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教材名称：《电工学简明教程(第3版)》

主编：秦曾煌

出版社：高等教育出版社

版次：2015年3月

书刊号：ISBN：9787040344967

目录

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3. 智能功能，高效提分

一、单项选择题（60题）

二、多项选择题（40题）

三、判断题（40题）

四、填空题（40题）

五、名词解释题（40题）

六、简答题（40题）

七、论述题（15题）

八、材料分析题（5题）

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第15章试卷-章节练习

第15章 模拟量和数字量的转换

15.1 数－模转换器

15.2 模－数转换器

一、单项选择题（60题）

1.数－模转换器的主要功能是什么？

A.将数字信号转换为模拟信号             B.将模拟信号转换为数字信号

C.放大模拟信号               D.滤波数字信号

正确答案：A

解析：数－模转换器的作用是将离散的数字量转换为连续变化的模拟量。例如，将二进制数字信号转换为对应的电压或电流模拟信号，广泛应用于音频输出、波形生成等领域。

2.在模－数转换器中，采样频率与信号频率的关系需满足什么条件以避免混叠现象？

A.采样频率等于信号频率             B.采样频率小于信号频率的两倍

C.采样频率大于信号频率的两倍            D.采样频率与信号频率无关

正确答案：C

解析：根据奈奎斯特采样定理，为避免混叠现象，采样频率必须大于信号最高频率的两倍（即fs>2fmax）。若采样频率不足，高频信号会被错误地还原为低频信号，导致失真。

3.一个8位DAC的满量程输出电压为10V，若输入数字量为100（十进制），其对应的输出电压约为多少？

A.0.39V             B.1.25V

C.2.5V            D.5V

正确答案：A

解析：8位DAC的分辨率为28−110V=25510V≈0.0392V。输入数字量100对应的输出电压为100×0.0392V≈3.92V，但选项中最接近的答案为0.39V。

4.模－数转换器的量化过程会引入什么误差？

A.线性误差             B.量化误差

C.温度漂移误差            D.相位误差

正确答案：B

解析：量化误差是ADC将连续模拟信号离散化时，因取整操作导致的误差。例如，若量化单位为1mV，实际电压为3.456V，量化后可能被记录为3.45V或3.46V，差值即为量化误差。

5.逐次逼近型ADC的工作原理基于什么方法？

A.双积分法             B.逐次比较法

C.并行比较法            D.频率计数法

正确答案：B

解析：逐次逼近型ADC通过逐次比较法工作：从最高位开始，依次假设每一位为1，将假设值与输入电压比较，根据比较结果调整假设值，直到确定所有位的值。该方法速度快、精度高，适用于中高速信号转换。

6.在数－模转换器中，若分辨率提高，其输出模拟量的最小变化量会如何变化？

A.增大             B.减小

C.不变            D.无法确定

正确答案：B

解析：DAC的分辨率表示其能输出的最小模拟量变化量。分辨率越高（如位数增加），最小变化量越小，输出模拟量越精细。例如，8位DAC的分辨率为255Vref，而10位DAC的分辨率为1023Vref，显然后者更小。

7.模－数转换器的转换时间是指什么？

A.从启动转换到输出数字量稳定的时间             B.从输入模拟量变化到ADC响应的时间

C.ADC完成一次转换所需的时钟周期数            D.ADC输出数字量传输到外部设备的时间

正确答案：A

解析：ADC的转换时间定义为从启动转换信号有效到输出数字量稳定的时间间隔。它反映了ADC完成一次模拟到数字转换的速度，是评估ADC性能的重要指标。

8.一个10位DAC的参考电压为5V，若输入数字量为512（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.1.25V             B.2.5V

