PCB部落格 - 電路板電子學導論

電子學是物理學的一個分支，專門研究電子學、電子器件、電子電路和其他主題。 它利用“有源器件”和相關的“無源器件”等電子元件形成電路的互連科技。

電路板電子

電子學是物理學的一個分支，專門研究電子學、電子器件、電子電路和其他主題。 它利用“有源器件”（如真空管、二極體、電晶體和集成電路）等電子元件和相關的“無源器件”來構建電路的互連科技。

有源器件的非線性特性及其控制電子流的能力可以放大微弱訊號，使電路板電子器件廣泛應用於資訊處理、通信和信號處理。 電子設備的開關特性使得處理數位信號成為可能。 電路板和電子封裝等互連科技，以及各種形式的通信基礎設施組件，改善了電路功能，使連接的組件成為一個功能系統。

電路板電子學不同於電力和機電科學技術。 電力科學與科技是與電能的產生、分配、切換、存儲和轉換有關的學科，通過電線、電機、發電機、電池、開關、繼電器、變壓器、電阻器和其他無源設備將其他形式的能量轉換為電能。

1897年，約瑟夫·湯姆森發現了電子的存在，這就是電子的起源。 早期的電子器件使用真空管來控制電子流，但它們有成本高、體積大等缺點。 如今，大多數電子器件使用半導體器件來控制電子器件。 真空管仍有一些特殊的應用，如大功率射頻放大器、陰極射線管、專業音訊設備以及微波設備中的多腔磁控管。

半導體器件的研究和相關科技是固態物理學的一個分支，但設計和構建電子電路以解决實際問題是電子工程的範疇。

電路大致可以分為兩類：類比電路和數位電路。 前者的電壓和電流訊號是連續函數形式的類比信號，而數位電路的訊號是離散的數位信號，大多用0和1表示。 然而，許多電路包括類比電路和數位電路。

類比電路

類比電路中的電壓或電流是連續函數形式的類比信號。 它可以分為線性電路和非線性電路。

在類比電路中，電阻器、電容器、電感元件和變壓器的電流和電壓訊號呈線性關係。 這種元素被稱為線性元素。 僅由線性元件組成的電路稱為線性電路。 線性電路易於分析。

電流和電壓訊號不是線性的部件被稱為非線性部件，例如混頻器、調製器、真空管、電晶體放大器、運算放大器和振盪器。 如果電路中有非線性元件，則很難對其進行分析。 如果電壓和電流接近某個值（稱為工作點），可以使用小訊號模型來類比具有線性分量的非線性分量，以簡化分析和計算。

類比電路的元件也可以分為有源元件和無源元件。 有源元件屬於非線性元件，如電晶體、真空管和運算放大器。 許多類比電路的特性是由有源元件的特性產生的。

現時的器件中很少有純類比電路，許多類比電路都與數位甚至微處理器科技相結合，以提高其效能。 這種類型的電路也可以被歸類為“混合訊號”電路。 有些電路很難區分類比電路和數位電路。 例如，比較器的輸入是類比信號，但其輸出只有兩個電平，這兩個電平是數位信號。

數位電路

數位電路中有幾種不同的電壓電平，它們通常用於實現布林代數，是所有數位電腦的基礎。 對於工程師來說，在討論數位電路時，“數位電路”、“數位系統”或“邏輯”通常是可互換的。

電路分析是將電路轉換為由許多未知組成的系統的過程。 電路中的物理量，如節點的電壓或路徑的電流，在系統中成為未知數，然後研究如何求解系統。 該系統可以是線性的或非線性的。 SPICE電路模擬器是一種常用的電路分析工具。

現代電子工程師可以使用預定義的模塊進行電路設計，包括電源、電晶體組件（如電晶體）和集成電路。 電子設計自動化軟件包括電路圖製作軟體和印刷電路板設計軟體。 常見的電子設計自動化軟件包括NI Multisim、Cadence（OrCAD）、Pads、Altium Designer（Protel）等。

電子元件是指電子系統中使用的元件，它可以以電子系統所需的管道影響電子或其相關的電場或磁場。 電子零件通常被設計成可連接的。 它們大多通過焊接固定在印刷電路板（PCB）上，最終形成具有特定功能的電路（如放大器、無線電接收器或振盪器）。 電子元件可以是分立的，具有單獨的封裝或更複雜的元件，例如集成電路。 常見的電子元件包括電容器、電感器、電阻器、二極體、電晶體等。電子元件通常分為有源元件（如電晶體或晶閘管）和無源元件（如電容器、電阻器和電感元件）。

在電路板電子學的研究中，數學方法是必不可少的。 如果你想熟悉電子學，你需要熟悉與電路分析相關的數學和電磁學理論。