简化复杂电路的简化方法问题

模拟电路:世界这么复杂,不方便我们处理,于是这个世界被我们简化成了电阻,电感和电容等等基本元件
怎样学好模拟电路?
本人电子专业,学了模拟电路,感觉云里雾里的。
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Yike芯片(集成电路)话题优秀回答者资深模拟ic设计工程师
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强大的责任感让我觉得需要回答此题。传道授业解惑,让各位看到这篇回答的人学模电的时候少走弯路,有更多的时间踢球把妹聊天喝酒……什么,你说你是女生?喜欢模电的女生都是好女生。请
私信我以了解更多内容。
知道各位学业繁重,赶紧进入正题:
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我念大学的时候,也跟题主一样。觉得模拟电路这门课,学得稀里糊涂的。
特别是在玩过一把CS以后,这种感觉更加明显。
这里先要肯定题主是一个有上进心的好孩子。想把模电学好。
我当年感觉到云里雾里的时候,根本没想过要学好模电。我做的事情,就是跟班里学习好的同学搞好关系。这样等到期末的时候,我就能顺利地借到笔记,高分就很简单了。
所以谈到这里,首先第一步是要明确: 什么样才算”学好“模拟电路。
如果你的诉求是期末拿到高分而已,那么您不用往下看了。出门往右电子科技书屋有历年的考题和课件。平日里该干嘛干嘛。拿星爷的台词说,妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。
如果分数不说明问题。那么怎样才算学好模拟电路呢?
问一下自己一个问题: 我学模拟电路可以做什么?
为了设计一个增益为5的放大器吗?
很多年以后,我回顾我自己大学那段时光,终于搞清楚我为什么老是觉得没有学好模拟电路了。答案其实很简单。我感觉自己学了好多东西,但不知道这些东西学来干什么。
不知道各位觉得模电奇奇怪怪的朋友,是不是有类似的感觉。
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模拟电路学来干什么?
我想回答一下这个问题。这是一个重要的问题。很多人有疑问,现在是一个数字时代,我为什么要学模拟电路。zhihu里面还有一个问题是“模拟电路设计师会不会消失掉”
答案是:不会的。
只要我们还需要跟真实的世界接触,那么我们不可避免地就会需要模拟电路,因此就需要可爱的模拟电路设计师们。
打一个比方。就拿CPU来说好了。CPU处理的都是数字信号。但是它没有办法用数字电路来监控自己的温度。这个接口永远会是一个模拟接口。
CPU需要的工作电压要求很精准。比方说,就是1V。各位想一想,这个1V怎么实现呢? 用数字电路时没有办法实现的。
你在你的手机屏幕上划了一下,你的手机怎么能知道你划了一下呢?
重力感应怎么实现呢?
你离不开模拟电路。模拟电路就好像是你的眼睛,耳朵,还有嘴巴,鼻子,手脚一样。数字电路就好比你的大脑。只要未来的世界不会发展成直接在大脑上接两根线,需要的时候打点儿多巴胺进去,这个世界就需要模拟电路来完成虚拟世界和真实世界的接口。
现在可以说说看,我们是怎么完成这个接口的。
现在假设我们要坐一个电路来sense你手机电池的温度,以免它越来越高,最后在你正在跟妹子聊天的时候爆了。毁容是小,还得花钱重新买一个手机。
负责外围应用的工程师很贴心地给了你一个热敏电阻。电阻的阻值会随着温度的上升而不断减小。他希望你能做一件事儿,就是当温度高过一定值的时候,给一个幅度为3V的数字信号出来,让系统能关掉电池。
我们需要什么东西呢? 首先我们需要一个电源。没有电源,什么东西都没办法工作。
电源需要怎么做呢?直接从电池来拿电或许是个好方法,可是输出电压的幅度有限制,怎么办呢?
有了,做一个local的3V电源吧。电源的要求是什么?内阻越低越好。什么样的电路能够给出一个低的输出内阻呢?
电压-电压反馈运放。
所以第一个需要的block是一个运放。
(题外话: 在分立器件的时代,我们可以买一个运放。
如果题主想做的是芯片级的设计,那么我们需要选取合适的器件,把这个运放做在芯片上面。)
好吧,运放是有了,可是没有基准电压,运放怎么才能输出一个恰好3V的电压呢?
第二个需要的block是一个基准电压源。
(在分立器件时代,我们可以买一个基准电压源,
题主如果想做芯片级的设计,那么我们需要在芯片上面做一个基准电压。目前几乎所有的基准电压,都是依靠硅本身的能带来实现的。所以叫做带隙基准。约为1.2V。实现带隙基准的过程,不会是开环实现的,是闭环的过程。需要经行环路分析,稳定性分析,失配分析。)
现在,你把1.2V的电压源得到了,然后做了一个1.2:1.8阻值的电阻作为反馈电阻,使用运放得到了一个3V的电源电压。你使用环路稳定性分析方法分析知道环路是稳定的。算一算电路的输出电阻,知道大概这个电路有多少电流输出能力,能带多少负载。还不错,你觉得。虚短路虚断路的分析方法挺靠谱的。
紧接着就是真正有用的部分了。你需要一个比较器,来把热敏电阻与非热敏电阻的分压与一个基准电压进行比较。那么就用一个比较器吧。
(分立器件时代,你可以买一个比较器
想在单片上做完,那么就自己设计一个比较器吧。自己设计的比较器往往不那么理想。没有全电压输出范围,也没有全电压输出范围。
增益也可能只有60个dB。但是你一看参数要求,够啦,60dB就60dB吧,总比没有好。)
好了。你完成了设计。
以上只是举了一个简单例子。实际遇到的模拟电路系统远比这个小系统复杂的多。市场的要求也越来越变态。谁叫有那么多聪明的人在设计模拟电路呢。
所以设计模拟电路的人,都在呕心沥血。穷其心智去满足各种不合理的要求,达到许多不合理的标准。
不过对题主来说,这些都是后话了。
题主假如希望做模拟设计这方面的工作,那么按照上面所写的这个小小的例子,可以看出来有多少科目需要学么?
