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“半电路、半电磁场”电路的基本含义
热度 3 zlyang 2020-2-27 14:02
“半电路、半电磁场”电路的基本含义 核心: 同时利用“ 导体内的传导电流 ”、“ 导体外的电磁场 ”两种途径传输信号的电路, 叫做“ 半电路、半电磁场 ”电路。 这只是一个临时的名字。 该电路,属于电磁现象的工程实际应用,不属于物理基础探索。 在经典电磁理论里, (1)场(电场、磁场、电磁场),是最基本的作用方式或变量。 (2)某些情况下的“场”,如果满足基尔霍夫定律的适用条件,可以简化为“路”(电路)。 基尔霍夫定律的适用条件: 基尔霍夫定律在稳恒条件下严格成立;在准稳条件下,即整个电路的尺度远远小于电路工作频率下的电磁波长时,基尔霍夫定律也符合得相当好。(《中国大百科全书·物理》,1987,第587 页)。 (3)绝对地讲,导体里的传导电流、导体外的电磁场,共同完成了电磁作用的传递。实际上很难绝对划分传导电流、导体外的电磁场的区分边界。导体外的电磁场,可以看成是麦克斯韦“位移电流 Displacement Current”的一般性推广。 在电路的几何尺寸越来越小,导体间空间距离越来越近的情况下,单纯用“电路理论”进行设计,而不考虑场的相互影响,会造成电路的性能恶化。“串音”是一种常见的现象。 更一般地,同时考虑“导体内的传导电流,导体外的电磁场”两种途径传输信号的电路,就是“半电路、半电磁场”电路。这种电路设计,直接使用麦克斯韦电磁场理论。这是未来高集成度集成电路的可能核心方法之一。 “半电路、半电磁场”电路,是一个临时的名字。期待并感谢您给出更好的名字! 相关链接: 1995,关于“互容”概念的意义 . 电工教学,1995,17(4): 35-39. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html 2019-02-25,俄罗斯学者将俺的电路理论“互容”概念写入了教材? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164136.html 2019-07-10,电路概念《互容》汇报后记 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188921.html 4 Strange new ways to compute,作者: Moore, Samuel K.,IEEE Spectrum,卷: 55,期: 1,页: 10-11, 出版年: JAN 2018 https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695 https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer 2020-02-26,真傻的学院网页介绍更新(2020-02-25) http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1220494.html 2019-07-11, 有没有必要通过媒体《专访》推动“半电路、半电磁场”集成电路芯片的预研? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189103.html 2019-08-04, “半电路、半电磁场”集成电路简称“半场”集成电路? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1192378.html 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误! 感谢您提供更多的相关资料! 赵福垚老师 的“ 基于电磁场理论的电路设计方法/技术 ”,相当好地反映了我的思路。 感谢并祝 福 赵福垚老师 !
个人分类: 集成电路(资料)|2676 次阅读|37 个评论
电路概念《互容》汇报后记
热度 8 zlyang 2019-7-10 14:25
电路概念《互容》汇报后记 2019-06-28(周五)下午,在第26教学楼E区第五会议室,我们“现代电工电子技术中心”进行了2019年度春夏学期期末交流总结会。16:00许(下午4点多),我向“现代电工电子技术中心”的全体老师做了汇报《关于电路中“互容”概念的一些进展》。 我们中心的这次会议,得到我校天津大学的官方新闻报道:2019-07-05,现代电工电子技术中心召开期末交流总结会, http://news.tju.edu.cn/info/1014/45900.htm 。 大约的确应当可以说,我的汇报引起了老师们的热烈讨论。 对“半电路、半电磁场”集成电路芯片构想的正面意见: (1)有必要进一步往细里想,往深里想; (2)找人联系“华为”公司; (3)请学校组织一次《专访》的新闻报道,尽可能引起多方的关注。 负面意见,涉及到技术细节,目前只能保密。 感谢中心主任 王萍 老师的关心和促成本次学校官方新闻报道的多次努力! 感谢中心全体老师们的热烈讨论与建议! 特别感谢几位提出负面意见的老师们!都是肺腑之言,而且自古都是“ 忠言逆耳利于行,良药苦口利于病”。这些负面意见已经纳入到陆续的思考中! 一、建议互容进入各类《电路》、《电工学》等教材 互容,作为一个《电路》概念,多次被不同时间、不同国家的不同人士多次提出。但他人的这些工作,基本上都停留在定义互容概念、等效电路等方面。基本上没有见到可用于实际生产的物理模型,也没有见到互容相对完整的的电路性质分析。 “The basic properties of mutual capacitance are derived and a physical model using a simple parallel plate capacitor is demonstrated in . 推导出互电容的基本特性,并在 中演示了使用简单平行板电容器的物理模型。”大概只有我在1992年的短文里,提出了可用于实际生产的互容物理模型、相对完整的的电路性质分析。 这是不是可以推断为:电路互容概念,应该记在中国人的名下? 类似:门捷列夫,并不是化学元素周期表的最早发现者。但是,由于门捷列夫的工作,使得化学元素周期律提升到相对成熟的科学形态。 二、建议启动“半电路、半电磁场”集成电路芯片的预研 在1995年12月刊出的《关于“互容”概念的意义》一文中,提出了利用互容传输信号的集成电路构想。实际上,这是利用电路分布参数进行信号传输的意思。由于该文是讲互容的,所以没有展开细讲。 当 IEEE 2017年11月29日的《4 strange new ways to compute》之后, 我们大约的确应该做点“可行性”分析了。“半电路、半电磁场”集成电路芯片是否有用,一个重要的外因是“量子集成电路”的应用前景。 假如“量子集成电路”30年内还不能实用,研制“半电路、半电磁场”集成电路芯大约的确是合适的。 三、上述两条建议的关系 互容进教材,是未来“半电路、半电磁场”集成电路芯片发展的人才储备。 尽管互容具有明显的理论价值,但我更看好互容的应用价值。 1995年之后的20多年,我很少提及互容。主要是因为我太忙了,需要做的事情实在太多了;尽管对互容不够重视才是真正的理由。所以,对推动“互容进入教材”、“‘半电路、半电磁场’集成电路芯片的预研”等,都采取了“不作为”的行为。 当2018年初看到科学网精选博文《 放开思路,重振计算科学技术 (180112 )》后,我深感自己好像有点是个罪人。我只能从牙缝里挤出时间,重新思考“半电路、半电磁场”集成电路的可行性。 传闻伽利略死前还在重复:“追求科学需要特殊的勇气。”不管“半电路、半电磁场”集成电路是否具有前景,还是推动一下其可行性研究为好。“在科学上,每一条道路都应该走一走,发现一条走不通的道路,就是对科学的一大贡献。……那种证明‘此路不通’的吃力不讨好的工作,就让我来做吧!”我没有爱因斯坦的能力,但总的学学爱因斯坦、伽利略的勇气吧?传闻亚里士多德在《逻辑学》中说:“苏格拉底是要死的”。人生不过如此,灭亡才是永恒的归宿。 是否真的有必要推动“‘半电路、半电磁场’集成电路芯片的预研”呢? 感谢您的指教! 再次感谢天津大学的官方报道 ! 感谢王萍老师和所有有关的老师们! 特别鸣谢 本网博主、IEEE终身Fellow 闵应骅 老师“至于量子芯片,雷声大,雨点小,搞这项研究既要懂量子,又要懂芯片,不易!”以及“最大的困难是实验条件。没有大厂结合,就容易纸上谈兵。 ”的指教! http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187623.html 天津大学官方报道 2019-07-05,现代电工电子技术中心召开期末交流总结会 http://news.tju.edu.cn/info/1014/45900.htm 之后,在本期的教学研究类学术报告环节,杨正瓴老师结合《电磁场》《电工学》《电子学》的相关知识,汇报了自己关于“互容”的研究和思考,并讨论了“半电路、半电磁场”集成电路芯片的可能性。随着集成度的提高,芯片导体之间的空间距离会越来越近。这样,导体之间的分布参数(电磁场作用的一种表现)会越来越明显。在“半电路、半电磁场”集成电路芯片里,电磁信号的一部分通过导体传递,另一部分直接以电磁场的方式通过空间(绝缘体)直接传递。这可能是设计未来高集成度芯片的新途径之一。 相关链接: 现代电工电子技术中心,天津大学 电 气自动化与信息工程学院 http://seea.tju.edu.cn/szdw/xddgdzjszx/ 2019-06-29, 有关 Fred C. Lee 李泽元老师的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187364.html 2019-07-01, 量子集成电路、量子芯片 Quantum Chip 今后30年内的实用前景? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187623.html 4 STRANGE NEW WAYS TO COMPUTE ,作者: Moore, Samuel K.,IEEE SPECTRUM,卷: 55,期: 1,页: 10-11, 出版年: JAN 2018 https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695 https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer 闵应骅,2018-01-12, 放开思路,重振计算科学技术 (180112) 精选 http://blog.sciencenet.cn/blog-290937-1094444.html 密苏里大学堪萨斯城分校的Naveen Kumar Macha和他的团队 Macha他们发现,适当安排连线可以出现类似的逻辑行为。譬如三根平行线,给旁边的一根或两根线一个电压,就会在中间那一根上引起一个串扰,这不就是一个或门吗?明智地增加一个晶体管,他们构建了与门、或门、异或门,以及一个有进位功能的电路。这四种电路都比相应的CMOS电路更少的晶体管和少得多的芯片面积。 1995, 关于“互容”概念的意义 . 电气电子教学学报,1995,17(4): 35-39. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html 2019-02-25, 俄罗斯学者将俺的电路理论“互容”概念写入了教材? