三大前輩教你怎樣學好模擬電路

剛開始學習模擬電路？覺得學的雲里霧裡的？覺得老師講的不好？覺得教材爛？好了，別找理由了，學不好應該是沒找到方法，分享3位前輩的經驗給你，看看前輩們都是怎麼成菜鳥變成大牛的。

第一位，資深模擬ic設計工程師，知乎用戶Yike，本著強大的責任感來為大家傳道授業解惑，讓各位看到這篇文字的人學模電的時候少走彎路，有更多的時間踢球把妹聊天喝酒……

知道各位學業繁重，趕緊進入正題：

我念大學的時候，也覺得模擬電路這門課，學得稀里糊塗的。

特別是在玩過一把CS以後，這種感覺更加明顯。

這裡先要肯定題主是一個有上進心的好孩子。想把模電學好。

我當年感覺到雲里霧裡的時候，根本沒想過要學好模電。我做的事情，就是跟班裡學習好的同學搞好關係。這樣等到期末的時候，我就能順利地借到筆記，高分就很簡單了。

所以談到這裡，首先第一步是要明確：什麼樣才算」學好「模擬電路。

如果你的訴求是期末拿到高分而已，那麼您不用往下看了。出門往右電子科技書屋有歷年的考題和課件。平日里該幹嘛幹嘛。拿星爺的台詞說，妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。

如果分數不說明問題。那麼怎樣才算學好模擬電路呢？

問一下自己一個問題：我學模擬電路可以做什麼？

為了設計一個增益為5的放大器嗎？

很多年以後，我回顧我自己大學那段時光，終於搞清楚我為什麼老是覺得沒有學好模擬電路了。答案其實很簡單。我感覺自己學了好多東西，但不知道這些東西學來幹什麼。

不知道各位覺得模電奇奇怪怪的朋友，是不是有類似的感覺。

模擬電路學來幹什麼？

我想回答一下這個問題。這是一個重要的問題。很多人有疑問，現在是一個數字時代，我為什麼要學模擬電路。zhihu裡面還有一個問題是「模擬電路設計師會不會消失掉」

答案是：不會的。

只要我們還需要跟真實的世界接觸，那麼我們不可避免地就會需要模擬電路，因此就需要可愛的模擬電路設計師們。

打一個比方。就拿CPU來說好了。CPU處理的都是數字信號。但是它沒有辦法用數字電路來監控自己的溫度。這個介面永遠會是一個模擬介面。

CPU需要的工作電壓要求很精準。比方說，就是1V。各位想一想，這個1V怎麼實現呢？用數字電路時沒有辦法實現的。

你在你的手機屏幕上划了一下，你的手機怎麼能知道你划了一下呢？

重力感應怎麼實現呢？

你離不開模擬電路。模擬電路就好像是你的眼睛，耳朵，還有嘴巴，鼻子，手腳一樣。數字電路就好比你的大腦。只要未來的世界不會發展成直接在大腦上接兩根線，需要的時候打點兒多巴胺進去，這個世界就需要模擬電路來完成虛擬世界和真實世界的介面。

現在可以說說看，我們是怎麼完成這個介面的。

現在假設我們要坐一個電路來sense你手機電池的溫度，以免它越來越高，最後在你正在跟妹子聊天的時候爆了。毀容是小，還得花錢重新買一個手機。

負責外圍應用的工程師很貼心地給了你一個熱敏電阻。電阻的阻值會隨著溫度的上升而不斷減小。他希望你能做一件事兒，就是當溫度高過一定值的時候，給一個幅度為3V的數字信號出來，讓系統能關掉電池。

我們需要什麼東西呢？首先我們需要一個電源。沒有電源，什麼東西都沒辦法工作。

電源需要怎麼做呢？直接從電池來拿電或許是個好方法，可是輸出電壓的幅度有限制，怎麼辦呢？

有了，做一個local的3V電源吧。電源的要求是什麼？內阻越低越好。什麼樣的電路能夠給出一個低的輸出內阻呢？電壓-電壓反饋運放。

所以第一個需要的block是一個運放。

（題外話：在分立器件的時代，我們可以買一個運放。

如果題主想做的是晶元級的設計，那麼我們需要選取合適的器件，把這個運放做在晶元上面。）

好吧，運放是有了，可是沒有基準電壓，運放怎麼才能輸出一個恰好3V的電壓呢？

第二個需要的block是一個基準電壓源。

（在分立器件時代，我們可以買一個基準電壓源，題主如果想做晶元級的設計，那麼我們需要在晶元上面做一個基準電壓。目前幾乎所有的基準電壓，都是依靠硅本身的能帶來實現的。所以叫做帶隙基準。約為1、2V。實現帶隙基準的過程，不會是開環實現的，是閉環的過程。需要經行環路分析，穩定性分析，失配分析。）