1. 电路分析
2. 模拟电路设计基础
3. 信号与系统
4. 反馈理论/补偿理论
如果题主想做的是模拟IC设计,你还需要学习以下科目:
1. 半导体工艺技术
2. 半导体器件原理
3. 概率统计知识
4. 模拟IC设计。
其中,模拟IC设计包括:
1. 小信号分析
2. 放大器的线性建模
3. 基准设计
4. ESD保护
5. 版图设计
6. 寄生效应
6. 失效分析
9. 太TM多的省略号
希望回答能让题主满意,或者帮助更多的年轻EE们。
另夹带私货,请移步:作為電子工程的學生,工作領域有那些? 目前只知道: 1. 通訊領域(發展空間好像已經飽和了); 2.IC
观看更多有趣内容。
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知乎用户我是一枚攻城狮!
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(下面的内容主要针对信号链设计, 即已知应用需求,
在与现实世界的接口(传感器/执行器)、信号调理电路/执行器驱动电路、ADC、数字域器件之间分配指标, 并对模拟部分进行设计的过程.
关于模拟集成电路设计, 请参见 @Yike 的答案.)
首先跟大家灌点儿心灵敌敌畏: 怎样不去学模拟电路.
1. 有经济压力的不要去学模拟电路, 尤其是有在京沪穗等一线城市还房贷压力的. 虽然模拟电路听起来很高洋上,
被大家认为是黑科技, 但是这一行市场实在过小, 分得也太细, 指望它赚钱, 随机性太大; 而且在这一行里,
频繁跳槽其实对水平的提高不利. 所以如果有经济压力, 请考虑尽早转向目前风险最低的劳动致富方法——当码农.
当然如果能承担得起创业风险, 参与到目前很火的智能硬件行业里去也是不错的.
2. 没兴趣的不要去学模拟电路. 搞模拟电路需要大量的时间和持续的心情, 如果对这项工作没有兴趣,
并且也自我感觉培养不出兴趣的话, 也是尽早改行为佳, 因为如果没有兴趣, 不去思考, 脑袋里面留下的东西只会越来越芜杂,
对工作的提高并无帮助.
3. 不会动手, 或者不想动手的不要去学模拟电路. 搞数字电路的时候, 设计工程师可以只画原理图,
把下游的东西(布局布线乃至工艺上的事情)都扔给别人, 但是搞模拟电路要求设计工程师必须亲自动手搭建原型、诊断故障,
大部分情况下只靠仿真是不够的. 所以如果不知道烙铁拿哪头, 或者怕拿烙铁, 或者不屑于拿烙铁, 请尽早改行;
如果焊出来的东西跟豆腐渣一样的话, 在排除烙铁故障和使用了劣质焊锡的情况之后, 也请尽早改行.
4. 脑袋不好使, 逻辑能力不够的; 或者脑袋有跑偏倾向的, 不要去学模拟电路. 当然如果脑袋不好使, 那么不光模拟电路,
数字电路也搞不好, 写码也写不好, 其他工程技术工作应该也干不好, 还是趁早别当工程师了比较好. 至于脑袋有没有跑偏倾向, 可以用
@Chris Xia 的语言学民科偏见大全来自测——因为语言是大家从小每天接触的东西, 你在"自发的语言研究"上脑子跑得越偏,
进入专业领域之后脑子跑偏的倾向也越大. 如果看了刚才那个膝盖中箭数过多, 并且看完之后还坚持自己的偏见,
那么可以考虑先吃点被门夹过的核桃补补脑.
5. 有把工作台收拾得特别整洁的癖好的, 不适合搞模拟电路. 这一点不展开说了, 贴一张图(Jim Williams主编的书
Analog Circuit Design: Art, Science and Personalities 的封面):
如果面对这样的工作台有不适感, 那么也趁早改行为好. 当然跟前面几点相比, 这一点是比较容易克服的...
喝完了心灵敌敌畏, 大家活着的还有多少? 恭喜活着看到了这儿的同学, 我是不是可以认为你们已经有了学好模拟电路,
并以此作为爱好或职业的觉悟? 那么我们就回到正题——怎样学好模拟电路.
不完全地总结一下, 模拟电路设计大概有这么几个不同于其他工程设计领域, 尤其是不同于数字电路设计的特点:
1. 模拟电路处理的量来自现实世界, 因此模拟电路的输入中, 既包含与设计相关的信号, 也包含与设计不相关的信号.