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164136.html 温馨提示 (1)与“半电路、半电磁场”集成电路有关的技术问题,只请教,不做回答。即:只吸收信息,不释放任何有关的技术信息。敬请理解,理解万岁! (2)凡技术性的指教,建议您优先通过本网“消息”发给我,或请您发往我的邮箱 prai@tju.edu.cn 。真诚感谢! 假如有可能,请《科学网》将本文置于首页的头条,并在首页《公告栏》推介一段时间,以便引起更多人士的关注!谢谢! 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误! 感谢您提供更多的相关资料! 2019-07-05 现代电工电子技术中心召开期末交流总结会-天津大学新闻网.pdf
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蓝光LED诺贝尔奖了,开关电源有戏吗?兼论咱开关液源发明
热度 6 kiwaho 2019-4-9 07:04
近年来,诺贝尔奖评选的画风渐变。 蓝色发光二极管即蓝光LED竟然中了炸药奖,发明者自己没想到,一贯善于预测的人没想到,科学社区没想到,大家都炸懵了! 显然,海选的范围不再局限于高大上玄的科学了,技术,尤其是关键实用技术,也入了至尊评委们的法眼。 若是这个趋势延续下去,我嘀咕下一个当之无愧的技术应该是: 开关电源 ! 想想看,若是没有开关电源的诞生,当今全球几十亿人口,用于维持基本生活品质的电子小玩意,还有渗透到社会每个层面的信息科技,所有这些成果根本是不可能实现的。 还真别跟我抬杠:“ 线性电源 也能顶上啊”。我的回答:肯定不行的。 廉价消费电子或许不会受太大影响。上世纪常见的拳头般大电源,配套CD随身听的那种,就是传统的线性稳压电源。里面就一个硅钢片码出的方正变压器,次级接个线性稳压集成电路7805或7809或7812,再并联一个大电解电容就OK了。 但电脑要是用线性电源,那就没法活了。电路板要用的5VDC,动辄大几十安培,12V也是几十安培,稳压精度要求又特别高,就算做出能凑合用的产品,下面这些不爽将彻底无法忍受: 1、仅电源模块可能就贵过其它所有; 2、沉甸甸的,挪动一下就费老鼻子劲; 3、散热片大得像几块砖头,里面的大风扇噪音扰的你没心情用电脑了; 4、电压不稳的地区,这台电脑可能根本没法运转,除非额外投资一台价值不菲,且仍然很沉重的交流稳压电源。 沉重的体量和经济负担,还想从娃娃抓起,让电脑普及?门都没有! 现代开关电源支撑的互联网数据中心,是这样的架势: 换成线性电源?恐怕以国家的实力也无法搞成! 没有开关电源,奢谈什么人工智能、通讯5G/6G前沿科技?统统扯淡! 没有开关电源,你想上网来跟我抬杠、附和或者怒怼我的观点?还是写信交给邮递员吧! 开关电源的大规模商用,节省下来天量级别的硅钢片、铜导线和铝散热片,这间接地保护了人类赖以生存的环境,同时带旺了关联产业链,尤其功率MOS、IGBT器件,电源专用集成电路,以及众多厂商,如Maxium公司等。 今天,你若拥有自己年年升值的房子,别忘了默默感谢一声开关电源的发明人,因为那些节省下来的海量钢铜铝,或许埋入混泥土,大部分流入了房地产建筑领域! 够了,所有证据指向这个结论:没有开关电源,现在的世界比蒸汽机时代,虽说强是强些,但决不会强到哪去。 所以说,开关电源的发明,比蓝光LED的发明,其对人类福祉的重要意义,超出不止一个数量级。 网上搜了一下,捋出下面一些信息: 虽然早在1836年就萌发了雏形,但直到1948年晶体管诞生,也就始终停留在这个无甚价值的雏形。科学发展史也有自身规律可循,显然,晶体管自身的商业化也需要足够时间才行。 这不?说那时,那时快。经历12年的生肖轮回,随着晶体管产业的逐渐成熟,终于在1960年,第一个初具商业价值的开关电源发明出来了,发明者是美国通用汽车公司的 Joseph E Murphy 和 Francis J Starzec。 如果现今这两人至少有一人在世的话,我强烈推荐授之下一个诺贝尔奖! 这也算是我的感恩吧,因为: 我最近的发明灵感源自于这两个先驱之启迪 不过,我不是那种重复发明轮子的人,而是采用类比电源的创新,搞出了 开关式液源 。 其实电源和液源本质上并无二致,只不过电路里跑的是电子,而液路跑的是液体,如液压油等。它们内部的物理公式都是可以一一对映的,例如:功率 = 电压 x 电流 = 压力 x 流量,等等。 具体零部件也是可以一一对映的: 电阻器 == 液阻器 二极管 == 单向阀 开关三极管 == 电磁阀 电容器 == 液容储能器 电感器 == 液流软管线圈 开关电源一定不能缺少电感器,只有它才能将低电压升至高电压,而且大家都认为这是电磁感应的功劳。至于变压器,本质上是两个电感器共磁芯耦合而成。下图展示的电脑电源中,稍具一点科普知识的人,都可识别出电感器和变压器。 正是因为开关电源对输入电压的宽范围适应能力,例如USB的5V充电器,若执意设计的话,完全可适应3V至300V的输入变化,且交直流不限,从而使得那些电压供应不稳的地区,或者从220V的国家,携机去120V的国家,所有这些应用场合,都不会受到影响。 从类比角度看,开关液源似乎也须有软管“感应”管圈,才能提升液体压力。这难不倒聪明的人类,生活经验早就昭示:简单至一根直水管,也能“感应”出高水压,那就是 水锤效应 。 若平时没注意,读完此文不妨在家里试一试,突然快速关断水龙头,看看是否水管里是否发出显著的撞击声。注意哟,试验风险自负:关得太急,有可能水管爆裂啊,若质量不过关的话。 所以说,水往低处流不是绝对的,设计一个巧妙的机关,也是可以让水往高处流的,正如3V电池能升至12V。 