【導(dǎo)讀】剛開始學(xué)習(xí)模擬電路？覺得學(xué)的云里霧里的？覺得老師講的不好？覺得教材爛？好了，別找理由了，學(xué)不好應(yīng)該是沒找到方法，分享3位前輩的經(jīng)驗給你，看看前輩們都是怎么成菜鳥變成大牛的。
第一位，資深模擬ic設(shè)計工程師，知乎用戶Yike，本著強大的責(zé)任感來為大家傳道授業(yè)解惑，讓各位看到這篇文字的人學(xué)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(xué)業(yè)繁重，趕緊進(jìn)入正題：
我念大學(xué)的時候，也覺得模擬電路這門課，學(xué)得稀里糊涂的。
特別是在玩過一把CS以后，這種感覺更加明顯。
這里先要肯定題主是一個有上進(jìn)心的好孩子。想把模電學(xué)好。
我當(dāng)年感覺到云里霧里的時候，根本沒想過要學(xué)好模電。我做的事情，就是跟班里學(xué)習(xí)好的同學(xué)搞好關(guān)系。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。
所以談到這里，首先第一步是要明確： 什么樣才算”學(xué)好“模擬電路。
如果你的訴求是期末拿到高分而已，那么您不用往下看了。出門往右電子科技書屋有歷年的考題和課件。平日里該干嘛干嘛。拿星爺?shù)呐_詞說，妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。
如果分?jǐn)?shù)不說明問題。那么怎樣才算學(xué)好模擬電路呢？
問一下自己一個問題： 我學(xué)模擬電路可以做什么？
為了設(shè)計一個增益為5的放大器嗎？
很多年以后，我回顧我自己大學(xué)那段時光，終于搞清楚我為什么老是覺得沒有學(xué)好模擬電路了。答案其實很簡單。我感覺自己學(xué)了好多東西，但不知道這些東西學(xué)來干什么。 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(xué)來干什么？ __
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(xiàn)在是一個數(shù)字時代，我為什么要學(xué)模擬電路。zhihu里面還有一個問題是“模擬電路設(shè)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，那么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(shè)計師們。
打一個比方。就拿CPU來說好了。CPU處理的都是數(shù)字信號。但是它沒有辦法用數(shù)字電路來監(jiān)控自己的溫度。這個接口永遠(yuǎn)會是一個模擬接口。
CPU需要的工作電壓要求很精準(zhǔn)。比方說，就是1V。各位想一想，這個1V怎么實現(xiàn)呢？ 用數(shù)字電路時沒有辦法實現(xiàn)的。
你在你的手機屏幕上劃了一下，你的手機怎么能知道你劃了一下呢？
重力感應(yīng)怎么實現(xiàn)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(shù)字電路就好比你的大腦。只要未來的世界不會發(fā)展成直接在大腦上接兩根線，需要的時候打點兒多巴胺進(jìn)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接口。
現(xiàn)在可以說說看，我們是怎么完成這個接口的。
現(xiàn)在假設(shè)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，最后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(fù)責(zé)外圍應(yīng)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(dāng)溫度高過一定值的時候，給一個幅度為3V的數(shù)字信號出來，讓系統(tǒng)能關(guān)掉電池。
我們需要什么東西呢？ 首先我們需要一個電源。沒有電源，什么東西都沒辦法工作。
電源需要怎么做呢？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，怎么辦呢？
有了，做一個local的3V電源吧。電源的要求是什么？內(nèi)阻越低越好。什么樣的電路能夠給出一個低的輸出內(nèi)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。
如果題主想做的是芯片級的設(shè)計，那么我們需要選取合適的器件，把這個運放做在芯片上面。）
好吧，運放是有了，可是沒有基準(zhǔn)電壓，運放怎么才能輸出一個恰好3V的電壓呢？
第二個需要的block是一個基準(zhǔn)電壓源。
（在分立器件時代，我們可以買一個基準(zhǔn)電壓源，題主如果想做芯片級的設(shè)計，那么我們需要在芯片上面做一個基準(zhǔn)電壓。目前幾乎所有的基準(zhǔn)電壓，都是依靠硅本身的能帶來實現(xiàn)的。所以叫做帶隙基準(zhǔn)。約為1.2V。實現(xiàn)帶隙基準(zhǔn)的過程，不會是開環(huán)實現(xiàn)的，是閉環(huán)的過程。需要經(jīng)行環(huán)路分析，穩(wěn)定性分析，失配分析。）
