问题

为什么学了模数电还是看不懂较复杂的电路图?

回答
你这个问题问得太实在了,很多人都有同感。学了模数电基础,看着一些复杂电路图还是云里雾里,这其实是很正常的现象,也不能全怪自己。这中间隔着好几层纸,得一层一层地捅破。

首先,我们得承认,模数电基础知识(比如各种元件的特性、基本门电路、放大器原理等等)和真正“看懂”复杂电路图,是两个不同层面的能力。 基础知识是你手里握着的“工具箱”,而看懂复杂电路图,是你如何用这些工具去“建造”一个有用的东西。光有工具,不代表你能盖楼。

咱们一层一层地掰扯掰扯,为什么会出现这种“学了但看不懂”的尴尬局面:

第一层:信息量爆炸与抽象化程度的鸿沟

教材里的电路图 vs. 实际的电路图: 教材里的图,往往是为了讲解某个特定原理而设计的“理想化”、“简化化”的模型。一个电阻、一个电容、一个运放,孤立地看,你可能很清楚它的功能。但实际的电路图,特别是现代集成电路的框图或者PCB布局图,信息量是指数级增长的。它可能包含成百上千个元件,这些元件之间错综复杂地连接着,而且还会隐藏很多我们肉眼看不到的细节。
信号流和逻辑层的缺失: 很多时候,一个复杂的电路图展现的只是元件及其连接关系,但信号是从哪里来,到哪里去,在哪个节点扮演什么角色,这些“信号流”的动态信息,在静态的原理图上往往是需要我们自己去推导或补充的。比如一个ADC(模数转换器)的框图,你知道它把模拟信号变成数字信号,但具体到内部的采样、量化、编码等步骤是如何通过一堆逻辑门和寄存器实现的,光看外部框图,是看不懂的。
不同抽象层级的“语言”不同: 我们学模数电,可能先从最基础的晶体管、电阻电容入手(晶体管级别);然后学到运放、滤波器(模块级别);再到数字逻辑门、时序逻辑(逻辑级别);最后可能接触到更高级的微控制器、FPGA等(系统级别)。这些不同层级有不同的“图示语言”。看懂一个CPU的原理图,和看懂一个简单的运放加一级放大电路的原理图,所需要的“知识语言”是截然不同的。就像你看懂一个汉字,不代表你能写出一篇古文一样。

第二层:分析方法论的缺失与实践经验的不足

“零敲碎打”式学习: 如果学模数电只是记住了各种元件的符号和功能,然后做一些孤立的例题,那么你可能缺少一套系统性的分析方法。遇到复杂电路,你可能不知道从何下手,是先分析电源部分?还是信号输入端?或者是关键的处理单元?
缺乏“分解”和“抽象”的能力: 复杂电路就像一个巨型的乐高积木,你不能指望一下子就能理解整个结构。你需要学会把它分解成一个个小的、可管理的功能模块,然后逐个击破。比如,一个通信收发器,你可以把它分解成接收链、发送链、频率合成、控制逻辑等几个大的功能块。然后你再深入分析每个功能块的内部结构。这是一种能力,需要刻意训练。
“经验主义”的鸿沟: 经验丰富的工程师,看到一个电路图,脑子里会立刻浮现出它的“典型应用场景”、“常见设计思路”以及“潜在的故障点”。这些都是在大量实践中积累起来的“肌肉记忆”和“直觉”。比如看到一个RC充放电电路,一个有经验的人立刻就能想到滤波器、定时器、延时电路等等用途。这些“联想”能力,教材是教不会的,只能靠自己去体会。
忽略了“时序”和“动态行为”: 很多复杂电路,尤其是数字电路和混合信号电路,它们的行为不是静态的,而是高度依赖于“时间”。比如一个数据总线上的信号传输,必须在特定的时钟周期内完成,否则就会出错。光看连接关系,是看不出这些时序逻辑的。需要对时序图(Timing Diagram)有深刻的理解,并能在原理图上找到对应的时序控制信号。

第三层:工具使用与辅助阅读能力的差异

原理图绘制软件的熟练度: 现代电路设计都使用EDA(Electronic Design Automation)软件,如Altium Designer, Cadence Allegro, OrCAD等。这些软件提供了强大的导航、搜索、对比等功能,能够极大地帮助我们理解电路。如果你对这些工具不熟悉,就像拿着一把钝刀去砍柴,事倍功半。
数据手册(Datasheet)的解读能力: 每一个芯片,尤其是复杂的集成芯片,都有厚厚的数据手册。里面包含了芯片的引脚定义、功能描述、电气特性、使用指南、时序图等等。看懂复杂电路图,很多时候就是查阅相关芯片的数据手册,了解其内部工作原理和外部接口规范。这需要一定的阅读英文技术文档的能力和对专业术语的熟悉。
PCB布局和布线的影响: 有时候,看懂电路图也需要结合PCB布局图来看。比如,信号线的长度、走线方式(差分走线、屏蔽)、电源和地的设计、地线的连接方式等等,这些都会影响电路的性能,甚至导致电路工作不正常。如果只看原理图,可能会忽略这些关键的物理实现细节。

那么,如何才能真正地“看懂”更复杂的电路图呢?