瞧瞧,市面上还有水锤泵卖呢: 也别把这玩艺想得那么了不得。其实,只要搞懂先人们搞出的成熟开关电源模块,照猫画虎,零件一一对映替换,就是一台不错的开关液源,不限制尺寸就行。 这种“山寨”也没有必要那么惟妙惟肖,因为电路里面很多零件,在液路环境下是多余的,尤其液路振荡器的频率很低,低至亚赫兹也有可能,那些高频滤波等零件就可省去。这就大大简化了设计,只是整体个头仍然显得庞大。 滑稽地倒回去想想,没准那个电磁感应效应,会不会就是简单的“电子锤效应”呢。嘿嘿,不能想多了,否则就民科啦。 当然,利用水锤或 油锤 效应一定要大尺度才行,要做出商品化的范式,可搬来搬去的开关液源,还得另辟奇径,这恰恰是咱自主知识产权的 硬核技术 所在,恕我暂时不便详细透露,等专利出版后,再慢慢道来。 资源拥有方,诸如车厂、天使投资人、风险资本啥的,如果有意助推此技术,可以提前随时来信,索取详细技术方案以便评估,恕我暂时只有全英文版本。 下面这张类比示意图,很棒地表述了电流和液流。 谈到电源,指明交流AC或直流DC再正常不过;液源呢?我们似乎默认了都是“直流”,例如大家看到的水泵,总是固定将水从一端搬到另一端,没见过水在里面双向振荡的。 但任何DC-DC的转换,中间一定要存在交流状态,即实际上是DC-AC-DC,或者说先DC-AC逆变,再AC-DC整流,因为唯有交流才能感应变压。前面提到的水锤泵产品,其实里面是存在“交流AC水流”的。 变压器的初级与次级是可以隔离的,当然也可连在一起接地,前者称为“冷板”,后者“热板”。若是没有隔离的话,手碰到热板可能会有触电的危险。 液路也有等价的“接地”和“隔离”概念,前者指连通大气的液箱,或者表明初级液回路用的液体,与次级所用液体,既允许“井水不犯河水”,例如输入侧用水,输出侧用油;又可“共饮一江水”,即两边合用一个液箱“接地”。大功率开关液源,肯定要用液压油作工质,一般初次两侧共用油箱,除非有特殊要求。 我的这一重大发明,必将像开关电源的诞生一样,开启人类液压能源应用的新时代! 往小的说,你甚至可将家里的自来水的能量,转换成300个大气压的液压油流,掀起栽重卡车的翻斗,虽然这样做大无必要,也不合算,因为自来水的价格比从中“偷”出来的动能要贵得多,且还要配套大口径水管,因为水的压力低,必然要流量大,才能维持液压DC-DC转换器输出相若的功率。 往大的说,有些配电站,没准将来要变成“配液站”,通过铺设的液压管基础设施,将高压液压油的能量,传送至特定小区。用户可把家里的电马达,换成液马达;要电的话,再用液压马达带一个廉价小发电机就够了。因为液压稳定供应,所以发电机不需要那么复杂。特别适用于各类马达用的特别多的地方, 通常 电力服务这类环境,需要补偿功率因素,如军营、雷达阵地、作战部、工厂生产线等。下面是我的构思草图: 一百年前,两个人间天才特斯拉和爱迪生,发动了那个著名的交直流未来走向之舆论战,最终特斯拉主张的交流输电完胜,我们至今仍在享用这一胜利成果。 那么,高压液流输能,是否将来也有一场类似的交直流之争的恶战呢?在对手尚未冒泡之前,我先把主张撂这里: 直流 液压输能 略显优势。 交流系统对长距离输送有利,方便各类再生能源并网后跨网段大范围分享,例如太阳能 电机 可以 驱动往复式液缸,将相位同步后,馈入液流网络,缺点是相位同步较麻烦。直流系统的再生能源并网最简单,但只能被所在直流侧的其它局部用户分享,缺点是无法大范围分享。 特殊性在于,液流输能不像电力输能有跨越千山万水的远大理想,且液交流频率的统一还得扯皮很长时间,再则管线长到不那么长的一定程度后,液压降已不可接受,故而微格域(microgrid)内 直流优势是显然的 。 上面这些,姑且当作我的 诗、远方和情怀 ,虽然技术上我已经把它盘熟了。若真有第一个敢“吃螃蟹”的,现在就“端上桌”也没啥问题。 当然,眼前最具价值的应用,当属我前几篇文章劲推的新型车用 动力总成 ,小至轿车,大至火车,皆可找到其逞能之地,且本能地具有再生制动功能,无级变速更是应有之义。 很多人想到纯电动车,既可不要变速箱,也可自带再生刹车功能,因为同一件东西,发电机和电动机在特定条件下可互换角色。 既然电流与液流都是“流类”一伙的,基本属性雷同,那么理论上,液源动力也可不要变速箱,且天然地自带再生刹车功能,因为液压泵和液马达也能互换角色。 实际上,可以是可以,但仅能停留在要求不高的场合,还需要打一些补丁才能成大器。例如液力变矩器,本身就是一个低端的变速箱(鼓),为何自动波的车还要串联一个专业变速箱呢?因为前者只能适应较低速度范围内的变速。同理,低档电动车可以不要变速箱,但高档的还是需要,如特斯拉正在中试的5秒左右可起步到满速的跑车版。 最后,衷心期待开关电源的发明,载入诺贝尔奖的光荣史册。我嘀咕,你嘀咕,他嘀咕,大家都嘀咕,也许这事就成了! 参考文献: 1、Switched-mode power supply https://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply 2、 第一个基于晶体管的开关电源专利: http://kiwaho.com/bu 3、水往高處流? - 水锤泵产品的运行视频,内部水流DC-AC逆变频率约0.5至1Hz http://kiwaho.com/bt 4、Hydraulic ram https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram 5、 蓝光LED为什么能获得今年的诺贝尔物理学奖? http://kiwaho.com/bv
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我在实验室的一些习惯
pinjianlu 2018-12-5 10:53
我在实验室的时候,一定会把垃圾分门别类存放,比如剪掉的短线会收集起来,而不要的包裹电线的胶皮会当做垃圾存放。有的人却认为我做事太过细心,心思太细,消耗过多精力,不是干大事的料。