現在，你把1、2V的電壓源得到了，然後做了一個1、2：1、8阻值的電阻作為反饋電阻，使用運放得到了一個3V的電源電壓。你使用環路穩定性分析方法分析知道環路是穩定的。算一算電路的輸出電阻，知道大概這個電路有多少電流輸出能力，能帶多少負載。還不錯，你覺得。虛短路虛斷路的分析方法挺靠譜的。

緊接著就是真正有用的部分了。你需要一個比較器，來把熱敏電阻與非熱敏電阻的分壓與一個基準電壓進行比較。那麼就用一個比較器吧。

（分立器件時代，你可以買一個比較器，想在單片上做完，那麼就自己設計一個比較器吧。自己設計的比較器往往不那麼理想。沒有全電壓輸出範圍，也沒有全電壓輸出範圍。增益也可能只有60個dB。但是你一看參數要求，夠啦，60dB就60dB吧，總比沒有好。）

好了。你完成了設計。

以上只是舉了一個簡單例子。實際遇到的模擬電路系統遠比這個小系統複雜的多。市場的要求也越來越變態。誰叫有那麼多聰明的人在設計模擬電路呢。

所以設計模擬電路的人，都在嘔心瀝血。窮其心智去滿足各種不合理的要求，達到許多不合理的標準。

不過對題主來說，這些都是後話了。

題主假如希望做模擬設計這方面的工作，那麼按照上面所寫的這個小小的例子，可以看出來有多少科目需要學么？

1、電路分析

2、模擬電路設計基礎

3、信號與系統

4、反饋理論/補償理論

如果題主想做的是模擬IC設計，你還需要學習以下科目：

1、半導體工藝技術

2、半導體器件原理

3、概率統計知識

4、模擬IC設計。

其中，模擬IC設計包括：

1、小信號分析

2、放大器的線性建模

3、基準設計

4、ESD保護

5、版圖設計

6、寄生效應

6、失效分析

7、雜訊

8、振蕩器

9、太TM多的省略號

希望回答能讓題主滿意，或者幫助更多的年輕EE們。

以上回答是針對模擬集成電路設計的，下面這位知乎用戶Tariel重點關注針對信號鏈設計：

(下面的內容主要針對信號鏈設計，即已知應用需求，在與現實世界的介面(感測器/執行器)、信號調理電路/執行器驅動電路、ADC、數字域器件之間分配指標，並對模擬部分進行設計的過程。)

首先跟大家灌點兒心靈***:怎樣不去學模擬電路。

1、有經濟壓力的不要去學模擬電路，尤其是有在京滬穗等一線城市還房貸壓力的。雖然模擬電路聽起來很高洋上，被大家認為是黑科技，但是這一行市場實在過小，分得也太細，指望它賺錢，隨機性太大；而且在這一行里，頻繁跳槽其實對水平的提高不利。所以如果有經濟壓力，請考慮儘早轉向目前風險最低的勞動致富方法——當碼農。當然如果能承擔得起創業風險，參與到目前很火的智能硬體行業里去也是不錯的。

2、沒興趣的不要去學模擬電路。搞模擬電路需要大量的時間和持續的心情，如果對這項工作沒有興趣，並且也自我感覺培養不出興趣的話，也是儘早改行為佳，因為如果沒有興趣，不去思考，腦袋裡面留下的東西只會越來越蕪雜，對工作的提高並無幫助。

3、不會動手，或者不想動手的不要去學模擬電路。搞數字電路的時候，設計工程師可以只畫原理圖，把下游的東西(布局布線乃至工藝上的事情)都扔給別人，但是搞模擬電路要求設計工程師必須親自動手搭建原型、診斷故障，大部分情況下只靠模擬是不夠的。所以如果不知道烙鐵拿哪頭，或者怕拿烙鐵，或者不屑於拿烙鐵，請儘早改行；如果焊出來的東西跟豆腐渣一樣的話，在排除烙鐵故障和使用了劣質焊錫的情況之後，也請儘早改行。

4、腦袋不好使，邏輯能力不夠的；或者腦袋有跑偏傾向的，不要去學模擬電路。當然如果腦袋不好使，那麼不光模擬電路，數字電路也搞不好，寫碼也寫不好，其他工程技術工作應該也干不好，還是趁早別當工程師了比較好。至於腦袋有沒有跑偏傾向，可以用@ChrisXia的語言學民科偏見大全來自測——因為語言是大家從小每天接觸的東西，你在"自發的語言研究"上腦子跑得越偏，進入專業領域之後腦子跑偏的傾向也越大。如果看了剛才那個膝蓋中箭數過多，並且看完之後還堅持自己的偏見，那麼可以考慮先吃點被門夾過的核桃補補腦。