这并不是一蹴而就的事情,需要耐心和持续的投入:

1. 巩固与深化基础: 再强调一遍,基础是根基。确保你对基本元件的每一个参数、每一条特性曲线都有清晰的认识。理解放大器不仅仅是“放大”,还要理解它的增益、带宽、失真、稳定性等。
2. 系统性地学习分析方法:
由大到小,由模块到元件: 拿到一张复杂的电路图,先看它的整体框图,确定主要的输入输出和功能区域。然后找到关键的功能模块(比如电源模块、信号采集模块、处理模块、输出模块),再逐个深入分析其内部的电路结构。
信号流分析: 尝试在图上勾画出关键信号的路径,理解信号是如何从输入端经过各个模块处理,最终到达输出端的。搞清楚每个节点上信号的含义和变化规律。
功能单元识别: 训练自己识别常见的“功能单元”。比如,一个三极管构成的共射放大器、一个RC滤波器、一个施密特触发器、一个D触发器等。看到这些单元,就能立刻知道它们的作用。
3. 掌握“读懂”的“语言”:
精通数据手册: 养成查阅芯片数据手册的习惯。学习如何从海量的信息中提取你需要的部分。理解芯片的电气特性、工作模式、时序要求、参考设计等。
理解时序图: 对于数字电路和混合信号电路,时序图是灵魂。学习如何根据时序图来理解信号的正确传输和时序控制。
熟悉EDA工具: 熟练使用原理图绘制软件的各项功能,能够高效地导航、搜索、标记和分析电路。
4. 大量实践与模仿:
拆解真实电路: 找一些你感兴趣的、相对复杂的电路板(比如一些老式收音机、简单的仪器设备),拆开后对比电路图和PCB实物,找到元器件的对应关系,理解它们在实际中的布局和连接。
仿制与修改: 尝试按照电路图搭建简单的电路,或者对现有电路进行小的修改和调试。在动手过程中,你会遇到各种问题,解决问题的过程就是你加深理解的过程。
阅读“好的”设计: 寻找一些经典的、设计优秀的电路模块或芯片的应用笔记,学习别人的设计思路和实现方式。
5. 学习不同领域的设计: 如果你只学了某个特定领域的模数电(比如音频),但要看懂一个微控制器系统或者射频电路的图,肯定是有困难的。尝试扩展你的学习范围,了解不同领域的设计特点和常用电路。
6. 加入技术社区或论坛: 在技术社区或论坛上,你可以看到别人提出的问题和解决方案,也可以请教他人。和同行交流是提升最快的方式之一。

总而言之,学了模数电只是让你拿到了“钥匙”,而看懂复杂电路图,是你掌握了“开锁的技巧”和“识别锁的类型”的能力。这个过程需要持续的学习、大量的实践和经验的积累。别灰心,一步一个脚印来,你会发现自己视野越来越开阔,看电路图也越来越得心应手。

网友意见

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这个窃听器的电压放大倍数将近 60000~80000 倍。


估计是尼摩船长的潜艇上的声呐用的。

       https://www.ele.uva.es/~jesus/sonar/sonar.html  schematic of the homebuilt SONAR     


送个图给大家, 省得到处找





为什么学了模数电还是看不懂较复杂的电路图?




为什么学了模数电还是看不懂较复杂的电路图?

俺也是看得糊里糊涂的。偏置电阻的取值有点怪, 估计是为了适应比较宽的供电范围。


T 1 和周围的元件组成一个电容耦合的电压并联负反馈单管放大器。

T 2 和周围的元件又组成一个电容耦合的电压并联负反馈单管放大器。

IC 和后边的晶体管构成一个扩流功率放大级。

T3 叫 "橡胶二极管"或 "VBE倍增器" (VBE Multiplier)。

       在电子学中,"橡胶二极管"或 "VBE倍增器"是一个双极结晶体管电路,作为电压基准。 它由一个晶体管和两个电阻组成,横跨电路的参考电压由所选的电阻比值和晶体管的 基极-发射极电压(VBE)决定。 该倍增器电路通常用于放大器推挽输出级的偏压,其中一个好处是热补偿。 倍增器的VBE随温度而变化,约为-2.2 mV/ºC,通过安装在同一散热器上, 可使其与功率晶体管的VBE变化相匹配。     