个人分类: 科研随笔|2058 次阅读|0 个评论
【回囘囬】单闪灯的动画
热度 1 hailanyun0415 2018-11-29 23:43
上面这幅 3D 动画较大,可能需要等一段时间才会显示。如果看不到,可以按 F5 刷新一下页面,或者重新打开这个网页。 下方投影是电路图, Z 轴表示电位大小。电阻用倾斜板表示,垂直板描述了 PN 结的电位差,长方体支架描述了电容间的电位差以及 PN 结导通所需要的电位差。三极管分成了 c 、 b 、 e 三块, b 在 c 、 e 之间,很窄, c 、 e 的高度表示 Ucb 和 Ube 。 Ube 也是 PN 结,需要达到 0.7V 左右才导通。 电路中 LED 亮灯时间很短,但电流是 mA 级别的,其他支路电流是 μA 级别的,两者大小相差太大,所以没有在图中画出其他支路的电流。 两次突变间隔较短是因为电容充电时间或者说LED亮灯时间较短。 灭灯时间较长,这段时间内 LED的 长方体支架比较明显,意味着电压不够亮灯。两个三极管发射极的 长方体支架灭灯时也能看到,意味着电压不够打开发射结。 这两个电路图显然是一样的。我觉得画成矩形框更方便连线,每个元件位于一条边,中间再插两个三极管就可以了。电路里很多字母都有特别的含义,随便给电位点标字母很容易引起误解,例如: B 、 C 、 E代表了三极管的三个极, L、C代表电感, D代表二极管, P 、N 代表PN结,这些 字母最好不要用。 电位分析: 以 G 为地。 A 点电位最高,由于 LED 亮灯时两端电压会超过 1.5V ,所以电路取两节电池, A 点电位 3V 。 M 电位可变,由于 M 与 A 之间有 PN 结, A 电位为 3V , PN 结带来 0V-1V 的压降,所以 M 电位应在 2V-3V 之间。实际数据下限有可能更低。 F 电位可变,电位越高 LED 越亮。一般的红 LED 导通电压 1.8V ,所以可以估计亮灯时 F 比 G 点高 1.8V ,电位太低则灭灯, F 的电位估计在 1V-2V 之间。 H 电位可变,由于与 G 之间有 PN 结,所以 H 电位应在 0V-1V 之间,实际数据下限有可能更低。 F 电位比 H 高,使用电解电容时,正极需放在在 F 处。 仿真波形 用 2H2222A 和 2SA1015 仿真,充电时间约 0.8ms ,放电时间约 4ms 。相差约 5 倍。但闪得太快了,真实的模型里肉眼应该分辨不出是否有闪烁。仿真时结合现实的模型考虑了 2Ω 的电池内阻。 绿色波形为 F ,黄色为 H , F 电位较高时 LED 亮灯,此时 H 电位也较高,但逐渐下降,说明电容在充电。 F 电位较低时 LED 灭灯,此时 H 电位也较低,但逐渐上升,说明电容在放电。 F 的电位变化不大的原因在于 LED 的伏安特性是非线性的,电流越小电阻越大。电容放电时的电流很小,波形中 H 的电位从 0.2V 上升至 0.4V ,利用位于 H 与 3V 之间的 200kΩ 电阻可算出,所以,电容放电电流在 4ms 内从 14μA 降到了 13μA 。 紫色波形为 A ,蓝色为 M , LED 亮灯电流较大, A 的电位下降至了 2.6V ,利用 2Ω 的内阻可以估算出亮灯时电流达到了 200mA 。至于 M 的电位为什么下降这么多,可能与三极管的型号有关,也可能是 PNP 进入饱和状态了。 详细的分析下篇博文再说。 参考文献: 分析一个简单好玩儿的闪烁灯电路 2017.8.6 张先森的馆藏 http://www.360doc.cH/mip/677081176.htmF3
个人分类: 电子电工技术|4702 次阅读|1 个评论
【回囘囬】双闪灯的电流
热度 1 hailanyun0415 2018-11-25 14:08
接 上篇 电流分析: M 、 N 节点处的电流包括电阻电流、电容充放电电流、三极管基极电流。 由于电阻一般很大,所以电阻电流一般很小,例如:两个电阻取 50kΩ ,两节电池时,由于 M、N 电位在 0V-1V 之间,所以通过电阻的电流在 40μA–60μA 之间。电容的充放电电流也很小,而且衰减非常快,也是 μA 级别的电流。这样导致基极电流也是 μA 级别的电流,不过几十 μA 的基极电流已经足够让三极管在放大状态和截止状态之间切换了。 K 、 L 节点处的电流包括 LED 电流、电容充放电电流、三极管集电极电流。 电容充放电电流很小, LED 灭灯时电流较小,三极管基极电流较小时,集电极电流也很小,三者均为 μA 级别。 LED 亮灯时电流在 5-20mA 左右,电容充放电电流没有这么大,但如果三极管基极电流较大时会处于放大状态,集电极电流可以达到 5-20mA 。这个mA级别的电流是电路功耗的主要部分。 下图标注了电压,用导线粗细表示电流大小,显示了双闪灯的一个周期变化: 左上图 绿色 LED 灭灯,电压 1.85V ,仍能提供电流。 LM 间电容开始充电,电流从右极板流向 M , M 上方电阻也有较小的电流,两者共同作用形成较大的基极电流,使右下方三极管处于放大区,产生较大的集电极电流,红色 LED 亮灯,电压 1.94V 。 KN 间电容开始开始放电,电流从 N 点流向电容左极板,电阻上方有电流流向 N ,两者共同作用形成较小的基极电流,使左下方三极管处于截止区。 经过 3/7 周期后变成右上图。 右上图 绿色 LED 仍然灭灯,电压 1.64V ,电流为 0 ,此时LM间电容充电到了极限。 LM 间电容电压从 0.40V 充至 0.67V 。右下方三极管仍处于放大区,红色 LED 仍然亮灯,电压 1.81V 。 KN 间电容电压从 0.84V 放至 0.66V ,左下方三极管仍处于截止区。 电路即将突变为右下图。