比如设计一个心电图机, 电极采集进来的除了需要处理的心电信号本身, 还包含电极的极化电位(直流), 从电源感应来的50Hz干扰等等,
而这些不相关的信号往往要比需要处理的信号强很多. 因此,
攻城狮需要分析信号的特点(如心电信号、极化电位、50Hz干扰所占的频率范围不同; 50Hz干扰属于共模信号,
而心电信号属于差分信号等), 并设计相应的电路, 来提取出需要处理的信号, 抑制与设计不相关的信号(比如设计合适的滤波器滤除带外干扰,
用差分输入的仪表放大器消除共模干扰等).
2. 理论分析和仿真时忽略的因素, 在实际的电路中可能产生很大的影响, 甚至是决定性的影响.
电路原理图只能反映元器件之间的连接情况, 是拓扑的; 而实际的电路是物理的. 这也是课本上讲的内容和实际的电路的最大差别. 举例来说,
任务要求攻城狮设计一个220V转5V的开关电源, OK, 很多半导体厂家都有用于隔离开关电源的控制器,
只要看数据手册里面给的参考设计, 根据计算更改几个反馈元件的量值, 是不是就可以了呢? 这样做出来的东西, 倒是大都可以工作;
但是也只是可以工作——事实上印制板布图的不同, 能够严重影响输出纹波的大小. 甚至在很多情况下(如进行射频设计时),
印制板的分布参数也会作为电路中的元件使用.
3. 模拟电路设计中充满着技术指标、功耗、成本等各种约束, 而这些约束往往不能同时满足, 甚至会互相冲突.
比如设计便携式心电图机时, 考虑到对功耗的严格限制和直接使用系统提供的电源的方便性, 会倾向于使用低压单电源供电;
而考虑到共模抑制比和动态范围的要求, 又会倾向于使用双电源供电. 在这些约束之间妥协和折衷并作出取舍,
贯穿整个设计的始终.
那么想要从事模拟电路设计, 需要做些什么呢? 下面是一个不完全的列表(详细内容待补充):
1. 通晓电路分析的方法, 掌握至少一种仿真软件的使用方法.
2. 掌握阅读元器件数据手册的方法.
3. 多动手实验.
4. 及时整理自己获得的结果, 尤其是负面结果.
5. 掌握设计电源的技能.
6. 了解热设计的内容.
7. 关于排故技能.
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李瑄Student @IC Design
强烈的兴趣将是你模拟电路学习之路的不灭动力。业余无线电?音频功放?仪器工具发烧友?…许多大师都是从小时候的业余爱好中,爱上模拟设计的。(比如说这个:Interview
with Bob Pease)
模拟电路设计 =
系统设计(精髓是反馈)
+电路分析(数学方法的图形化理解)
+有源/无源器件各种特性的利用(了解器件的各项实际特性)
具体到学习上:
1、U-I这类图解法的娴熟应用,结合各种器件的特性曲线,对电路的理解有极大帮助,促进直观理解。
2、叠加原理、戴维宁等效这些方法多去尝试使用。
(上面2条其实都需要一个良好的电路分析的基础)
3、不要记太多公式,注意合理近似和直观理解公式的意义。
4、模拟设计的精华——反馈,好好吃透,积累技巧,建议用纯晶体管制作AGC电路、稳压电源以便加深理解。
5、这是一门工程学科,需要大量的实践,以纠正自己理解上的偏颇。
强烈推荐:如果实验条件不足,推荐用 LTspice 仿真,小巧的免费软件,操作方便,爱不释手!
下载:Linear Technology
教程一:LTspice简介 和俺的仿真贴汇总 JLH1969 等等
LTwiki:LTwiki-Wiki for LTspice
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Kevin Chow汽车话题优秀回答者想去永暑岛高温试验
云里雾里,是因为教科书烂、老师烂。
面向本科生的教科书,什么是好的教科书和烂的教科书呢?
好的教科书——高中生也可以独立看懂。
烂的教科书——只有博士才能看懂。
好的老师、烂的老师各是什么样子呢?
好的老师——可以把一个复杂的专业理论讲得通俗易懂,让小学生都能听懂。
烂的老师——讲的东西,只有博士或水平与他相当的人才能听懂。
遗憾的是目前国内大学采用的教科书大多不够通俗易懂,大多数老师也并不关心“我有没有讲清楚?”
所以会出现听课听不懂,自学教科书看不懂的情况。
然后,怎么学好模拟电路?
