模擬電子設(shè)計(jì)更像一門藝術(shù)
目前，數(shù)字電子迅猛發(fā)展，相信大家有目共睹，毋庸置疑，傳統(tǒng)的隸屬于模擬電子的很多功能，都被今天的數(shù)字電子輕而易舉的實(shí)現(xiàn)了，甚至20世紀(jì)80年代初期，許多專家曾預(yù)言模擬電路即將消失，然而，時(shí)至今日，對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)人員的需求依舊十分緊缺，數(shù)字電路如此的飛速發(fā)展并未能使當(dāng)初的預(yù)言得以實(shí)現(xiàn)。“如果你無(wú)法用數(shù)字的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，它就可以用模擬的方式來(lái)完成”，有人這樣反駁道。
如果從微觀上來(lái)講，拿電流來(lái)說(shuō)，其實(shí)質(zhì)是由電子的遷移運(yùn)動(dòng)形成的，而電子是一個(gè)一個(gè)的粒子，考慮單個(gè)粒子是具有數(shù)字性的，由于電子的粒子性使得電流不可能為純粹的直流，而總是會(huì)有波動(dòng)。
有這樣一種說(shuō)法：“物理世界本來(lái)就是模擬的”，至少?gòu)暮暧^上來(lái)說(shuō)，自然界的信號(hào)，確實(shí)是模擬量。即便是純粹的數(shù)字電路，當(dāng)它們推向運(yùn)算的極限時(shí)，還是要呈現(xiàn)模擬的特性行為，因此熟練掌握模擬設(shè)計(jì)的原理和技術(shù)，對(duì)于任何一名電子工程師來(lái)說(shuō)，都是一筆寶貴的財(cái)富。
為什么說(shuō)模擬電路是一門藝術(shù)，是因?yàn)槟M電路的設(shè)計(jì)有很多的不確定性，每個(gè)人設(shè)計(jì)出來(lái)的電路都不一樣，很多情況下，不能通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯推理和運(yùn)算得到確定的輸出結(jié)果，更多的需要設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，甚至需要靠直覺(jué)來(lái)判斷，需要權(quán)衡各方面的因素，選擇一個(gè)較好的折衷方案。
就拿運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，比較重要的參數(shù)有：
♦ 輸入失調(diào)電壓 ♦ 增益帶寬積 ♦ 輸入失調(diào)電流 ♦ 輸入阻抗 ♦ 共模抑制比 ♦ 輸出電壓擺幅 ♦ 轉(zhuǎn)換速率(壓擺率)
當(dāng)然還有其它很多的參數(shù)，比如功耗、噪聲等等。這些都是我們?cè)趯?shí)際使用中需要考慮的因素，我們希望放大器具有高的增益來(lái)實(shí)現(xiàn)小信號(hào)的放大作用;具有較小的輸入失調(diào)電壓和電流來(lái)減少輸出信號(hào)的失真;較高的輸入阻抗可以減小信號(hào)的在信號(hào)源內(nèi)阻上的損耗;較大的共模抑制比可以抑制溫漂和零點(diǎn)漂移;輸出電壓擺幅指的是輸出電壓的最大值和最小值之差，當(dāng)然這個(gè)值也是越大越好;轉(zhuǎn)換速率，也稱壓擺率，它衡量的是一個(gè)運(yùn)放在速度方面的指標(biāo)，尤其在高速運(yùn)放的大信號(hào)處理中尤為重要。
如此多的指標(biāo)互相制約，這就給工程師的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多難題，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)多維優(yōu)化的問(wèn)題，這里有一個(gè)“多邊形法則”，需要根據(jù)情況在實(shí)際設(shè)計(jì)中靈活運(yùn)用，當(dāng)然，我們可以利用軟件對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真，因此工程師不需要對(duì)每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，但需要理解電路的原理，才能夠?qū)Ψ抡娴慕Y(jié)果進(jìn)行解釋，進(jìn)而有針對(duì)性地調(diào)整電路或元件，而“不要讓計(jì)算機(jī)代替你去思考”。