突变的原因在于 LM 间的电容即将开始放电,而 KN 间的电容即将开始充电。至于转换充放电的原因有可能是电容上方流过电阻和二极管的电流大小不同,也有可能是电容下方两个三极管对电流的阻碍程度发生了变化,或许还可以提供其他的解释。两个电容的充放电状态是同时突变的,若有先后顺序,则两盏灯将有同时熄灭或同时亮起的状态,但是从后面的波形上看,即使有这种状态,持续时间也不会超过 1ms 。 右下图 K、N、L、M的电位全发生了突变。 红色 LED 灭灯,电压 1.60V ,仍能提供电流。 KN 间电容开始充电,电流从左极板流向 N , N 上方电阻也有较小的电流,两者共同作用形成较大的基极电流,使左下方三极管处于放大区,产生较大的集电极电流,绿色 LED 亮灯,电压 2.21V 。 LM 间电容开始开始放电,电流从 M 点流向电容左极板,上方电阻有电流流向 M ,两者共同作用形成较小的基极电流,使右下方三极管处于截止区。 经过 4/7 周期后变成左下图。 左下图 红色 LED 仍然灭灯,电压 1.46V ,电流为 0 ,此时KN间电容充电到了极限。 KN 间电容电压从 0.67V 充至 0.85V 。左下方三极管仍处于放大区,绿色 LED 仍然亮灯,电压 2.09V 。 LM 间电容电压从 0.66V 放至 0.41V ,右下方三极管仍处于截止区。 即将突变为左上图。 仿真电路及波形: 从仿真的波形上看,红LED和绿LED的亮灯时间长短是不一样的,比值接近 3:4 。 K 、 N 的波形 L 、 M 的波形 参考文献: Astable Multivibrator (Oscillator) Dec 7 2016 http://www.falstad.com/circuit/e-multivib-a.html 双闪灯电路 2014-08-02 老白说模电 https://v.youku.com/v_show/id_XNzQ5ODQwMTcy.html?spm=a2hzp.8253869.0.0
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【回囘囬】双闪灯的动画
热度 2 hailanyun0415 2018-11-25 13:40
上面3幅3D动画较大,可能需要等一段时间才会显示。如果看不到,可以按F5刷新一下页面,或者重新打开这个网页。 下方投影是电路图,Z轴表示电位大小。电阻用倾斜板表示,电场用垂直板表示,电容间的电场用透明垂直长方体表示,三极管分成了c、b、e三块,b在c、e之间,很窄,c、e的高度表示Ucb和Ube。 蓝色和绿色电位高度接近时电路会出现突变,只能这么展示,并不是动画卡顿。 电路中LED亮灯时,回路电流是mA级别的,其他支路电流是 μA 级别的,两者大小相差约50-500倍,所以没有在图中画出其他支路的电流。 用3D图可以很方便的分析节点电位的变化以及电容的充放电。 电路图 电路中电阻为 50kΩ ,电容为 1.0μF ,电源为 3.0V ,红LED亮灯电压 1.8V 左右,绿LED亮灯电压 2.0V 左右。三极管为 2N2222A 。 电位分析: 以 G 为地。 E 点电位最高,由于 LED 亮灯时两端电压会超过 1.5V ,所以电路至少需要两节电池。两节电池时 E 点电位一般为 3V ,但如果电流太大,考虑电池内阻, E 点电位会略有下降。例如:内阻 2Ω ,总电流 50mA 时,内阻分压 0.1V , E 点电位将降为 2.9V 。如果没考虑这一点,模拟的数据有可能和实际的数据不符。 K 、 L 电位可变,电位越低 LED 越亮。一般的红、绿 LED 导通电压在 2V 左右,所以可以估计亮灯时 K 、 L 电位比 E 点电位低 2V ,电位太高则灭灯。若 E 点电位 3V , K 、 L 的电位估计在 1V-2V 之间,若 E 点电位为 6V , K 、 L 电位估计在 4V-5V 之间。电位有下限的原因可以通过分析电容的充放电来解释。 M 、 N 电位可变,电位较低时,与之相连的三极管截止,电位较高时三极管导通。因为发射极有 PN 结, M 、 N 电位应在 0V-1V 之间。该范围与电池数量无关。 K 、 L 电位较高,使用电解电容时,正极需放在在 K 、 L 处。 电容充放电分析: 电容充电时,充电回路包括 LED 、电容、电容斜下方三极管的发射极。由于 PN 结均为正向,电阻较小,所以时间常数较小,充电时间较短。 电容放电时,放电回路包括与电容相连的电阻、电容、电容下方三级管的集电极 - 发射极。电阻较大时,时间常数较大,完全放电所需时间较长。 由于充电时间短,完全放电时间长,所以电容正极板电位即 K 、 L 电位有可能不会下降太多,就又开始上升了。这就是 K 、 L 电位有下限的原因。充放电转换的瞬间,电容两端的电位会突变,但电容电压不变。例如:突变前 U L =2V , U M =1V ,突变后 U L =1V , U M =0V ,虽然 U L 、 U M 发生了突变,但两者的差值即电容电压保持 1V 不变。 上面两点分析都可以结合3D动画来理解。 上图显示了充电回路 ( 左 ) 和放电回路 ( 右 ) 。但只是标注出了回路,没有显示电流大小。电流的分析下篇博文再说。 参考文献: Astable Multivibrator (Oscillator) Dec 7 2016 http://www.falstad.com/circuit/e-multivib-a.html 双闪灯电路 2014-08-02 老白说模电 https://v.youku.com/v_show/id_XNzQ5ODQwMTcy.html?spm=a2hzp.8253869.0.0
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【回囘囬】5-1=2? 单节点电路?