个人的经验是读一些通俗易懂的专业书籍,遇到问题了再Google或询问老师。
入门推荐这本书:电子电气工程师必知必会(第3版)/阿什比 (Darren Ashby)-图书。
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知乎用户万类霜天竞自由
我个人的看法是,我们在初中高中学过的数理化,一直到大学学的微积分和大学物理,都是理科,模拟电路是上大学以来学生遇到的第一门工科课程,工科和理科的思想方法有很大区别,所以很多人都不太适应。一个好老师对于你学模拟电路是极其重要的。书上只给你讲原理,不给你讲思想方法。这时若是有老师的指导,必然是极好的。
首先建议你打听一下你们学校哪个老师讲模电讲的好,可以去蹭课。
如果身边没有讲得好的老师,我推荐你去网上找着华成英的模拟电路课程视频,她是清华版的模电教材的编者之一(另一个是童诗白),要是老师讲的太烂就看那个吧。
如果应付考试,清华版的模电教材足够了,如果楼主是有志青年,对于电路知识十分饥渴,那么推荐楼主再看看本问题下的其他回答。其中有些书并不适合应试,更适合工作中的应用;还有些书是进阶教材,初学者不应该看的。
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知乎用户人丑就该多读书。
怎样学好模拟电路,我觉得我的答案是时间。
做研究生毕设的时候,翻看本科的教材,会觉得当初觉得莫名其妙的概念和计算方法,现在看上去清晰而直白。但是想想看,这样的体会,也是被本科蹂躏了几年,研究生蹂躏了几年,做了几个project之后才有的体会。
所以现在不懂都不是问题,挑一本好书,抽时间好好读一读。拉扎维那本经典教材,当年也是读了不下20遍才慢慢理解贯通的。
PS.拉扎维的教材写的非常好,但是的确有点老了……
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杨瓜瓜爱御姐 爱萝莉 更爱只懂眨眼不会说话的小…
有这样的几本书非学好。。电子电路分析与设计(microelectronics circuit analysis and
design)共三册包括:半导体器件及其基本应用,模拟电子技术,数字电子技术。第二本书也即更深一步的学习可以看基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(design
wiht operational amplifiers and analog intergrated
circuits)。。。都是美国教材中的经典。。中国人看也很是舒服。。
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三极管的发明和用途
我还是那个观点,一定要站在发明者的角度来看问题,只有这样,一切问题才都能迎刃而解。因为模电的内容就是发明---使用---发现问题---改进---再发明—再使用的过程,是我们学习前人发明和使用的东西。
我们就以二极管和三极管为例,二极管是控制导线中电子的流动方向,而三极管是控制导线中流动电子的多少。这也是“电子技术”的根本。理论搞明白了实验就简单了。
下面主要是以三极管为例来说明导线中电流的控制,要想控制一根导线中的电流,首先要把这根导线断开,断开的两端我们分别叫做C端和E端(C和E实际上是输出回路),如果我们在C和E之间加个器件,这个器件能使电流从C端流进并能从E端流出来,同时这个电流又能被我们控制住,那么这个器件就成功了。
为了实现上述要求,接下来我们就在C-E之间放一个NPN(或PNP)结构的半导体,可是,现在的问题是,在这种情况下无论怎样在C和E之间加电源,C-E这根导线始终都不会有电流。我们又知道,电子流动的方向与人们定义电流的方向相反(这是因为当时人们以为电线里流过的是电流),所以,我们将中间半导体引出一个电极(B极),在B-E之间(实际上是加在发射结上,见PN结特性)加一个正向电压,这时发射区就会向基区发射电子从而形成E极流出的电流,但是,要想实现这个电流是从C端入、从E端出,则必须要把发射区发射的这些电子都收集到C极去,这样我们需要在C和E之间加正向电压,使集电结处于反向击穿状态,使电子能顺利收集到C极,这个收集电子的能力要比发射电子的能力强,它就像一个大口袋,你发射区发射多少我就收多少(这样就能理解三极管输出特性曲线了,当B极电流一定时,随着CE电压的增加,C极电流就不再增加了,因为B极电流一定时,发射区发射的电子数量就一定了,你收集的能力再强也要不到多余的电子了),这样,这个器件就成了,可以实现电流从C端到E端(因为当初我假设它们之间是被我断开的导线两端),最理想的是流进C端的电流就等于E端流出的电流,同时这个电流又被一个BE电压(或信号)控制,但是,三极管不是一个理想的器件,因为C端电流不等于E端电流,有一部分电流流过B极,我们尽量使C端电流等于E端电流,所以,这就是为什么在工艺上要使基区浓度要低而且还要薄,同时集电结的面积还要大的根本原因。
Uce电压的作用是收集电子的,它的大小不能决定Ic的大小,从三极管输出特性曲线可以看到,当Ib一定时(也就是Ube一定时),即使Uce增加,Ic就不变了,但是曲线有些上翘,其实这是半导体材料的问题。实际上,Ie是受从输入端看进去的发射结电压控制的(可以参见三极管高频小信号模型),加Uce电压的时候发射结已经处于导通了,它的影响不在发射结而在集电结,加Uce电压是为了让Ic基本等于Ie,所以说Ic受发射结电压控制,人们为了计算方便把这种控制折算成受Ib控制,就是因为说成这样,使得人们不太容易理解三极管工作的原理。
