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模拟电路浅谈

2014-07-05 23:17 浏览:


模拟电路的“模拟”一词来自英文anologue。在必应词典上,Anonlog的词义是“形容词:模拟的;指针式的;名词:相似物;类似事情”。词义较为形象准确的描述了模拟的含义。模拟电路中,电信号的电压,电流值的变化模拟着现实世界的温度,压力,场强等物理量的值的变化。模拟一词表达了这些值是相似而不同的含义。数学上,模拟信号对应着以连续的时间为自变量,函数值域连续的电压或者电流的连续函数。


模拟电路环节是必须的,因为现实的宏观物理过程的时间和值都是连续的。一个电子系统,与物理世界直接接触的那一部分总是:获得关心的物理量对应的模拟信号作为系统输入,用合适的模拟电压或者电流推动电机运转,喇叭发声作为系统的输出。虽然我们生活在一个数字技术大行其道的时代,然而数字化的目标之一是尽早开始数字处理环节,与现实世界直接联系的模拟前端总是存在的。由于数字电路最底层仍然是模拟电路实现的,所以数字环节之间连接时,我们常常需要处理连续的电压、电流值等模拟问题。所以,在这个数字化占据眼球的时代,电子工程师仍然必须多多少少地知晓和处理模拟电路问题。


模拟电路电信号的变换是器件的电物理过程,其速度接近于光速。电路中,模拟现象发生的延迟被认为是零。时间只在电容电感这样的器件上有意义。如果忽略分布电容,模拟计算的速度将是无穷大。考虑特定工艺下器件的分布电容,模拟器件会有一个最高工作频率。由于数字电路是由模拟电路组成的,相同的工艺下,这个频率总是比数字电路的时钟频率高很多。在射频环节,使用模拟电路才能经济地完成变频、滤波等信号处理。模拟电路在信号处理方面的主要问题是,模拟电路会不可逆的累积误差。考虑白纸上的一条曲线,几个人依次照样子“模拟”描绘,最后得到的结果必然与原始的样子大不相同。模拟电路同样面临着这样一个问题,经过很多环节之后,模拟信号发生很大的失真。


模拟电路课程在大学里落了一个很难的名声,令很多人望而生畏。深入理解模拟电路需要综合应用高等数学、复变函数、积分变换、电路理论、信号与系统这些基础知识,而模拟电路课程者常常开设在大二或者大三,学生这时候往往没有全面学懂这些必要的基础知识,深入理解自然是一件很困难的事情。最后,很多人是临时突击背老师勾的考点,一知半解地过了关。这种过关的结果是,学生虽然考试过关,但是并没有形成系统的模拟电路概念,常用的基本知识未能突出了解,导致处理简单基本的模拟连接问题都出现困难。


在电子设备的硬件工作中,模拟电路课本中20%的基本知识足以对付80%的模拟电路问题。这些基本知识包括,有源无源二端口网络的输入输出特性、二极管、三极管的器件特性和基本应用电路。另外20%的问题,则需要在特定的方面(如锁相环、调制等)的深入理解。对于需要快速建立的应用,如创意原型、兴趣制作等,必须将关心的模拟电路问题限制在基本范围之内,能够将各子模块正确连接起来即可,复杂的模拟问题则应限制在现成的子模块内部。