hailanyun0415 2018-9-21 13:14
5-1=2 ? 图 1 有 3 个节点, 5 条支路。如果利用戴维南定理计算 R 1 的电流,则需要先把 R 1 所在支路给拆了,电路就变成了图 2 ,由于 A 、 B 没有分叉,所以图 2 只剩 2 条支路,从支路的角度来看就是 5-1=2 。此时 A 、 B 不能算节点,可以认为是拐点 。又因为总共只有两条支路,所以 C 也不能算节点,从节点的角度来看或许可以是 3-2=0 吧。 单节点电路 ? 节点 (nodal) 类似于图论里的顶点 (vertex) ,但一般认为节点应是至少 3 条支路的交点 。所以逻辑上来说单节点电路至少需要 3 条支路,例如图 3 。 由于图3中类似图1上的 A 、 B 、 C 三点被导线连起来了,所以可以看成一个点, R 1 没有电流。画成图 4 可能看得更清楚一点,只有 3 条支路。至于是不是能看成单节点电路,我也不是很肯定,因为在中心点的电流并没有分叉,与其说是交点,倒不如说是切点。 图4 为什么节点要规定为“至少 3 条支路的交点”呢?一般电工学教材上的节点电位法其实就是节点分析,在 wikipedia 有 nodal analysis 的页面 ,该方法还有一些名称如节电压分析 (node-voltage analysis) 、分支电流方法 (the branch current method) ,那么节点的英文应该就是“ node ”了 ,来源于罗马的 nōdus , 类似于英文的 knot ,即“结”。 wikipedia 上并没有说“至少 3 条支路的交点”,但有了这一规定,就不用考虑支路里两个元件之间的电位,可以少很多未知数,解题列方程时会方便很多吧。 参考文献: 董毅. 电路与电子技术 . 北京:机械工业出版社,2017:1 https://en.wikipedia.org/wiki/Nodal_analysis https://en.wikipedia.org/wiki/Vertex_(graph_theory) https://en.wiktionary.org/wiki/node
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【回囘囬】电路图变换
hailanyun0415 2018-9-10 22:20
制作软件: 几何画 板: http://www.jihehuaban.com.cn/goumai.html 扣扣视频秀: http://www.28video.com/
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Hodgkin–Huxley(H-H)model(神经传导模型)
richor 2018-5-30 20:41
如何理解神经冲动的传递? 轴突末端释放递质分子,树突接受到,刺激产生离子梯度,得到初始压强差。然后沿神经元传导。轴突距离神经元主体比较远,一根很长的轴。所以,传出的时候,是一样的分开,接受的时候从不同的方位,还可以分辨。 V(x,t) 应该是一个峰值传递的样子。 V K , V Na 为二者的能斯特电势差,由浓度差决定。 电容怎么理解? 静息的时候,膜内电势低。大多数细胞的静息电位在 -10~-100mV 之间。 【能斯特势的理解】 电势低的地方,阳离子多;电势高的地方,阴离子多,这样才会达到一个平衡。因此膜内的电势要低,所以 K+ 多是平衡的。我们测的静息电位,是从外到内有一个电流,说明本身有电势差。 K+ 离子浓度的分布要平衡此电势差,才是平衡的。如果外面 K+ 离子多,膜对 K+ 离子又是通透的,那么 K+ 肯定是要进去的。能斯特势(离子梯度势)就是与静息电位抗衡的,所以是外 - 内+。而且能斯特势建立在膜的通透性的基础上。静息电位可以由离子泵产生。 Cable theory 可以给出: 这样就可以得到一个关于 V(x,t) 的方程。 该模型建立了神经信号传导与离子通道之间的关系。压控离子通道第一重要。 【动作电位传导过程】 静息电位和各离子的膜内外浓度差说明,静息的时候, K+ 离子通道开启, Na+,Ca2+ 离子通道关闭。刺激后, Na+ 通道开启,导致膜电位反转(说明静息电位靠 Na+ 离子浓度维持)。膜电位反转后, Na+ 离子通道关闭, K+ 离子通道使得 K+ 外流,膜电位恢复。但 Na+ , K+ 浓度倒转了,所以离子泵还需要加班工作。 https://wenku.baidu.com/view/5b0bed72af1ffc4ffe47ac48.html 从中可以明白,压控的 Na+ 离子通道很关键。 K+ 离子通道似乎并不是那么关键。
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【回囘囬】电路鸣泣之时(三)—节点电位法
热度 1 hailanyun0415 2018-2-21 19:53
图1.1 节点电位法在有的教材上写成了节点电压法,我觉得还是用电位好一些。节点电位法用来列方程的电路图对于初学者来说会感觉很怪异,很少出现回路,大多是一些树枝般的形状,这种感觉并不是多刷几道题就能克服的,能接受这一点应该就算掌握了节点电位法的精髓吧,但是,估计有不少人学完电工学以后,哪怕考试考了八九十分,其实也没有掌握这一点。 节点电位法的基础是KCL ,列方程时需要知道与中心节点相连的电阻,电阻另一端的节点电位,以及流入流出中心节点的电流。和回路电流法相反,节点电位法喜欢电流源,讨厌电压源,最容易出错的地方在于 “ 没有内阻(串联电阻)的电压源需要增加一个电流做未知数 ” 。 图3.1 图3.1 中列出的方程组如果把分母相同的项合并,则每个方程都是一个KCL 方程。那么为什么不写成KCL 方程的形式而要写成这种形式呢?因为这种形式可以直接读出系数矩阵,据说很多电路模拟软件都是用的节点电位法。