从输出回路受输入回路信号控制的角度来看,Ic不是由Ie控制的,但是,Ic其实是由Ie带来的,所以,也可以说Ic受Ie影响的,这也得受三极管制造工艺影响,如果拿两个背靠背二极管的话,怎么也不行。
尽管三极管不是一个理想器件,但是,它的发明已经是具有划时代意义了。由于它的B极还有少量电流,因为这个电流的存在意味着输入回路有耗能,如果我不耗能就能控制住你输出回路的电流,那这个便宜就大了,所以,后来人们发明了场效应管。其实,发明场效应管的思想也是与三极管一样的,就是为了用一个电压来控制导线中的电流,只是这回输入回路几乎不耗能了,同时,器件两端的电流相等了。
从使用者的角度(非设计者)来看看三极管的应用:
三极管的两个基本应用分别是“可控开关”和“信号的线性放大”。
可控开关:C和E之间相当于一个可控开关(当然。这个开关有一定的参数要求),当B-E之间没有加电压时,C-E之间截止(C-E之间断开);而当B-E之间电压加的很大,发射区发射的电子数量就多,C极和E极的电流就很大,如果输出回路中有负载时(注意,输出回路没有负载CE之间就不会饱和),由于输出回路的电源电压绝大部分都加到负载上了,CE之间的电压就会很小,CE之间就处于饱和状态,CE之间相当于短路。在饱和情况下,尽管C极电流比基极电流大,但是,C极电流与输入回路的电流(基极电流)不成β的比例关系。
从另一方面看饱和:从输出特性曲线可以看到,IB一定时VCE电压不用很大,那个输出特性曲线就弯曲变平了,这说明收集电子的电压VCE不用很大就行,其实不到1V就行,但是,实际上我们在输出回路都是加一个电压很大的电源,你再加大VCE也没有用,我们看到,IB一定时VCE增加后对IC的大小没有影响(理想情况),所以要想把发射的电子收集过去,VCE根本不用很大电压。
但是,通常情况下,我们会在输出回路加入一个负载,当负载两端电压小于电源电压时,电源电压的其它部分就加在CE两端,此时三极管处于线性放大状态。但是,负载两端电压的理论值大于电源电压时,则三极管就处于饱和状态,这种情况IC不用很大也行。
所以不要以为VCE一定很大三极管集电极才能收集到电子,可以看到收集电子的电压很小就行。对于饱和的问题来说,除了上一段文字中说到的电流很大引起饱和外,我们还可以从电压的角度来看,假设三极管\beta
=50,电源电压为12V,基极电流为40微安,则集电极电流就是2毫安,如果集电极接一个3K\Omega
电阻,则VCE=6V,而这个电阻换成30K\Omega
时,VCE趋于零了,这种情况下三极管也是饱和了,所以从电压角度来看,集电极电流不一定很大,在选择合适负载电阻的情况下,三极管也可以处于饱和状态,所以,饱和与负载有关,如果电源电压很大,那饱和时VCE就这么一点点电压而言那当然是微不足道的,所以,很多地方就将它约等于零了,但是并不能说它没有电子收集能力。
信号的线性放大:这种情况下,C极电流与B极电流成线性比例关系IC=βIB(BE之间电压要大于死区电压,同时,VCE不趋于零),而且,C极电流比B极电流大很多,前面已经知道,C极电流的大小受BE电压控制(人们为了分析问题方便,将这种控制关系说成是C极电流受B极电流控制,因为B极电流与Ube成比例)。实际上,马路上到处跑的汽车就是一个放大器,它是把驾驶员操作信号给放大了,它也是线性放大,是能量的放大,而多余的能量来自于燃烧的汽油。
模电这门课从三极管小信号模型开始的绝大多数内容都是讲小信号放大问题,共射极、共集电极、共基极的4个电路是基本,其它的是由他们组合而成的,它们的电路组成、电路交直流分析、电路性能分析是关键。
其它的就是功率放大的问题、模拟集成运算放大器内部结构设计问题、运放的应用、如何减少非线性失真和放大稳定问题(负反馈)、正弦波产生(正反馈)等等。
模电从细节和总体上把握。
模电的学习:
从使用者的角度来看,其实,模电这门课并不难,学生往往被书中提到的所谓少子、多子、飘移、扩散等次要问题所迷惑,没有抓住主要问题,有些问题是半导体材料本身存在缺陷导致的,人们为了克服这些缺陷而想出了各种解决办法,所以,模电中有许多是人们想出的技巧和主意。从三极管三个电极连接的都是金属的角度来看,金属中只有自由电子的定向流动才有电流,金属中哪有什么空穴之类的东西,如果把人们的视线停留在三极管的内部,那一定使人们不容易理解,如果你跳出来看问题,你就会理解科学家当时为什么要发明它,也会使你豁然开朗。但是,从设计者角度来看,需要考虑的问题就很多了,否则,你设计出来的器件性能就没有人家设计的好,当然也就没有市场了。如果谁能找到一种材料,而这种材料的性能比半导体特性还好,那么他一定会被全世界所敬仰。所以,学习模电的时候,一定要用工程思维来考虑问题,比如,为什么要发明它?它有什么用途?它可以解决什么问题?它有哪些不足?人们是如何改进的?等等。
再谈可控开关:
三极管要工作在饱和或截止状态,此时C和E之间相当于可控开关,B极加输入信号,为了防止三极管损坏,B极要接限流电阻,余下的问题就是,所控制的负载应接在C极还是E极?它的功率有多大?驱动电压多大?电流多大?你选的三极管能否胜任?不胜任怎么办?改用什么器件?低压和高压如何隔离?等等。
再谈信号的线性放大:
这种情况下,C极电流是B极电流的β倍,以三极管放大电路为例:
(1)直流工作点问题,为什么要有直流工作点?什么原因引起工作点不稳定?采取什么措施稳定直流工作点?