現(xiàn)在，你把1.2V的電壓源得到了，然后做了一個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(huán)路穩(wěn)定性分析方法分析知道環(huán)路是穩(wěn)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(fù)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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。那么就用一個比較器吧。
（分立器件時代，你可以買一個比較器，想在單片上做完，那么就自己設(shè)計一個比較器吧。自己設(shè)計的比較器往往不那么理想。沒有全電壓輸出范圍，也沒有全電壓輸出范圍。 增益也可能只有60個dB。但是你一看參數(shù)要求，夠啦，60dB就60dB吧，總比沒有好。）
好了。你完成了設(shè)計。
以上只是舉了一個簡單例子。實際遇到的模擬電路系統(tǒng)遠(yuǎn)比這個小系統(tǒng)復(fù)雜的多。市場的要求也越來越變態(tài)。誰叫有那么多聰明的人在設(shè)計模擬電路呢。
所以設(shè)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(dá)到許多不合理的標(biāo)準(zhǔn)。
不過對題主來說，這些都是后話了。
題主假如希望做模擬設(shè)計這方面的工作，那么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(xué)么？
- 電路分析
- 模擬電路設(shè)計基礎(chǔ)
- 信號與系統(tǒng)
- 反饋理論/補償理論
如果題主想做的是模擬IC設(shè)計，你還需要學(xué)習(xí)以下科目：
- 半導(dǎo)體工藝技術(shù)
- 半導(dǎo)體器件原理
- 概率統(tǒng)計知識
- 模擬IC設(shè)計。
其中，模擬IC設(shè)計包括：
- 小信號分析
- 放大器的線性建模
- 基準(zhǔn)設(shè)計
- ESD保護(hù)
- 版圖設(shè)計
- 寄生效應(yīng)
- 失效分析
- 噪聲
- 振蕩器
- 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(shè)計的，下面這位知乎用戶Tariel重點關(guān)注針對信號鏈設(shè)計：
(下面的內(nèi)容主要針對信號鏈設(shè)計, 即已知應(yīng)用需求, 在與現(xiàn)實世界的接口(傳感器/執(zhí)行器)、信號調(diào)理電路/執(zhí)行器驅(qū)動電路、ADC、數(shù)字域器件之間分配指標(biāo), 并對模擬部分進(jìn)行設(shè)計的過程.)
首先跟大家灌點兒心靈雞湯: 怎樣不去學(xué)模擬電路.
有經(jīng)濟(jì)壓力的不要去學(xué)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(rèn)為是黑科技, 但是這一行市場實在過小, 分得也太細(xì), 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(jīng)濟(jì)壓力, 請考慮盡早轉(zhuǎn)向目前風(fēng)險最低的勞動致富方法——當(dāng)碼農(nóng). 當(dāng)然如果能承擔(dān)得起創(chuàng)業(yè)風(fēng)險, 參與到目前很火的智能硬件行業(yè)里去也是不錯的.
沒興趣的不要去學(xué)模擬電路. 搞模擬電路需要大量的時間和持續(xù)的心情, 如果對這項工作沒有興趣, 并且也自我感覺培養(yǎng)不出興趣的話, 也是盡早改行為佳, 因為如果沒有興趣, 不去思考, 腦袋里面留下的東西只會越來越蕪雜, 對工作的提高并無幫助.
不會動手, 或者不想動手的不要去學(xué)模擬電路. 搞數(shù)字電路的時候, 設(shè)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(shè)計工程師必須親自動手搭建原型、診斷故障, 大部分情況下只靠仿真是不夠的. 所以如果不知道烙鐵拿哪頭, 或者怕拿烙鐵, 或者不屑于拿烙鐵, 請盡早改行; 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(zhì)焊錫的情況之后, 也請盡早改行.
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(xué)模擬電路. 當(dāng)然如果腦袋不好使, 那么不光模擬電路, 數(shù)字電路也搞不好, 寫碼也寫不好, 其他工程技術(shù)工作應(yīng)該也干不好, 還是趁早別當(dāng)工程師了比較好. 至于腦袋有沒有跑偏傾向, 可以用 @Chris Xia 的語言學(xué)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(fā)的語言研究"上腦子跑得越偏, 進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域之后腦子跑偏的傾向也越大. 如果看了剛才那個膝蓋中箭數(shù)過多, 并且看完之后還堅持自己的偏見, 那么可以考慮先吃點被門夾過的核桃補補腦.