5、有把工作台收拾得特別整潔的癖好的，不適合搞模擬電路。這一點不展開說了，貼一張圖(JimWilliams主編的書AnalogCircuitDesign:Art，ScienceandPersonalities的封面):

如果面對這樣的工作台有不適感，那麼也趁早改行為好。當然跟前面幾點相比，這一點是比較容易克服的。。。

喝完了心靈***，大家活著的還有多少?恭喜活著看到了這兒的同學，我是不是可以認為你們已經有了學好模擬電路，並以此作為愛好或職業的覺悟?那麼我們就回到正題——怎樣學好模擬電路。

不完全地總結一下，模擬電路設計大概有這麼幾個不同於其他工程設計領域，尤其是不同於數字電路設計的特點:

1、模擬電路處理的量來自現實世界，因此模擬電路的輸入中，既包含與設計相關的信號，也包含與設計不相關的信號。比如設計一個心電圖機，電極採集進來的除了需要處理的心電信號本身，還包含電極的極化電位(直流)，從電源感應來的50Hz干擾等等，而這些不相關的信號往往要比需要處理的信號強很多。因此，攻城獅需要分析信號的特點(如心電信號、極化電位、50Hz干擾所佔的頻率範圍不同；50Hz干擾屬於共模信號，而心電信號屬於差分信號等)，並設計相應的電路，來提取出需要處理的信號，抑制與設計不相關的信號(比如設計合適的濾波器濾除帶外干擾，用差分輸入的儀錶放大器消除共模干擾等)。

2、理論分析和模擬時忽略的因素，在實際的電路中可能產生很大的影響，甚至是決定性的影響。電路原理圖只能反映元器件之間的連接情況，是拓撲的；而實際的電路是物理的。這也是課本上講的內容和實際的電路的最大差別。舉例來說，任務要求攻城獅設計一個220V轉5V的開關電源，OK，很多半導體廠家都有用於隔離開關電源的控制器，只要看數據手冊裡面給的參考設計，根據計算更改幾個反饋元件的量值，是不是就可以了呢?這樣做出來的東西，倒是大都可以工作；但是也只是可以工作——事實上印製板布圖的不同，能夠嚴重影響輸出紋波的大小。甚至在很多情況下(如進行射頻設計時)，印製板的分布參數也會作為電路中的元件使用。

3、模擬電路設計中充滿著技術指標、功耗、成本等各種約束，而這些約束往往不能同時滿足，甚至會互相衝突。比如設計攜帶型心電圖機時，考慮到對功耗的嚴格限制和直接使用系統提供的電源的方便性，會傾向於使用低壓單電源供電；而考慮到共模抑制比和動態範圍的要求，又會傾向於使用雙電源供電。在這些約束之間妥協和折衷並作出取捨，貫穿整個設計的始終。

那麼想要從事模擬電路設計，需要做些什麼呢?下面是一個不完全的列表(詳細內容待補充):

1、通曉電路分析的方法，掌握至少一種模擬軟體的使用方法。

2、掌握閱讀元器件數據手冊的方法。

3、多動手實驗。

4、及時整理自己獲得的結果，尤其是負面結果。

5、掌握設計電源的技能。

6、了解熱設計的內容。

7、關於排故技能。

以上兩位還不夠么，再來一個，這位知乎用戶李瑄給你推薦了一個很好用的免費小軟體：強烈的興趣將是你模擬電路學習之路的不滅動力。業餘無線電？音頻功放？儀器工具發燒友？…許多大師都是從小時候的業餘愛好中，愛上模擬設計的。

模擬電路設計=系統設計（精髓是反饋）+電路分析（數學方法的圖形化理解）+有源/無源器件各種特性的利用（了解器件的各項實際特性）

具體到學習上：

1、U-I這類圖解法的嫻熟應用，結合各種器件的特性曲線，對電路的理解有極大幫助，促進直觀理解。

2、疊加原理、戴維寧等效這些方法多去嘗試使用。

（上面2條其實都需要一個良好的電路分析的基礎）

3、不要記太多公式，注意合理近似和直觀理解公式的意義。

4、模擬設計的精華——反饋，好好吃透，積累技巧，建議用純晶體管製作AGC電路、穩壓電源以便加深理解。

5、這是一門工程學科，需要大量的實踐，以糾正自己理解上的偏頗。

強烈推薦：如果實驗條件不足，推薦用LTspice模擬，小巧的免費軟體，操作方便，愛不釋手！

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