模拟电子学导论（纪客老白分享）

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电子学的世界完全是关于电路、电子元器件和相互连接的技术。所有这些元素基本上可以分为数字元素、模拟元素或两者的组合。然而，这里我们将详细关注模拟类别的基础知识。
模拟电子学是处理连续可变信号的电子学的一个分支。它广泛应用于无线电和音频设备，以及其他应用，其中信号是从模拟传感器获得，然后转换为数字信号，以便随后的存储和处理。虽然数字电路被认为是当今技术世界的主导部分，但是数字系统中一些最基本的部件实际上是模拟的。
为了理解这个概念，让我们先来分析一下“模拟”这个词。
什么是模拟？

模拟意味着连续和真实。我们生活的世界是模拟的自然界，意味着它充满了无限的可能性。我们可以感知的气味的数量，我们可以听到的音调的数量，或者我们可以用来绘画的颜色的数量; 一切都是无限的。在模拟电子领域工作的人基本上是处理模拟器件和电路。
例如，如果我们构建一个电路，它计算1,2,3,4和5这样的值，这些值既不是无限的，也不是连续的。另一方面，如果电路计数为1.00000,1.00001,1.00002,4.99999,5.00000，信息量将是无限的。
模拟信号
在继续处理模拟信号之前，让我们先了解一下信号的简单含义。在电气工程中，信号基本上是时变量(通常是电压或电流)。所以当我们谈论信号的时候，它意味着我们谈论的是一个随时间变化的电压。
为了以音频、视频或编码数据的形式获取或发送信息，信号在设备之间传递。传输通过电线或空气通过无线电频率波发生。例如，音频信号从计算机的音频卡传输到扬声器，而数据信号在平板电脑和 Wi-Fi 路由器之间通过空气传输。
模拟信号利用介质的属性来传递信号的信息。例如，无液气压表利用指针的角度位置来传递大气压力的变化。信号从给定的范围取任何值，每个信号值表示不同的信息。信号的每一级都表示现象的不同级别，信号的任何变化都是有意义的。
判断一个信号图是模拟图还是数字图很容易。前者是光滑连续的，后者是边缘的，呈正方形。下面给出的是一个模拟信号图，表示电压随时间的变化。

一个模拟信号图表示时间-电压图

模拟电路
模拟电路可以定义为运算放大器、电阻、电容和其他基本电子元件的复杂组合。这些电路可以简单到用两个电阻器组成一个分压器，也可以用许多元件优雅地组成。这种电路可以衰减、放大、隔离、修改、扭曲信号，甚至将原始信号转换成数字信号。

模拟电路

与数字电路相比，这些电路设计难度大，精度要求高。现代电路很少被发现是完全模拟的，因为现在模拟电路可以使用数字或微处理器技术来提高性能。这种电路称为混合信号电路。
有两种类型的模拟电路，即无源电路和有源电路，前者不消耗任何电能，而后者消耗任何电能。
模拟电路 vs 数字电路

模拟与数字电子

模拟电子学和数字电子学之间最基本的区别在于前者将信息转换成不同幅度的电脉冲，而后者将信息转换成0和1的二进制格式，其中每个比特代表两个不同的振幅。
然而，有一些特性清楚地说明了模拟和数字电子学之间的区别。让我们来看看这些关键方面:

什么时候使用模拟元件和电路
如上所述，模拟元件是最基本的元件类型，而数字元件在当今的设备中得到了广泛的应用。这两个分支都是独立的重要在他们自己的方式，所以我们征召某些情况下，当模拟元件和电路将是理想的。
滤波信号: 在处理连续信号时，需要一个连续模拟滤波器来去除所有你不想要的可能的频率内容。与数字滤波器相比，它更容易使用，而且成本更低。
高功率: 虽然数字测量和控制可能对大功率系统有用，但是从0到400v 的数字信号切换可能不够有效。在交流和直流系统中，电力传输的连续性要求模拟元件，因为这些元件更耐用，更有特点。
A/d 前和 d/a 后: 为了在连续数据和离散数据之间切换，混合系统需要模数转换器和数模转换器，但根据奈奎斯特定理，采样频率必须至少是信号中最高频分量频率的两倍。因此，为了实现这个定理，任何无意中包含在原始信号中的信号都可以进行滤波，以去除采样后的噪声。
由于信号还不是数字信号，唯一的选择是用模拟单元对信号进行滤波。一旦你完成了对信号的数字化操作，并将其转换回模拟信号，所有的处理必须再次用模拟元件和电路完成。
传感器: 传感器将真实世界的信息转换成数据，这些数据可以被计算机或嵌入式系统识别。在现实世界中，这些信息通常是不容易获得的，传感器首先产生一个模拟信号，然后将其转换成数字信号。与高压系统不同的是，传感器具有低幅值，需要信号调理来增加信号的值，以便更好地利用 ADC 的全部范围。

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