什么是模电和数电?自学模电数电几乎不可能

圈圈圆圆圈圈 2023-12-07
2904 字丨阅读本文需 7 分钟

目前,数电与模电综合一体化平台的建设在技术层面存在一定不足,只有完整、全面改进技术层面的问题,才可以为模电与数电一体化平台的全面优化应用提供有利支持。

什么是模电和数电?

模拟电路主要处理模拟信号,如果输入信号有一个微小的变化,输出信号必有一个与之相对应的变化。目前模拟电路中最重要的器件,则非半导体器件莫属。最基本和常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应管和运算放大器。

模拟电路的特点:

①处理模拟信号,模拟信号即在时间和幅值上均连续的信号。在一个信号周期内,模拟电路的电流和电压保持持续变化。

②电路中元器件的动作方式为线性变化,如放大器。

③模拟电路是电子技术的基础,应用十分广泛。手机等电子产品的无线收发模块都是模拟电路。自然界中的物理量均为连续量,连续信号的处理离不开模拟电路。

④输出信号随输入信号的微小变化而变化。

数字电路主要处理数字信号,它的变化只有高、低电平两个状态,如果输入信号发生一个微笑的变化,输出信号一般不会立即发生变化,需要累积到一定值输出端才会发生变化。

数字电路的特点:

①处理数字信号,数字信号即在时间和幅值上均离散的信号。在一个信号周期内,数字电路的电流和电压呈现脉冲变化。

②数字电路可对数字信号进行算数运算及逻辑运算。基本逻辑运算有与或非三种,复合逻辑运算有常用的与非、或非、与或非、异或等等。因此,它具有逻辑推理和逻辑判断的能力。

③数字信号只有0、1两种状态,可用晶体管的饱和和截止分别表示,意味着其输出量不随输入量的微小变化而变化,需累积到一定程度才发生变化,由此可以看出,数字电路实现简单,系统可靠,不易受外界的影响而变化。

④数字电路的突出优点之一是集成度高,功耗低,速度快。用数字集成电路不仅缩小了体积,提高了生产技术,更推动了数字电路的发展。

模拟电路与数字电路的区别

简单的来说,模拟电路和数字电路中信号的表达方式不同。自然界中许多物理量,如温度、压力等为连续变化,处理此种信号的电路为模拟电路。也有一种物理量,在时间和幅值上均不连续,处理此种信号的电路为数字电路。一个简单的例子帮助我们理解,如对光照强度的感受,模拟电路可直接处理信号,输出随光照强度变化而变化,数字电路则将此信号经过抽样、量化等一系列工作转化为数字信号方可处理。由此总结区别如下:

1.工作的信号不同。模拟电路处理的是模拟信号,一般都具有连续变化的特点;数字电路则处理的是数字信号,它的变化总发生在离散的瞬间,数字信号通常用脉冲的有无来表示,有脉冲为“1”——高电平,无脉冲则为“0”——低电平。

2.电路的作用不同。模拟电路是通过放大器等元器件实现模拟信号的比例放大,其要求输出信号尽量不失真;数字电路处理0、1两种电平的信号,实现输入输出的数字量之间一定的逻辑关系。

3.分析方法不同。模拟电路通常采用图解法和微变等效电路法,如负反馈放大器的框图分析法,即把放大器分解成基本放大电路和反馈网络两部分;数字电路的主要分析方法在组合逻辑电路中有逻辑关系式,真值表等,在时序逻辑电路中有状态转换真值表,状态转换图,卡诺图等。

4.电流和电压的变化方式不同。模拟电路中,电流和电压是呈持续变化的;数字电路中,电流和电压是呈脉冲变化的。

5.三極管的工作状态不同。模拟电路中其作用是放大,这就意味着工作在放大区;数字电路中其相当于开关,这就意味着工作在截止区和饱和区,即“0”、“1”状态。

模拟电路与数字电路的联系

从我们可以直接看的到的层面上来说,模拟电路和数字电路的最直接联系就是它们同属于电子电路,只不过处理的信号不同罢了。对接触过数电和模电的我们都清楚,数电是建立在模电的基础之上,换句话来说,数字电路从根本上来说都是模拟电路。模拟电路处理模拟信号,数字电路处理数字信号,但自然界中多为模拟量,所以数字信号通常由模拟信号获得,它是将模拟信号抽样后数字化得到的。模拟电路和数字电路的诸多联系总结如下:

