知道各位学业繁重,赶紧进入正题:
我念大学的时候,也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。
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?
如果题主想做的是模拟IC设计,你还需要学习以下科目:
其中,模拟IC设计包括:
希望回答能让题主满意,或者帮助更多的年轻EE们。
以上回答是针对模拟集成电路设计的,下面这位知乎用户Tariel重点关注针对信号链设计:
(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.)
首先跟大家灌点儿心灵鸡汤: 怎样不去学模拟电路.
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...
喝完了心灵鸡汤, 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:
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):
以上两位还不够么,再来一个,这位知乎用户李瑄给你推荐了一个很好用的免费小软件: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。
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!
【素材整理于知乎,感谢作者:Yike,Tariel,李瑄,仅为学习交流,版权归作者所有 】