MIT-电路和电子学

B站视频   官网Lecture Notes-MIT 6.002

工程:ther purposeful use of science
对于复杂事物,进行层层抽象,然后将问题简化后就能进行后续工作了。

6.002:Gainful employment of Maxwell’s equations

图床 EE-img/
直流电路和交流电路-TINA
信波波博客
这一个视频,会让你理解所有的电子设备是怎样工作的

Introduction

Lumped Abstraction

in some succinct form  [səkˈsɪŋkt] 简洁的;简明的;紧身的
codify [ˈkəʊdɪfaɪ] If you codify a set of rules, you define them or present them in a clear and ordered way. 编篡(法规)

Lumped circuit(集总电路),具体的描述可以参考知乎

Lumped Matter Discipline (LMD) Or self imposed constraints:
elements — bulb, wire, battery, resistors ……
outside elements(法拉第定律)   \( \displaystyle\oint E \cdot d l=-\frac{\partial \phi_{B}}{\partial t}=0\)
inside elements(连续性要求) \( \displaystyle\oint J \cdot d S=-\frac{\partial q}{\partial t}=0\)

inverter和operational amplifier,just like the different way looking at the same device.

Maxwell’s equations simplify to algebraic KVL and KCL under LMD

Basic circuit analysis method

Method 1 — Basic KVL, KCL method of Circuit analysis
Method 2 — Apply element combination rules
Method 3 — Node analysis (Particular application of KVL, KCL method)
(1) Select reference node ( ground) from which voltages are measured.
(2) Label voltages of remaining nodes with respect to ground. These are the primary unknowns.
(3) Write KCL for all but the ground node, substituting device laws and KVL.
(4) Solve for node voltages.
(5) Back solve for branch voltages and currents (i.e., the secondary unknowns)

Method 4 — Superposition method The output of a circuit is determined by summing the responses to each source acting alone.

Superposition

Linearity

Thévenin and Norton

戴维南定理 (Thévenin’s theorem):一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端,就其外部型态而言,在电学上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中,此定理不仅适用于电阻,也适用于广义的阻抗。

当使用戴维南定理简化电路时,最重要的法则是:电压源要短路,电流源要开路。

诺顿定理 (Norton’s theorem):由线性时不变电阻,电压源和电流源组成的网络,在网络的一对端子处,可以用一个电流源和一个并联的单个电阻代替它。
要计算等效电路:
(1) 负载电阻为零,计算输出电流,即为\( I_N\)
(2) 负载电阻或者阻抗无穷大,计算输出电压,输出电压除以(1)中的输出电流得到等效电阻\( R_TH\)

注:LMD 是Lumped Matter Discipline,LCA是lumped circuit abstraction,这里的线性,其实是Linear time‑invariant system (LTI)线性时不变。

The Digital Abstraction

Discretize value 到 Digital abstraction。

模拟信号的加法电路:

注:
(1) 左侧的sender是output,输出了信号,而右侧是receiver,接收信号input,注意别搞反了。
(2) Digital systems follow static discipline: if inputs to the digital system meet valid input thresholds, then the system guarantees its outputs will meet valid output thresholds.
(3) 实际应用中,VIH都比VOH大不少,而且严格要求sender的范围,这样即使有很大的噪音,但是由于noise margin很大,所以仍然能够保证接收端提取出正确的信息。

Processing digital signals

布尔代数与logic gate。Digital logic designers do not have to care about what is inside a gate。

Inside the Digital Gate

注:
(1) 上图的简单构造,也说明为啥大家都以NAND或者NOR作为单元。

MOSFET

MOSFET Physics

零散汇总

上拉电阻

  • 增强输出引脚的驱动能力,本质是让上拉电阻与单片机中的内阻并联,减少这一部分整体的阻值,这样输出电压会更高。
  • 将一个不确定的信号钳位在高电平。
  • 贴片、碳膜、滑动变阻器都可以作为上拉电阻。

下拉电阻

  • 将一个不确定的信号钳位在低电平
  • 直接接地也可以输出低电平,但是这样就不能给它输出高电平。即给上拉电阻输入5V时,下拉电阻又可以把信号钳位在高电平。

参考资料:
(1) Pull-Up and Pull-Down Resistor – Electronics Tutorial
(2) 上拉电阻的通俗解释,你真正知道吗?—B站
(3) 下拉电阻的通俗解释,你真正知道吗?—B站

电路中的对偶

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二极管常用的8个用途—电子技术控

如何识别电路10个方法和实例—电子技术控

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