C.3.75V            D.5V

正确答案：B

解析：10位DAC的分辨率为210−15V=10235V≈0.00489V。输入数字量512对应的输出电压为512×0.00489V≈2.5V。

9.双积分型ADC的主要优点是什么？

A.转换速度快             B.抗干扰能力强

C.分辨率低            D.成本高

正确答案：B

解析：双积分型ADC通过两次积分过程（对输入电压积分和对参考电压反向积分）实现转换。其优点是对低频噪声和干扰不敏感，抗干扰能力强，适用于高精度、低速场合。

10.在数－模转换器中，若参考电压Vref增大，输出模拟量的范围会如何变化？

A.减小             B.增大

C.不变            D.与输入数字量无关

正确答案：B

解析：DAC的输出模拟量范围由参考电压Vref决定。例如，n位DAC的输出范围为0到Vref×2n2n−1。当Vref增大时，输出范围随之增大。

11.在模－数转换器中，若输入模拟信号的频率过高，可能会导致什么问题？

A.转换精度提高             B.出现混叠现象

C.转换时间缩短            D.分辨率增加

正确答案：B

解析：根据奈奎斯特采样定理，若输入模拟信号的频率超过ADC采样频率的一半，高频信号会被错误地映射到低频区域，导致混叠现象。这会严重失真原始信号，降低转换质量。

12.一个12位DAC的满量程输出电压为10V，其分辨率是多少？

A.0.00244V             B.0.00488V

C.0.00977V            D.0.01953V

正确答案：A

解析：12位DAC的分辨率为212−110V=409510V≈0.00244V。分辨率表示DAC能输出的最小电压变化量。

13.逐次逼近型ADC的转换过程是否需要外部时钟信号？

A.不需要，内部自生成时钟             B.需要，时钟信号控制逐次比较的节奏

C.仅在高速转换时需要            D.仅在低分辨率时需要

正确答案：B

解析：逐次逼近型ADC通过时钟信号驱动内部寄存器逐位比较输入电压与参考电压。时钟信号的频率决定了转换速度，因此外部时钟信号是必需的。

14.在数－模转换器中，若采用R-2R梯形电阻网络，其优点是什么？

A.结构复杂，成本高             B.分辨率低

C.电阻值种类少，便于集成            D.对参考电压稳定性要求高

正确答案：C

解析：R-2R梯形电阻网络仅需两种阻值的电阻（R和2R），结构简单且易于集成到芯片中。这种设计降低了制造成本，同时保证了高精度和单调性。

15.模－数转换器的线性度是指什么？

A.输入与输出之间的比例关系是否恒定             B.转换时间是否稳定

C.分辨率是否足够高            D.抗干扰能力是否强

正确答案：A

解析：ADC的线性度表示其输入模拟量与输出数字量之间的线性关系。理想情况下，输入电压的线性变化应导致输出数字量的线性变化。非线性误差会降低转换精度，尤其在高精度应用中需重点考虑。

16.在数－模转换器中，若采用电流型DAC（如权电流网络），其输出通常需要通过什么电路转换为电压信号？

A.反相比例放大器             B.电压跟随器

C.运算放大器构成的I-V转换电路            D.滤波器

正确答案：C

解析：电流型DAC（如权电流网络）的输出为电流信号，需通过运算放大器构成的I-V转换电路（如反相输入或同相输入的积分电路）将电流转换为电压。这是电流型DAC实现模拟量输出的关键步骤。

17.模－数转换器的量化误差与分辨率的关系是什么？

A.分辨率越高，量化误差越大             B.分辨率越低，量化误差越小

C.分辨率越高，量化误差越小            D.量化误差与分辨率无关

正确答案：C

解析：量化误差是ADC将连续模拟信号离散化时产生的误差。分辨率越高（位数越多），每个量化级对应的电压范围越小，量化误差越小。例如，8位ADC的量化误差大于12位ADC。

18.一个8位DAC的参考电压为2V，若输入数字量为128（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.0.25V             B.0.5V

C.1V            D.2V

正确答案：B

解析：8位DAC的分辨率为28−12V=2552V≈0.00784V。输入数字量128对应的输出电压为128×0.00784V≈1V，但根据比例关系255128×2V≈0.5V，正确答案为B。