以NPN管子为例,共射、共基、共集电极三个电路的直流都是一个方向。无论三极管电路的哪种接法,它们的直流电流方向都是一样的,输入(发射结)加入微弱交流小信号后,只能使这些输出回路电流发生扰动,总体上不能改变这些电流的方向,但是,这个输出回路电流中有被输入交流信号影响的扰动信号,我们要的就是这个扰动的信号(输出交流信号),这个扰动的信号比输入信号大,这就是放大,也可以说,放大其实是输出回路电流受输入信号的控制。
如果直流工作点设置合理时,那个扰动信号就与输入交流小信号成比例关系,而且又比输入信号大,我们要的就是这个效果。
(2)交流信号放大问题,共射极、共集电极、共基极电路的作用、优点和缺点是什么?如何克服电路的非线性?为什么共射--共基电路能扩展频带?为什么共集电极放大电路要放在多级放大电路的最后一级?多级放大电路的输入级有什么要求?人们在集成电路中设计电流源的目的是什么?它的作用是什么?如何克服直接耦合带来的零点漂移?为什么要设计成深负反馈?其优点和问题是什么?深负反馈自激的原因是什么?什么是电路的结构性相移?什么是电路的附加相移?什么情况下电路输出信号与输入信号之间出现附加相移?等等。
(3)集成运算放大器,为了克服半导体器件的非线性问题(不同幅度信号的放大倍数不一样),人们有意制成了高增益的集成运算放大器,外接两个电阻就构成了同相或反向比例放大电路,这时整个电路的电压放大倍数就近似与半导体特性无关了(深负反馈条件下),放大倍数只与外接的两个电阻有关,而电阻材料的温度特性比半导体材料好,同时线性特性也改善了。在计算的时候注意运用“虚短”和“虚断”就行了,模电学到这里那就太简单了,所以,如果不考虑成本时谁还会用三极管分立元件组成的放大电路,还得调直流工作点。集成运算放大器的其它应用还很多,如有源滤波器、信号产生电路等。
负反馈自激振荡与正弦波产生电路的区别
负反馈自激振荡是由于某个未知频率信号在反馈环路中产生了额外的180度的附加相移,负反馈电路对这个频率信号来讲就变成了正反馈,同时,对这个频率信号的环路增益又大于1,这种情况下,负反馈电路就自激了(对其它频率信号,此电路还是负反馈)。而正弦波振荡电路是人们有意引入的正反馈,可以说对无数个频率信号都是正反馈,既然这样,环路中就不用有附加相移了,但是,这样的信号太多了,所以,人们需要在反馈环路中设计一个选频电路来选择某一个频率信号,当然,对被选取的信号来讲,这个选频电路就不需要有额外相移了。
以上大致总结了以上一些问题,仅供参考。
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郭国坤容济机电是华南理工大学自动化学院研究生…
以前读书时候模电和数电都学不好,其实主要问题是接触实际的电路少了,如果象出来社会这样靠近实物和实际电路,一边试验一边看书,这样就不是很难了,但是学校那种环境,目前很难达到这种条件,而且时间分配也是个问题,有那么多学科,所以大学还是学概念,出来后再继续补
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Passerby Cha他们总说我是傻逼。
其实我想说在遥远的西南边陲有个所大学里面有一个模拟电路老师名字叫李朝海,你以为我会告诉你他写的书很厉害?他教书很厉害?都不是,他最出名的是用心制作了一套模拟电路PPT,这个PPT可以说是精致不炫酷,浅显易懂,配合教材简直是如虎添翼。
我比较推荐吴援明,唐军版的模拟电路基础看看,比较实用。
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李一雷拉扎维差点把我的Prelim挂掉,从此一生黑
极少人第一次学这个不是云里雾里的,如果要应付考试多做题就好了,如果真的想做设计那还是赶紧找个项目做做,“永远是你懂得越多看书的收获才越多”
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马智恒践行极简生活主义
参加全国大学生电子竞赛,打通题主模电数电任督二脉。
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谢小懒燃机电厂
花时间!!!我们学校模电课程(清华大学华成英版六百多页)只有48个课时,一个课时45分钟。不过我估计大部分人和我一样也是自学的。自己开始学的时候感觉这玩意儿跳出已有的知识体系太多完全学不下去,后来自己在网上找来教学视频才慢慢一点点入门。推荐西安交通大学赵进全老师的模电公开课。赵老师讲课平实、严谨把课程一点点往前推进,但不会让人感觉枯燥。看完视频再认真看书把书中各种电路原理推演几遍,直到弄明白。(这个过程很花时间)
以上是个人学习经验。
Ps:赵老师是北方人有一点点口音,总喜欢说这个电路不错非常好啊!
课程下载链接:http://pan.baidu.com/s/1get2cl9
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陆永民电子系学生,逗比攻城狮
公选课无聊来回答。
首先你必须回答下面的几个问题:
1.你感兴趣吗? 2.你愿意动手吗?
如果以上有任意一项是否定的回答,那不必往下看了。
其实我最早开始对模电感兴趣,是从高中开始的,其实模电有一个很重要的特点,那就是动手,因为模电真的可以理论倒背如流,考试分数高得发指,但是实际上如果你并没有动过手做过,那真是没有什么用:
你可以把谐振电路计算背得滚瓜烂熟,可是就是做不出一个收音机来,因为很多东西跟理论完全不一样。
所以说模电强调一个“实践”的中心。那么从何开始你的实践呢?我给你讲讲过去的事情吧。
其实过去在90年代以前(姑且这么讲),那个物质缺乏的年代,中国很多学习电子的人,何尝不是从自己做收音机,自己做音响设备来起手学模电呢?只不过我们生活在一个幸福的时代里,我们不在需要自己动手了,我们可以花很少的钱,买到一些指标很高的东西,而过去的老前辈们却为了买一个三极管而节衣缩食的时候,那种动手制作获得成功的感受那是多么美好啊!