1.它们的基本元器件大都相同,无论是模拟电路,还是数字电路,都是已三极管为基础,不断增加其他功能以实现复杂化。

2.数字电路是在模拟电路的基础上发展而来,数字电路处理的数字信号也是由模拟信号经过采样、保持、量化、编码而来。

3.把模拟信号转换为数字信号的转换器称为A/D转换器,把数字信号转换为模拟信号的转换器称为D/A转换器。如果想要用数字电路处理模拟信号,那么在系统中置入A/D转换器再输入信号就可以了,反之,需要在系统中置入D/A转换器。举例来讲,在自动控制系统中,被控制量,如温度、压力等均为连续量,经A/D转换器转换为数字量即可用数字电路进行处理。

自学模电数电几乎不可能,为什么这么说?

学习模电难的四大原因

原因一:对抽象能力要求高

半导体技术与高中时学的基本电学知识有明显区别,基本电学知识有些电学的量是很明确的,有就是有,没有就是没有,但是半导体电子学有些电学量在不同电路中有时要考虑,有时又不需要考虑,比如三极管的结电容,高频电路中不能轻易忽略,但是低频电路中就可以忽略。

比如分析三极管放大电路中常用到的直流等效电路和交流等效电路,分析运放电路中用到的虚短和虚断的概念等等,都需要有比较强的抽象思维能力才能理解。

原因二:缺乏工程思想

模拟电子技术中经常会遇到哪个量远远大于另一个量,或者电流电压值近似相等这种描述,还有一些典型电路中电阻的取值也经常出现经验值的情况,对于刚开始学习模拟电子技术的小伙伴们可能感觉有点晕菜,不知道哪种情况可以近似,哪种情况不能近似,对于经验值则更是不知道怎么取值了。

比如要用12伏的稳压二极管对输出12伏的直流电压进行稳压,输入电压是15,18或24伏都可以,但哪个更合理呢?

由于半导体器件参数的分散,存在大的偏差,并且诸如电阻器和电容器的部件通常具有大于±5%的误差,并且一些甚至更大。因此,盲目追求严谨的计算意义不大。因此,应特别注意近似计算的训练和处理工程问题的方法。要理论联系实际,加强电子技术实践能力和实验研究能力并培养工程思想。

对于这种情况,其实大家可以通过仿真软件分析和实际焊接电路进行测试分析,来不断积累经验。要把模拟电子电路学好,多想多动手是非常重要的。

原因三:缺乏系统的学习

现在大家通过网络获取信息非常方便,网络上关于模拟电子技术的知识也很多,但是好多内容都是抄来抄去的,对于新人真正要问的一些问题却避而不谈,导致一些不易理解的内容讲解的却很少,甚至根本没有讲解。

这样接受零散的知识,不便系统学习,自然学着学着也不知道那些会了那些没学会。

其次,许多问题没有深入思考,有些问题估计有些工作多年的工程师都没细想过,只是大家都这么用,就照着做罢了,而其实对这些基本问题的深入理解恰恰能反映出一名电子设计工程师的水平,当自己对一个知识点的掌握透彻时,自然对这门学科的理解也提高到一个新的层次。

原因四:知识系统庞大

模拟电路是一门非常复杂的学科,涉及的知识远不止上面所提的那些。通过课本的学习还远远不够,因为书上都是按照工作原理大致介绍,简化了很多难以理解但实际中必须考虑的问题,因此实际电路和书上的差距非常之大。比如模电书中用运放搭建的三角波发生器,用于实际电路十有八九不能工作。

不过实际电路的主要原理和书中描述是一致的。因此设计模拟电路往往需要大量的经验,有很多东西甚至难以解释无法计算得出。只有学习好理论基础的前提下,多动手实践,培养自己的工程思维才能把模电攻克。

也有网友认为:数字电路简单,看看视频,看看书,做做题完全可以自学。模拟电路要相对难,而且不同档次的院校可能标准也不一样,。比方三极管模型,可能不同学校不同的教材就不一样。但是即便是要求低,想自学也是挺困难的。但太多人都说自学模电数电实在太难了,如果真想学好它,最好是选个靠谱的学习机构报名后系统学习下,当然光有理论还不够,最好是多实操。

文章来源: 电巢、卷宗

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