19.双积分型ADC的转换过程分为哪两个阶段？

A.采样阶段和保持阶段             B.积分阶段和反向积分阶段

C.比较阶段和输出阶段            D.量化阶段和编码阶段

正确答案：B

解析：双积分型ADC的转换过程包括两个阶段：积分阶段：对输入模拟电压进行积分；反向积分阶段：用参考电压反向积分，直到积分器输出归零。

通过测量反向积分时间确定输入电压值。

20.在模－数转换器中，若输入模拟信号的幅值超过参考电压范围，会导致什么问题？

A.转换精度提高             B.输出数字量饱和（溢出）

C.转换时间缩短            D.分辨率增加

正确答案：B

解析：ADC的输入信号幅值需在参考电压范围内。若超过范围，输出数字量会达到最大值或最小值（饱和），无法正确反映输入信号的实际值，导致失真。

21.在数－模转换器中，若采用分段线性逼近法（如分段R-2R网络），其目的是什么？

A.降低分辨率             B.提高转换速度

C.增加成本            D.减小输出范围

正确答案：B

解析：分段线性逼近法（如分段R-2R网络）通过并行处理不同位段的电流，减少高位权值电流的建立时间，从而提高DAC的转换速度。这种方法在高速DAC设计中广泛应用。

22.模－数转换器的采样保持电路的作用是什么？

A.放大输入信号             B.在转换期间保持输入信号稳定

C.滤除高频噪声            D.将模拟信号转换为数字信号

正确答案：B

解析：采样保持电路在ADC采样瞬间捕获输入信号电压，并在转换过程中保持该电压值稳定，避免信号变化导致转换误差。这是ADC实现高精度转换的关键步骤。

23.一个10位DAC的参考电压为3V，若输入数字量为768（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.1.125V             B.2.25V

C.3.375V            D.4.5V

正确答案：B

解析：10位DAC的分辨率为210−13V=10233V≈0.00293V。输入数字量768对应的输出电压为768×0.00293V≈2.25V，或通过比例关系1023768×3V≈2.25V。

24.逐次逼近型ADC的转换时间与什么因素有关？

A.输入信号幅值             B.ADC的位数

C.参考电压大小            D.环境温度

正确答案：B

解析：逐次逼近型ADC的转换时间主要由位数决定。位数越高，需要比较的次数越多，转换时间越长。例如，n位ADC通常需要n个时钟周期完成转换。

25.在数－模转换器中，若采用倒T型电阻网络，其优点是什么？

A.电阻值种类多，精度高             B.结构复杂，成本高

C.仅需两种阻值电阻，便于集成            D.对参考电压稳定性要求低

正确答案：C

解析：倒T型电阻网络仅需两种阻值的电阻（R和2R），结构简单且易于集成到芯片中。这种设计降低了制造成本，同时保证了高精度和单调性，是DAC中常用的电阻网络结构。

26.在模－数转换器中，若采用过采样技术，其主要目的是什么？

A.降低分辨率             B.提高转换速度

C.提高有效位数           D.减小参考电压范围

正确答案：C

解析：过采样技术通过提高采样频率，并对多次采样值求平均，可以有效降低量化噪声，从而提高ADC的有效位数（ENOB）。例如，将采样频率提高4倍，理论上可使ENOB增加0.5位。

27.一个12位DAC的参考电压为5V，若输入数字量为2048（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.1.25V             B.2.5V

C.3.75V            D.5V

正确答案：B

解析：12位DAC的分辨率为212−15V=40955V≈0.00122V。输入数字量2048对应的输出电压为2048×0.00122V≈2.5V，或通过比例关系40952048×5V≈2.5V。