四十年前,那时候,中国电子工业不发达,生产的元器件数量少,价格高,甚至一批晶体管里面所有的晶体管参数都不一样。那时候不仅仅是要和理论做斗争,还要和性能不好的元器件作斗争,调试的麻烦程度比今天更高,所以实践丰富了,实践中积累的经验就非常多,学习模电理论的时候,就会相对容易了许多。
模电其实是一门动手动脑的科学,我是一个大三学生,我身边有好多同学,只是为了考试而学,模电什么经验都没有,哪怕简单的线头都不会做,焊接也不好,我觉得如果从零开始的话,可以走下面的路径:
1.简单的制作一些面向青少年的电路,比如简单的音频范围内的放大电路,中波收音机,这时候你不必太拘泥于懂得原理,而是倾向于知道怎么调,制作,如何焊接。
2.如果你通过第一步,发现你对这个东西很感兴趣,你会发现你自然而然的就会去了解其中的原理,兴趣是最好的老师,你会渐渐地积累起调试经验和一些基础的电路分析方法,这时候你还不能设计,但是你大概知道了一个电路的基本模块组成,比如收音机的高频和低频部分你已经能区分。
3.这时候你大概过了几个月,你就会发现仅仅学会这些调试已经不够了,你就会开始学习电路基础设计,这时候你会发现原来的书看懂了,原来艰深的公式,计算变得简直如此简单,你就更近了一步
这里说两点很重要的,选对书很重要,选对正确的书能决定你学的如何,国内的教材几乎都是相互抄袭的,有时候国外的书更好。第二,动手实践中要注意总结,而不是盲目地想玩什么焊接什么,也不是光制作就可以。
我再强调一遍,我觉得先动手比先学习理论比较重要,我似乎还没有看见过颠倒这两者还能学好这一门学科的,也正因为中国大学都颠倒了,于是大家只学会了数电类的单片机,嗯,是的。
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搬砖狗转行中
碰到自己的专业了,怒答!
首先,这个专业很难找工作==
模拟的坑实在是太少了。但是不耽误我们拿这个来锻炼头脑,数电相对好找,你再看看数电找工作就ok啦。
模拟电路是需要用一些诡异的思路,比如一开始,你会不知道为什么算式中可以各种省略,拿到一个电路也不知道该如何省略。这里其实很简单,R1||R2
当R1很大的时候,自然就不考虑它了,所以一般来说1/gm和Ro并联的时候我们忽略Ro的影响,以此类推,所有的非主要参数,我们都省略他!!
然后,简单的一个mos做的放大器(common drain, common source, common gate
amp),你需要理解静态工作点是什么。就是只有DC电压和电流的时候,你的mos的状态时什么样的,他的gm是多少,Ro是多少,gain是多少。因为我们要看他对小信号的作用,而小信号因为很小,对这些DC参数的影响我们忽略不计,这样我们就可以观察信号在静态工作的附近工作时的近似变化。
一个mos的放大器关过了以后,就是differential
amplifier,他的关键点就是对称,两边DC工作的完全一样,但是输入小信号完全相反,输出也相反,当我们测输出的时候,DC+ac-(DC-ac)=2ac,
DC就被cancel掉了,而且所有偶次项的 harmonic也被cancel掉了!我们输出的信号就更加的线性。
再之后就是opamp了,所谓巨大的gain,主要教学就两个topology,telescopic 和folded
cascode 其实分析起来和分析diff amp 差不多。这里面可能概念多些诸如PSRR,noise之类的要看懂。
上面是让人建立理解模电的基础,这些理解之后,PLL,delta sigma,ADC/DAC
就都出来了。祝你学的开心!工作什么的,呵呵。
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首先分析一下问题:
题主所谓的云里雾里的感觉可能是有两方面原因导致的,
1.模拟电路里的一些基本概念,基本原理,基本计算没搞明白。可能看着例题也能算出个答案,而且还是对的。但其中的原理自己说不清楚。知其所以然,而不知其然。这时会有一种迷茫的感觉。
2.另外一种情况是,每个知识点我都很清楚了,我会分析动静态工作点,会计算差模放大倍数,会画一个多级放大电路的波特图,甚至还能看出上限截至频率,我甚至可以在考试中取得高分。但是你要问我模电到底在讲什么,我还是说不上来。这是另一种云里雾里的状态。
然后我们来说解决途径:
——针对第一种情况,(如何学习模电呢?)题主需要自己找到自己的盲点,然后认真的阅读教材,看相关老师的视频请教同学问老师,或者在知乎上提出非常具体的问题,花费一番功夫搞明白。
——针对第二种情况,(如何学习模电呢?)这就是我要说的内容啦、
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话说模电这事要从麦克斯韦开天辟地讲起,“麦哥说,要有电磁波,于是就有了方程”。于是,我的天空,星星都亮了,整个世界一下子明朗了起来。所有的电磁问题都变成了解方程的问题。可是这个方程忒复杂了,不实用啊。于是现实中,当我们知道具体的情形下,用的就是各种删减版本。就好像我们解宏观低速的问题,我们会选择牛牛的三大定律,而不考虑小爱的相对论一样。