有把工作臺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(Jim Williams主編的書 Analog Circuit Design: Art, Science and Personalities 的封面):
如果面對這樣的工作臺有不適感, 那么也趁早改行為好. 當(dāng)然跟前面幾點相比, 這一點是比較容易克服的...
喝完了心靈雞湯, 大家活著的還有多少? 恭喜活著看到了這兒的同學(xué), 我是不是可以認(rèn)為你們已經(jīng)有了學(xué)好模擬電路, 并以此作為愛好或職業(yè)的覺悟? 那么我們就回到正題——怎樣學(xué)好模擬電路.
不完全地總結(jié)一下, 模擬電路設(shè)計大概有這么幾個不同于其他工程設(shè)計領(lǐng)域, 尤其是不同于數(shù)字電路設(shè)計的特點:
1.模擬電路處理的量來自現(xiàn)實世界, 因此模擬電路的輸入中, 既包含與設(shè)計相關(guān)的信號, 也包含與設(shè)計不相關(guān)的信號. 比如設(shè)計一個心電圖機, 電極采集進(jìn)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(yīng)來的50Hz干擾等等, 而這些不相關(guān)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干擾所占的頻率范圍不同; 50Hz干擾屬于共模信號, 而心電信號屬于差分信號等), 并設(shè)計相應(yīng)的電路, 來提取出需要處理的信號, 抑制與設(shè)計不相關(guān)的信號(比如設(shè)計合適的濾波器濾除帶外干擾, 用差分輸入的儀表放大器消除共模干擾等).
2.理論分析和仿真時忽略的因素, 在實際的電路中可能產(chǎn)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?fù)涞? 而實際的電路是物理的. 這也是課本上講的內(nèi)容和實際的電路的最大差別. 舉例來說, 任務(wù)要求攻城獅設(shè)計一個220V轉(zhuǎn)5V的開關(guān)電源, OK, 很多半導(dǎo)體廠家都有用于隔離開關(guān)電源的控制器, 只要看數(shù)據(jù)手冊里面給的參考設(shè)計, 根據(jù)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——事實上印制板布圖的不同, 能夠嚴(yán)重影響輸出紋波的大小. 甚至在很多情況下(如進(jìn)行射頻設(shè)計時), 印制板的分布參數(shù)也會作為電路中的元件使用.
3.模擬電路設(shè)計中充滿著技術(shù)指標(biāo)、功耗、成本等各種約束, 而這些約束往往不能同時滿足, 甚至?xí)ハ鄾_突. 比如設(shè)計便攜式心電圖機時, 考慮到對功耗的嚴(yán)格限制和直接使用系統(tǒng)提供的電源的方便性, 會傾向于使用低壓單電源供電; 而考慮到共模抑制比和動態(tài)范圍的要求, 又會傾向于使用雙電源供電. 在這些約束之間妥協(xié)和折衷并作出取舍, 貫穿整個設(shè)計的始終.
那么想要從事模擬電路設(shè)計, 需要做些什么呢? 下面是一個不完全的列表(詳細(xì)內(nèi)容待補充):
1.通曉電路分析的方法, 掌握至少一種仿真軟件的使用方法.
2.掌握閱讀元器件數(shù)據(jù)手冊的方法.
3.多動手實驗.
4.及時整理自己獲得的結(jié)果, 尤其是負(fù)面結(jié)果.
5.掌握設(shè)計電源的技能.
6.了解熱設(shè)計的內(nèi)容.
7.關(guān)于排故技能.
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件：強烈的興趣將是你模擬電路學(xué)習(xí)之路的不滅動力。業(yè)余無線電？音頻功放？儀器工具發(fā)燒友？…許多大師都是從小時候的業(yè)余愛好中，愛上模擬設(shè)計的。
模擬電路設(shè)計 = 系統(tǒng)設(shè)計（精髓是反饋） +電路分析（數(shù)學(xué)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(xué)習(xí)上： 1、U-I這類圖解法的嫻熟應(yīng)用，結(jié)合各種器件的特性曲線，對電路的理解有極大幫助，促進(jìn)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(chǔ)）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(shè)計的精華——反饋，好好吃透，積累技巧，建議用純晶體管制作AGC電路、穩(wěn)壓電源以便加深理解。 5、這是一門工程學(xué)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 仿真，小巧的免費軟件，操作方便，愛不釋手！
【素材整理于知乎，感謝作者：Yike，Tariel，李瑄，僅為學(xué)習(xí)交流，版權(quán)歸作者所有 】
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