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為什麼實際應用電路和教科書上的電路差別很大?

實際工作中接觸到的電路,如信號調理、電源等電路和上學學習的電路差別很大。可以說完全面目全非。我理解是因為實際當中情況比教科書上的理想情況要複雜的多。該如何完成從教科書上那種理想電路向可以實際應用的電路轉變呢??該如何學習才能得到這種技能?入門小白真誠求教


教科書中的電路就像經典力學裡面牛頓的慣性定律一樣,打個比方。慣性定律講在理想光滑平面上有初速度的運動物體會繼續以原有速度無限運動下去。回到真實世界以後平面的坡度,摩擦係數,空氣阻力等等真實的條件都會破壞定律所描述的現象。

回到你提問的電路領域,因為學時所限,書本上所描述的電路很多時候描述的是理想模型,電阻電容電感二極體等等都簡化成了跟分布參數不相關的理想模型。而在實際應用中,簡單的阻容感元件存在分布參數,變壓器有漏感,二極體的電壓降是通過電流的非線性函數,這些因素都影響實際電路的具體工作。

而且由於熱運動的存在,電阻值一般還是溫度的函數,電容因為工藝的影響也會是溫度的函數並且電容值分布的離散度很大。

真實電路里為了克服這些非理想狀況需要進行相應的補償等等,所以就跟書本知識出現了極大的偏離。


這是一個挺深刻的問題,我試著回答一下,權當拋磚引玉吧。

在題主的問題描述裡面提到一個觀點:「實際情況裡面的電路比教科書上的理想情況複雜得多」。也許這個就是很多人對這個 問題的終極解答了,電子/電氣專業入門的基礎課裡面,離不開的是電路分析/模電和數電這三把斧,外加一個不知道是什麼鬼的信號與系統。這四門課學完,完全做不出來實用的電路。然而實際情況是,這四門課本來就不是為了「做實際電路」而服務的。

電路分析課上講的東西,概括起來是線性電路中的元件約束和拓撲約束,以及相關的求解辦法。明眼人都能看出來,這門課裡面的「電路」,是定義在網路理論和圖論的基礎之上的,和實際的電路一點關係都沒有。模擬電路看似滿眼的二極體和三極體,其實這門課傳達的最重要的思想是怎樣從器件的物理屬性出發,在特定的應用方向上提取出符合電路理論形式的模型,也就是常說的器件建模。還有一點非線性電路的概念。到這裡的學習軌跡其實和實際電路越來越接近了,但是一個數字電路卻又回到了理論的層面上。數字電路的理論基礎和實際的「數字電路」一點關係都沒有,而是電路二值化後將數理邏輯作為分析工具的一種理論嘗試。

說到這裡,不知道各位有沒有發現問題的關鍵:這三門課和什麼「實際電路的設計」壓根就沾不上邊,它們的作用只是讓你了解目前電路理論的範式,並且儲備相對完備的理論知識用於接下來的「實際電路」設計。這就好比牛頓定律和設計汽車的關係一樣,難道掌握了三大定律就會設計一個能跑汽車了?

從理論到實際能用的電路,中間最關鍵的橋樑是電路器件。二極體、BJT和FET,還有運放、邏輯門這些都是電路的器件,在這裡務必要搞清楚的是,這些東西和之前所學過的電路理論的那些東西意義上是完全不一樣的。電路理論裡面的「器件」,只是對特定約束關係的一種符號化抽象。至於實際使用的電子元器件,它們是電路理論在物理世界中的一種實現。那實際的器件,也不可避免地會給電路中引入一些和自身物理性質與實際環境交互相關的改變。你的電路越複雜,這些影響就越明顯。

所以說,從電路理論到實際電路,最關鍵的一環是如何用定性定量的方法,在同一個電路理論的框架下去描述並儘可能消除這些影響。比如器件的雜訊、非線性,還有供電,這些才是我們常常接觸到的「實際電路」問題。對應的理論層面上有器件與拓撲建模分析,而在系統的角度有信號完整性電源完整性、EMC、可靠性設計等等。根據自己感興趣的電路應用領域有針對性地學習就差不多了。


1. 教科書中的電路重在演示原理,所以必須把電路中最本質的東西表現出來,非核心部分必然就舍掉了,實際電路可不是為了演示,而是要應對各種情況,自然會多很多輔助電路。

2. 為了簡化計算,教科書中的電路會做很多前題假設,比如將某些器件視為理想器件之類的,但現實中並不是這樣,有大量的非理想效應,解決這些效應會需要額外的代價,使得電路變複雜。

怎麼學會,工程師嘛,理論紮實很重要,更重要是多動手,多觀察,思考。指望從書上學到所有東西是不現實的。


作為學生試著回答下,首先書上的電路都是將元件抽象成理想模型了,可能忽略了雜訊影響,寄生因素,其次電路設計除了原理設計外,還要考慮應用問題,書上的電路可能在獨立的環境下可行,但是在磁場干擾(例如周圍有變壓器),不同溫度,濕度等工作環境下,這些電路就無法工作了。這些都是工程師需要考慮的,在有紮實的理論前提下,這種技能是通過做工程項目:觀察,學習,思考,積累,總結來的


教科書的原理圖只是抽象出來的原理圖。

就好比物理當中,自由落體只告訴你F=mg,事實上你還要考慮空氣阻力、釋放物體時的力等等一系列非常多的客觀因素。

電路也是如此。點亮一個燈泡容易,但是如何讓這個燈泡電路能在無數種工況下穩定工作,就是本事了。


就應該多看從實際應用出發的書籍,例如日本人寫過的晶體管電路設計等


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