同样,世界这么复杂,不方便我们处理,于是这个世界被我们简化成了电阻,电感和电容等等基本元件。这就是你们的电路课要解决的问题,怎么把复杂的世界转变成各种器件,这也是学模电之前为什么要先学电路的原因。学完电路后,灯泡发光什么的,我们就可以解释了,而且还能用数学语言描述了呢。而这些数学公式就是麦哥的方程简化来的。据说没法用数学描述的科学不是真正的科学,所以欢迎来到科学的世界。
当我们认识了这个简单的世界后,我们就开始尝试着改造这个世界。我们去设计各种各样的电路来满足马斯洛提出的各种需求。而半导体器件正是是我们改造世界的利器。模电和数电正是以半导体工作在不同的区域为基础的。好,我们终于切入到主题,模电。
正如前面所说,模电和数电都是为了解决设计中产生的问题的,只是两者的方向不同,两者都以半导体器件为基础,所以几乎所有书籍都会首先讲讲各种半导体器件,这是基础啊,没有这个后面的都是无源之水啊。
模电的目的是设计出各种为我们所用的系统,而这些系统的构成需要有各种功能的模拟电路元件。包括振荡器,滤波器和电源等。这些器件怎么来的?还是我们用更基本的器件集成运放搭建的。运放其实就是个输入比较特别的放大器。那么我们的集成运放器件(放大器)怎么来的?好多好多的半导体器件组成的电路搭建的呗。然后你就比较容易理解为什么模电中的半导体器件都工作在放大区了。现在你看各种教材就会比较清楚了。当然,教材采用正叙的方式。介绍完半导体器件后,介绍由一个半导体器件构成的单级放大电路,然后是有多个半导体器件组成的多级放大电路,然后是把多级放大电路集成在一个芯片上构成运放。然后是由运放组成振荡电路、滤波电路。电源电路等各种实用电路。
你可能会说,你怎么没说反馈呢?我说过运放是输入端特别的放大器,之所以会有一正一负的输入端,我觉得一定是为了反馈而生,而且感觉没有反馈的运放简直就是不完整的运放呢。连他们都完整了,我还单着,真是让人悲伤呢!我可不可以在这里求个妹子呢。好吧扯远了。
OK,总结一下,我们现在讲到这里,整个模电要干的事都说清楚了,就像拼积木一般,越来越大,最后成为一个可以工作的实物。现在你可以自豪的说,给你足够多的半导体,你可以制作好多个洗衣机,电冰箱,饮水机...(家里不联网的电器都可以做呢,是不是很开森。想要做电脑,手机,Pad的请先认真学好数电,微机原理
,汇编语言,电子运算结构,各种计算机语言(Java,C等),计算机操作系统等)
作者:高町奈叶
链接:https://www.zhihu.com/question//answer/
来源:知乎
著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。
既然标签有量子物理了,就按QM的算子角度说吧。
QM当中归一化的困难以至于归一化成delta函数其实是把单位分解当做正交基的原因。
所谓单位分解是这样的一个构造,一个集合S中的代数记为R,H是Hilbert空间,E是一个从R到H上算子的映射,它满足
E(&)=0,E(R)=1
而且E是一个投影算子,不想交的R中集合的对应的E的值域互相正交,而且内积(x,Ey)是R上的一个测度。
换句话说,从R中集合到的映射是一个H值测度。
看起来这个定义没什么意义,但实际上,它是Hilbert空间正交基的自然推广,一个简单的例子,把这个测度(记为S)Lebesgue分解,就分解成了三个部分,计数测度(只有几个点的测度不为0),也就是点测度,对Lebesgue测度绝对连续的部分和奇异测度。
如果这个测度只有第一部分,那么显然地,因为单位分解的性质,S的支撑为S1 S2
Sn……那么当然地,对任意的Hilbert空间上元素x,E(Sn)x属于Hilbert空间,他们展开了x,这就是说他们是H上的正交基。
这里的点测度也就是所谓的Dirac函数,或者说Dirac测度。而正交基的归一化就是克罗内克符号。
现在看QM的情况,无论有界还是无界算子,只要是自伴的,利用它生成的交换算子代数上的Gelfand变换,很容易从Riesz表示定理得到谱分解
,比如,证明E是一个单位分解是极其简单的事情,但关键问题是,它的Lebesgue分解到底如何,比如说一个V在无穷远处发散的Hamilton算子H,只有离散谱,而氢原子,在R的正半轴为连续谱,负半轴就是巴尔末公式对应的离散能级。
永远记住,测度是可数可加的,也就是说,不可数个0加起来未必是0,典型的例子,上的任一元素可表为Fourier积分,但不是正交基,这是因为上面的单位分解在每一点y处的值是E(y)x,而因为(x,Ex)对Lebesgue测度绝对连续,点的测度E(y)是0,实质上它就是。
物理学家为了表示方便,取了测度对Lebesgue测度的RN导数,也就是,它没有必要属于H,而一般的正交基属于H是一个奇迹,因为对Dirac测度算RN导数没有什么大作用,对它进行归一化是极其有毛病的,但是如果真的要有毛病一点的话,把它们归一化,就是Dirac函数。
虽然经常有人说广义函数是为了量子力学而出现的,我想这是有问题的,因为测度的概念已经足够去表达dirac函数,而一定程度上,广义函数是为了对他们进行微分而出现的,比如点偶极子。
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