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作者：Areak 我們一直在強調(diào)基礎(chǔ)的重要性，現(xiàn)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(chǔ)已經(jīng)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(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、電介質(zhì)。 什么是導(dǎo)體呢?并不是能導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，不能導(dǎo)電的物體叫絕緣體，導(dǎo)體是善于導(dǎo)電的物體，即是能夠讓電流通過材料;那為什么金屬善于導(dǎo)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(nèi)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(chǎn)生定向移動，產(chǎn)生電流，金屬導(dǎo)電，靠的就是自由電子。 而溶液的導(dǎo)電性靠的是溶液中離子的游動來傳導(dǎo)電荷，能夠傳導(dǎo)電流的溶液稱為電解質(zhì)溶液。 通常情況下，電阻率小于10^(-5)Ω·m的稱導(dǎo)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(dǎo)體。 電介質(zhì)，電工中一般認為電阻率超過10歐/厘米的物質(zhì)便歸于電介質(zhì)。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)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(nèi)移動，產(chǎn)生極化。在靜電場中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場，這是電介質(zhì)與導(dǎo)體的基本區(qū)別。 導(dǎo)體靠自由電荷傳導(dǎo)來導(dǎo)電，而電介質(zhì)是以感應(yīng)而不是以傳導(dǎo)的形式來傳遞電的作用和影響的。 相對介電常數(shù)就是用來表征電介質(zhì)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(zhì)的介電常數(shù)，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(jīng)達到最大值，電介質(zhì)的極化強度也達到最大值，再升高電壓，介質(zhì)就無法束縛電荷，而變?yōu)閭鲗?dǎo)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(dǎo)致了模擬電路的復(fù)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(shù)較高的電介質(zhì)，但是我們生活中用的水，由于里面溶解有各種離子等雜質(zhì)，所以導(dǎo)致了介電常數(shù)的大大降低，也就容易導(dǎo)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(guān)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(nèi)，電容的容抗值隨頻率是單調(diào)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(shè)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(yīng)，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(lián)時，會發(fā)生哪些變化呢?
RC串聯(lián) 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(lián) 當R與C并聯(lián)時，
將S用jw代入，得：
此時，如果用復(fù)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(jīng)電阻，當頻率較高時，容抗很低，電流主要流經(jīng)電容，而將電阻短路掉，在頻率無窮大時，阻抗為0。
復(fù)平面阻抗圖 如果我們用導(dǎo)納來列寫RC并聯(lián)的導(dǎo)納方程，導(dǎo)納的實部為電導(dǎo)，電導(dǎo)為電阻的倒數(shù)，虛部為電納，電納為電容的倒數(shù)，導(dǎo)納為阻抗的倒數(shù)，Y=1/Z，列寫導(dǎo)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(lián)看作串聯(lián)，由此列寫RC并聯(lián)導(dǎo)納方程為：
因此在元件并聯(lián)的情況下，多用導(dǎo)納來表征，串聯(lián)時用阻抗的形式比較簡單。 |
