沿的瞬间，电容相当于短路，所有电压全部加在电阻两端，电阻电压等于输出电压，故输出电压书剑上升到输入电压。
后是一段平电流，电容充电电压逐渐上升，分压在电阻上的电压越来越少，那么输出电压就会下降。
如果电容容量比较小或者电阻阻值比较小，充电速度就比较快，即波形图中下降的速度也就比较快，故 RC 常数越小，脉冲越尖。

3.4.2下降沿

本来是高电压然后突然电压下降为零，这也是变化的电压，电容直接传导，故脉冲下降的瞬间，电容与电阻的接点出产生最大的负值电压，随着电容慢慢的放电，接点出的电压慢慢的回到原来的 0 伏。时间常数的规律依旧如上。

3.4.3整体效果

一般 RC 少于或等于输入波形宽度的 1/10 ，这样输出波形就比较尖。

3.5微分电路的应用

3.5.1复位电路

单片机刚开机通电的时候，需要复位清除里面的数据，就需要给单片机一个脉冲来清除数据。

当开机通电时，电源给芯片供电，同时下图中的微分电路给所练引脚提供一个尖峰脉冲，产生短时间的高电压到复位端，让芯片内部把数字清空，开始启动。由于它是利用短时间的高电压脉冲来进行复位的，所以它属于高电位复位。

3.5.2耦合电路

如果上一级的电路和下一级的电路电压不一样，但是又需要将脉冲传送到下一级，此时可以利用电容的隔直通交特性传送。

传送时，希望脉冲是完整的转送到下一级，就需要比较大的时间常数 $\tau$ ， $\tau$ 越大传输到后一级的脉冲变形就越少。

如果你疑惑为什么时间常数 $\tau$ 越大，越可以完整的传输到下一级，那么只要你往上翻翻就可以知道。

上面明明已经说的很清楚，越小的 $\tau$ 脉冲越尖，因为越容易给电容充电。

但是实际上还是会有轻微的变形，变形的原因是电容充电，电容两端的压降逐渐增大，输出为电阻两端的压降，输出压降会逐渐的降低，所以输出的脉冲存在轻微的顶端逐渐下降，只要下降的量不是很大，就是允许的。

四、定义

突然发现没有给出积分电路和微分电路的定义，本来准备加上一开始，但是觉得这个定义放在这里更有一种幡然醒悟的感觉。

4.1积分电路的定义

积分电路是一种输出电压与输入信号电压的积分成正比的电路。也就是说，积分电路能够将输入信号随时间变化的累积总和转化为输出电压。这种电路可以对快速变化的输入信号进行“平滑”，输出信号的变化率会变慢。

4.2微分电路的定义

微分电路是一种输出电压与输入信号电压的变化率（微分）成正比的电路。也就是说，微分电路能够放大输入信号随时间变化的速率，特别对快速变化的信号变化敏感。

83、请画出交流降压和桥式整流电路。

陈氏解释

（我刚开始看到这个题目和答案中的桥式整流电路前面还有一个数字1，我以为是原作者还有一个“2、交流电路”没有画，但是两个电路的顺序和题目中给出的顺序也使不一样的，故给出的答案应该就是该题目完整的答案）

在上图中，左半部分为变压器，变压器是进行交流降压的典型器件；右半部分为典型的桥式整流电路，将交流电整流成直流电经过电阻 R1 。

84、请画出一个晶体管级的差分放大电路。

陈氏解释

一、差分放大电路的来源

1.1静态工作点稳定的三极管放大电路

下面的电路在三极管的发射极添加了直流负反馈电阻 $R_{e}$ ，主要是为了实现下图中的负反馈流程来减小温漂，但是无法完全消除温漂。

1.2消除温漂

1.2.1直流电压源

引入解决的办法：在输出端接一个受温度控制的直流电压源 V ，如下图。

完全消除了温漂：其中我理解的温漂是由温度升高导致的静态集电极电流增大，刚好添加的直流电压源就限制了 $V=U_{CQ}$ ，方向相反，故完全消除。

1.2.2采用对称式电路结构

发现静态工作点稳定的三极管本身就是一个满足上述条件（集电极静态点位始终相等）的直流电压源，故采用了对称的电路结构。

二、对称式电路对共模信号的抑制作用

（悄悄的写在前面：
一般的电路思维是认为共模信号都是外界的干扰，使有效的信号在一些未知的地方出现电位上升、下降等；
差模信号都是电路需要传输的有效信号，差模信号传输时采用的是双绞线，这样来增大两个信号之间的电位差，当有共模信号的干扰，两信号电位同上同下，差值仍保持不变，增强了信号的抗干扰能力。）

注意下图中的“在电路的输入端加共模信号”是指将之前的交流信号完全换成共模信号作为交流输出，不是在之间的基础上添加共模信号做干扰的意思，不要受了我的悄悄话的影响。

三、对称式电路对差模信号的放大作用

四、对称式电路存在的问题及改进措施

五、改进后的对称式电路

改进的地方主要在于：两个发射极电阻被合二为一了。

六、典型的差分放大电路

下半部分的电路是对上班部分电路的改进，改进的地方是：撤走了上面电路图输出端的直流电压 $V_{BB}$ ，然后为了应对这一变化，共同的的发射极电压下面的电压变成施加 $-V_{EE}$ ，下图中两个蓝色的方框虽然看似都是电压 $V_{CC}$ ，但是下面的 $V_{CC}$ 数值上是要减去 $V_{EE}$ 的。

七、差分放大电路的分析前提

我们以电路参数理想对称进行分析，分析的到的结果主要是针对集成的差分放大电路，而并不适用于分立元件的放大电路。

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

（以下是我找到原网站的原话，方框中的才是我自己写的）

开关电源为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级 EMI 滤波器，典型电路下图所示。图（a）与图（b）中的电容器 C 能滤除串模干扰，区别仅是图（a）将 C 接在输入端，图（b）则接到输出端。

图（c）、（d）所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图（c）中的 L、C1 和 C2 用来滤除共模干扰，C3 和 C4 滤除串模干扰。R 为泄放电阻，可将 C3 上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端 L、N 不带电，保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容 C3 和 C4 接在输出端。

什么是串膜干扰？

怎么就有的滤串膜？有的滤共模？

等我去实验室补上

EMI 滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。下图中曲线 a 为未加 EMI 滤波器时开关电源上0.15MHz～30MHz 传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。曲线 b 是插入如图1（d）所示EMI 滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减 50dBμV～70dBμV。显然，这种 EMI 滤波器的效果更佳。