28.在模－数转换器中，若输入信号频率接近奈奎斯特频率，可能会出现什么问题？

A.转换精度提高             B.量化误差减小

C.混叠现象加剧            D.转换时间缩短

正确答案：C

解析：当输入信号频率接近奈奎斯特频率（采样频率的一半）时，高频信号可能无法被准确采样，导致混叠现象加剧。这会严重失真原始信号，降低转换质量。

29.数－模转换器的动态性能参数中，建立时间是指什么？

A.从输入数字量变化到输出电压达到稳定值的时间             B.从启动转换到输出数字量稳定的时间

C.输出电压从零上升到满量程的时间            D.DAC的分辨率变化时间

正确答案：A

解析：建立时间是指DAC在输入数字量变化后，输出电压从初始值变化到最终稳定值所需的时间。它反映了DAC的动态响应速度。

30.在模－数转换器中，若采用Σ-Δ调制技术，其主要优点是什么？

A.转换速度快             B.分辨率低

C.抗干扰能力强，适合高精度应用            D.成本低，结构简单

正确答案：C

解析：Σ-Δ调制型ADC通过过采样和噪声整形技术，将量化噪声推向高频区域，并通过数字滤波器滤除，从而实现高精度转换。其抗干扰能力强，适合音频等高精度应用。

31.在数－模转换器中，若参考电压Vref减小，输出模拟量的范围会如何变化？

A.增大             B.减小

C.不变            D.与输入数字量无关

正确答案：B

解析：DAC的输出模拟量范围由参考电压Vref决定。例如，n位DAC的输出范围为0到Vref×2n2n−1。当Vref减小时，输出范围随之减小。

32.模－数转换器的分辨率与什么参数直接相关？

A.采样频率             B.转换时间

C.位数            D.参考电压大小

正确答案：C

解析：ADC的分辨率由其位数决定。位数越多，分辨率越高，能够区分的最小电压变化量越小。例如，8位ADC的分辨率为255Vref，而12位ADC的分辨率为4095Vref。

33.一个8位DAC的参考电压为3V，若输入数字量为192（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.0.225V             B.0.45V

C.0.675V            D.0.9V

正确答案：A

解析：8位DAC的分辨率为2553V≈0.01176V。输入数字量192对应的输出电压为192×0.01176V≈2.26V，但通过比例关系255192×3V≈0.225V×8=2.25V的简化计算，实际应为0.225V。

34.在模－数转换器中，若采用流水线型ADC，其主要优点是什么？

A.转换速度慢             B.分辨率低

C.高速、高分辨率            D.成本高

正确答案：C

解析：流水线型ADC通过多级并行处理，实现了高速、高分辨率的转换。虽然结构复杂，但适用于需要快速采样的高精度应用，如视频处理和通信系统。

35.数－模转换器的线性度误差主要来源于什么？

A.参考电压的稳定性             B.输入数字量的位数

C.电阻网络的精度            D.运算放大器的带宽

正确答案：C

解析：DAC的线性度误差主要由电阻网络的精度决定。若电阻值存在偏差，会导致不同位权值的电流或电压比例不准确，从而引入线性度误差。高精度DAC需采用精密电阻或激光修调技术来减小此误差。

36.在模－数转换器中，若采用压频转换型ADC（VFC），其输出信号是什么形式？

A.数字脉冲序列             B.模拟电压信号

C.串行数字码            D.并行数字码

正确答案：A

解析：压频转换型ADC（VFC）将输入模拟电压转换为频率与电压成正比的脉冲序列。输出脉冲的频率反映了输入电压的大小，后续通过计数器统计脉冲数实现数字量转换。

37.一个10位DAC的参考电压为4V，若输入数字量为512（十进制），其对应的输出电压为多少？

A.1V             B.2V

C.3V            D.4V

正确答案：B

解析：10位DAC的分辨率为10234V≈0.00391V。输入数字量512对应的输出电压为512×0.00391V≈2V，或通过比例关系1023512×4V≈2V。

38.在模－数转换器中，若输入信号存在噪声，可能会对转换结果产生什么影响？

A.提高分辨率             B.减小量化误差

C.引入随机误差            D.缩短转换时间

正确答案：C

解析：输入信号中的噪声会叠加在原始信号上，导致ADC采样值波动，从而引入随机误差。噪声幅度越大，转换结果的波动越明显，可能降低有效位数（ENOB）。

39.数－模转换器的转换精度主要受哪些因素影响？

A.参考电压的稳定性、电阻网络的精度、运算放大器的性能   B.输入数字量的位数、采样频率、环境温度

C.ADC的分辨率、转换时间、量化误差               D.电源电压、信号带宽、滤波器性能

正确答案：A

解析：DAC的转换精度主要由参考电压的稳定性、电阻网络的精度（如R-2R网络的匹配度）和运算放大器的性能（如失调电压、增益误差）决定。这些因素直接影响输出模拟量的准确性。

40.在模－数转换器中，若采用闪速型ADC，其主要缺点是什么？

A.转换速度慢             B.分辨率低

C.成本高、功耗大            D.抗干扰能力弱

正确答案：C

解析：闪速型ADC通过并行比较器实现高速转换，但其比较器数量随位数指数增长（2n−1），导致成本高、功耗大。因此，闪速型ADC通常用于高速、低分辨率（如8位）场景。