T4~T7 构成准互补达林顿电流输出级, 而 T3 用来确定和补偿它们的工作点。


R11 / R6 的比值, 决定了 IC 和 T 4~T7 组成的功率放大器的增益

是: 1 + R11/R6。

当然, 这是个同相放大器的组态。


R9/R10 是电源退耦用的, 加上 C4/C5 退耦, 以免电源内阻升高时低频自激/阻塞 (发出汽船声)。。


其他的在上世纪 70 年代的华中/华南理工的模电课本里面应该都有解释。那本书记得是 0.78 元人民币。 对的,七毛八分钱。





对了, 这里顺便介绍一个免费的电路仿真工具 LTspice。


下面是回答中用到的 LTspice 模型文件内容:

       Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 112 -48 0 -48 WIRE 336 -48 112 -48 WIRE 112 32 112 -48 WIRE 336 80 336 32 WIRE 112 144 112 112 WIRE 112 144 -32 144 WIRE 144 144 112 144 WIRE 224 144 208 144 WIRE -32 160 -32 144 WIRE 336 192 336 160 WIRE 112 208 112 144 WIRE 224 240 224 144 WIRE 272 240 224 240 WIRE -160 256 -224 256 WIRE -32 256 -32 240 WIRE -32 256 -96 256 WIRE 48 256 -32 256 WIRE 224 304 224 240 WIRE 240 304 224 304 WIRE 336 304 336 288 WIRE 336 304 320 304 WIRE 400 304 336 304 WIRE 560 304 560 224 WIRE 560 304 464 304 WIRE 336 320 336 304 WIRE -224 336 -224 256 WIRE 560 336 560 304 WIRE 112 368 112 304 WIRE -224 512 -224 416 WIRE 112 512 112 448 WIRE 112 512 -224 512 WIRE 336 512 336 400 WIRE 336 512 112 512 WIRE 560 512 560 416 WIRE 560 512 336 512 WIRE 112 528 112 512 FLAG 112 528 0 FLAG 0 32 0 FLAG 560 224 tp1 FLAG -224 256 tp0 SYMBOL npn 48 208 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N5550 SYMBOL pnp 272 288 M180 SYMATTR InstName Q2 SYMATTR Value 2N5401 SYMBOL res 96 16 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 10k SYMBOL res 96 352 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100 SYMBOL res -48 144 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 900k SYMBOL res 320 -64 R0 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 62 SYMBOL res 320 304 R0 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 4700 SYMBOL cap 464 288 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 5e-6 SYMBOL res 544 320 R0 SYMATTR InstName R6 SYMATTR Value 1e6 SYMBOL voltage -224 320 R0 WINDOW 123 24 124 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 1e-6 1000) SYMATTR Value2 AC 1 SYMBOL cap -96 240 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C3 SYMATTR Value 5e-6 SYMBOL voltage 0 -64 R0 WINDOW 0 -72 20 Left 2 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V2 SYMATTR Value 12 SYMBOL res 320 64 R0 SYMATTR InstName R7 SYMATTR Value 1 SYMBOL cap 208 128 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C4 SYMATTR Value 5e-6 SYMBOL res 336 288 R90 WINDOW 0 90 81 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R8 SYMATTR Value 500k TEXT -250 80 Left 2 !;tran 0 0.5 0.3 1e-6 TEXT 400 48 Left 2 !.ac oct 100000 3 100k     



LTspice®是一款高性能 SPICE 仿真软件、电路图捕获和波形观测器,并为简化模拟电路的仿真提供了改进和模型。LTspice 的下载内容中包括了用于大多数 Analog Devices 开关稳压器、放大器的宏模型,以及用于一般电路仿真的器件库。


** 备注:Linear Technology 已经被 ADI 合并

LTspice IV 是一款高性能 Spice III 仿真器、电路图捕获和波形观测器,并为简化开关稳压器的仿真提供了改进和模型。对 Spice 所做的改进使得开关稳压器的仿真速度极快,较之标准的 Spice 仿真器有了大幅度的提高,从而令用户只需区区几分钟便可完成大多数开关稳压器的波形观测。




关于 LTspice 的一些读物

SPICE Using OrCAD PSPICE, WINSPICE or LTSPICE

这是 Dr. Lynn Fuller 博士撰写的长达 70 页的介绍, 读一下绝对有收获。

       http://people.rit.edu/lffeee/SPICE_OrCAD_WinSPICE_Fuller.pdf  https://vdocuments.site/spice-orcad-winspice-rit-peoplepeopleritedulffeeespiceorcadwinspicefullerpdf2-9-2010.html https://docplayer.net/62762097-Spice-using-orcad-pspice-winspice-or-ltspice.html     


为什么学了模数电还是看不懂较复杂的电路图?


这真话能说出来吗?

说出来又保持友善度,恐怕很难。

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这个只能说明你们大学教学水平太水。

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