這些電路基礎(chǔ)知識(shí)，你還知道嗎?

　　我們一直在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的重要性，現(xiàn)如今的電子工程師，其實(shí)是代碼工程師，對(duì)于一些基本的模擬電路基礎(chǔ)已經(jīng)遺忘了，或者根本沒(méi)有弄清楚，高屋建瓴不可取，扎實(shí)的理論功底是十分重要的。

　　先來(lái)說(shuō)說(shuō)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(guò)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(dòng)，這種電子叫做自由電子。當(dāng)電子處于外部電場(chǎng)中時(shí)，受到電場(chǎng)力的作用，會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，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(dòng)來(lái)傳導(dǎo)電荷，能夠傳導(dǎo)電流的溶液稱(chēng)為電解質(zhì)溶液。

　　通常情況下，電阻率小于10^(-5)Ω·m的稱(chēng)導(dǎo)電體，如金屬材料等。電阻率大于10^8Ω·m的稱(chēng)絕緣體，如陶瓷、橡膠、塑料等材料。介于兩者之間的稱(chēng)半絕緣體或半導(dǎo)體。

　　電介質(zhì)，電工中一般認(rèn)為電阻率超過(guò)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(chǎng)作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生極化。在靜電場(chǎng)中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場(chǎng)，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(lái)導(dǎo)電，而電介質(zhì)是以感應(yīng)而不是以傳導(dǎo)的形式來(lái)傳遞電的作用和影響的。

　　相對(duì)介電常數(shù)就是用來(lái)表征電介質(zhì)極化強(qiáng)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(qiáng)度越強(qiáng)，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(gè)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(shuō)當(dāng)極板間的電壓升高時(shí)，電容極板上存儲(chǔ)的電荷量隨之增加，但是當(dāng)電壓達(dá)到了耐壓值時(shí)，由于極板間所能容納的電荷已經(jīng)達(dá)到最大值，電介質(zhì)的極化強(qiáng)度也達(dá)到最大值，再升高電壓，介質(zhì)就無(wú)法束縛電荷，而變?yōu)閭鲗?dǎo)電荷，就會(huì)造成電容的擊穿，當(dāng)然這只是宏觀的理解，如果深究電容擊穿的機(jī)理，請(qǐng)查閱其它資料。

　　我為什么要說(shuō)電容呢?因?yàn)楹芏鄷r(shí)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(jī)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(wú)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(gè)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(shí)，電容需用1/Cs替換，其中s是一個(gè)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(dú)的一個(gè)電容也是比較容易理解的。

　　相信大家都知道我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，都要在集成芯片的電源和地管腳之間放2個(gè)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(gè)呢?按理說(shuō)小電容完全是沒(méi)必要的，交流的成分都會(huì)從大電容走掉，因?yàn)橛?/Cs知，大電容的容抗永遠(yuǎn)低于小電容，其根本原因是，我們認(rèn)為的電容是理想的，而實(shí)際上在高頻時(shí)由于大電容的感性效應(yīng)，使得高頻時(shí)感抗較高，因此需要用一個(gè)小電容濾除高頻紋波。

　　去耦電容

　　下面我們?cè)倏匆幌拢?dāng)一個(gè)電阻和電容串聯(lián)時(shí)，會(huì)發(fā)生哪些變化呢?

　　RC串聯(lián)

　　先來(lái)列寫(xiě)阻抗方程：

可以看出實(shí)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(dāng)R與C并聯(lián)時(shí)，

將S用jw代入，得：

       此時(shí)，如果用復(fù)平面來(lái)表示阻抗變化情況，如下圖所示，當(dāng)頻率較低時(shí)，相當(dāng)于直流時(shí)，容抗很大，電流主要流經(jīng)電阻，當(dāng)頻率較高時(shí)，容抗很低，電流主要流經(jīng)電容，而將電阻短路掉，在頻率無(wú)窮大時(shí)，阻抗為0。

　　復(fù)平面阻抗圖

　　如果我們用導(dǎo)納來(lái)列寫(xiě)RC并聯(lián)的導(dǎo)納方程，導(dǎo)納的實(shí)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(xiě)導(dǎo)納方程時(shí)，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(xiě)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(lái)表征，串聯(lián)時(shí)用阻抗的形式比較簡(jiǎn)單。