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作者：Areak 我們一直在強調基礎的重要性，現如今的電子工程師，其實是代碼工程師，對于一些基本的模擬電路基礎已經遺忘了，或者根本沒有弄清楚，高屋建瓴不可取，扎實的理論功底是十分重要的。 先來說說一些基本的概念，導體、半導體、絕緣體、電介質。 什么是導體呢?并不是能導電的物體叫導體，不能導電的物體叫絕緣體，導體是善于導電的物體，即是能夠讓電流通過材料;那為什么金屬善于導電呢?在金屬中，部分電子可以脫離原子核的束縛，而在金屬內部自由移動，這種電子叫做自由電子。當電子處于外部電場中時，受到電場力的作用，會產生定向移動，產生電流，金屬導電，靠的就是自由電子。 而溶液的導電性靠的是溶液中離子的游動來傳導電荷，能夠傳導電流的溶液稱為電解質溶液。 通常情況下，電阻率小于10^(-5)Ω·m的稱導電體，如金屬材料等。電阻率大于10^8Ω·m的稱絕緣體，如陶瓷、橡膠、塑料等材料。介于兩者之間的稱半絕緣體或半導體。 電介質，電工中一般認為電阻率超過10歐/厘米的物質便歸于電介質。電介質的帶電粒子是被原子、分子的內力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內移動，產生極化。在靜電場中，電介質內部可以存在電場，這是電介質與導體的基本區別。 導體靠自由電荷傳導來導電，而電介質是以感應而不是以傳導的形式來傳遞電的作用和影響的。 相對介電常數就是用來表征電介質極化強度的量，由此引出電容的概念， 
以平板電容器為例， 即為填充在電容兩極板間的電介質的介電常數，S為極板面積，d為極板距離。 越大，極化強度越強，S面積越大，極板可容納電荷越多，C與極板間距離d成反比。 一個電容的容值是固定的，而且電容的是有耐壓值的， C=Q/U，就是說當極板間的電壓升高時，電容極板上存儲的電荷量隨之增加，但是當電壓達到了耐壓值時，由于極板間所能容納的電荷已經達到最大值，電介質的極化強度也達到最大值，再升高電壓，介質就無法束縛電荷，而變為傳導電荷，就會造成電容的擊穿，當然這只是宏觀的理解，如果深究電容擊穿的機理，請查閱其它資料。 我為什么要說電容呢?因為很多時候由于電容的存在，導致了模擬電路的復雜性，所以很好的理解電容還是很重要的，包括它的微觀機制。 純水是介電常數較高的電介質，但是我們生活中用的水，由于里面溶解有各種離子等雜質，所以導致了介電常數的大大降低，也就容易導電。 模擬電路中的無源元件主要有電阻、電容和電感，電阻是比較容易理解的元件，其阻值是一個不隨頻率變化的量，而電容則不然，其容抗值隨著頻率的升高而逐漸下降，在頻域分析時，電容需用1/Cs替換，其中s是一個頻率相關的量，用jw替換，j2=-1，w為角頻率，單位是弧度/秒，因此可以看出，在頻域內，電容的容抗值隨頻率是單調下降的，單獨的一個電容也是比較容易理解的。 相信大家都知道我們在設計電路時，都要在集成芯片的電源和地管腳之間放2個旁路電容，容值一大一小，其目的是將電源上的一些干擾濾掉，為什么要用2個呢?按理說小電容完全是沒必要的，交流的成分都會從大電容走掉，因為由1/Cs知，大電容的容抗永遠低于小電容，其根本原因是，我們認為的電容是理想的，而實際上在高頻時由于大電容的感性效應，使得高頻時感抗較高，因此需要用一個小電容濾除高頻紋波。
去耦電容 下面我們再看一下，當一個電阻和電容串聯時，會發生哪些變化呢?
RC串聯 先來列寫阻抗方程：
可以看出實部(R值)始終保持不變，虛部隨頻率增加而逐漸減小。
RC并聯 當R與C并聯時，
將S用jw代入，得：
此時，如果用復平面來表示阻抗變化情況，如下圖所示，當頻率較低時，相當于直流時，容抗很大，電流主要流經電阻，當頻率較高時，容抗很低，電流主要流經電容，而將電阻短路掉，在頻率無窮大時，阻抗為0。
復平面阻抗圖 如果我們用導納來列寫RC并聯的導納方程，導納的實部為電導，電導為電阻的倒數，虛部為電納，電納為電容的倒數，導納為阻抗的倒數，Y=1/Z，列寫導納方程時，將電阻用1/R替換，電容C用Cs替換，將元件的并聯看作串聯，由此列寫RC并聯導納方程為：
因此在元件并聯的情況下，多用導納來表征，串聯時用阻抗的形式比較簡單。 |