不过这种方法对于初学者有一定难度,一般的学生学不会也不太愿意学。其实如果只需要学会列方程的话,大概刷差不多4 、5 道题应该就能熟练掌握了。 图3.2 图3.2 的解法也属于节点电位法,只需要解一个方程,因为取的变量不同所以方程看上去和回路电流法的特殊解法不同,但最后的结果是相同的。这种解法能使用的原因同样在于电压源没有串联电阻、电流源没有并联电阻,列方程时不需要考虑电压源的分压以及电流源的分流。这是本题的一种特殊解法,并不能在其他电路题中推广。 图3.3 图3.3 增加了两个电阻,此时特殊解法就不能用了。但利用电压源电流源互换以后,用节点电位法解题只需要3 个方程,见图3.4 。虽然多了两个电阻,但从解方程组的角度上来说反而比图3.1 更简单。增加了2 个电阻,理论上来说至少增加了2 个未知数,但用同一种方法求解所需的方程数量反而更少了,这一点挺有趣的。 图3.4 可惜啊,标题不能有 𡇌 字。 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时(一) 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时(二)— 回路电流法 电压源和电流源动画(2017)
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【回囘囬】电路鸣泣之时(二)—回路电流法
热度 2 hailanyun0415 2018-2-21 19:50
图1.1 回路电流法的基础是KVL ,属于万精油解法,一般的电路题都可以用,可惜列方程容易解方程难,考试时有3 人列对了方程,但算错了结果。回路电流法喜欢电压源,讨厌电流源。最容易出错的地方在于 “ 没有内阻(并联电阻)的电流源需要增加一个电压做未知数 ” , 考试时有10 人忘了这一点。 图2.1 图2.2 图2.2 的解法也属于回路电流法,只需要解一个方程,第一次看到时有种惊艳的感觉。能使用的原因在于电压源没有串联电阻、电流源没有并联电阻,所以列方程时不需要考虑电压源的分压以及电流源的分流。这是适合于这一道题的特殊解法,并不能在其他电路题中推广。 图2.3 图2.3 增加了两个电阻,特殊解法就不能用了,而且用前文提到的戴维南定理和叠加定理也不好算,但利用电压源电流源互换以后,用回路电流法解题只需要3 个方程,见图2.4 。虽然多了两个电阻,但从解方程组的角度上来说反而比图2.1 更简单。不过这种方程组必须多写几步才能找到系数矩阵,这也是回路电流法不如节点电位法的原因。 另外,图2.3 如果做考题的话,考的就是学生解三元一次方程组的速度和技巧了,一般人算这种东西应该都会有点烦躁吧?如果有检查的习惯但又有点小粗心的话,有可能每算一次都会出来一个完全不同的结果。在有了电脑以后,我就很少用手解方程组了,而且现在有很多可以解方程组的app ,可以节省很多时间。如果以后考试时能用断网的手机和电脑,这类技巧的地位是否会如同现在的算盘一般呢? 图2.4 可惜啊,标题不能有 𡇌 字。 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时(一) 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时(三)— 节点电位法 电压源和电流源动画(2017)
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【回囘囬】电路鸣泣之时(一)
热度 3 hailanyun0415 2018-2-21 19:46
图 1.1 图 1.1 是上学期期末考试里的一道计算题,难度不大,但很可惜,正确率不到 30% 。此题的解法至少有 6 种,统计数据如图 1.2 图 1.2 1. 戴维南定理 有 26% 的人选择了这种解法,这 13 人中能正确画图并算出结果的有 5 人,占 38% ,在所有解法中正确率最高。 采用这种方法的人应该比较喜欢画图。 戴维南定理需要将所求支路断开 ( 或者说换成 ∞ 的电阻 ) ,算出开路电压,然后将 “ 电压源 → 短路,电流源 → 断路 ” ,算出等效内阻,最后将开路电压、等效内阻、支路串联在一起,算出支路的参数。一般来说,少一条支路,电路会更简单一些,所以这是我做题时最喜欢的解法,而且这种操作在分析电容充放电时也会用到,相当实用。可惜选择的人数并没有想象中多,可能是学生不愿意多画三个电路图吧。 图 1.3 2. 叠加定理 有 14% 的人选择了这种解法,但这 7 人中能正确画图并算出结果的只有 2 人,占 29% 。 采用这种方法的人或许很擅长将物品分类。 叠加定理也用到了 “ 电压源 → 短路,电流源 → 断路 ” ,看上去很简单。本题中之所以电流源能用分流定律,是因为电流源右方的 5Ω 和 6Ω 两电阻电压相等。如果电压源有内阻,这样用分流公式来做就是错的。学生作答时并没有强调这一点,有可能只是因为死记了个公式碰对了结果,实际的掌握情况是存疑的。 图 1.4 3. 回路电流法 有 36% 的人选择了这种解法,选择的人数最多,采用这种方法的人应该比较合群吧。但这 18 人中能正确画图并算出结果的只有 5 人,占 28% 。第 3 、 4 种解法的动画见 : 回路电流法 4. 回路电流法 ( 简 ) 有 8% 的人选择了这种解法,但这 4 人中能正确画图并算出结果的只有 1 人,占 25% 。这 4 人应该是这批学生里思维最活跃的。 5. 节点电位法 有 4% 的人选择了这种解法,可惜这 2 人方程列错了,不过他们应该是这批学生里最有勇气的。第 5 、 6 种解法的动画见 : 节点电位法 6. 节点电位法 ( 简 ) 没有一个学生选择这种解法。 7. 电压源电流源互换 有 2% 的人选择了这种解法,但该生把电路图变换成了一个错误的电路图,解出来的结果自然也是错的。不过,选择这种方法的学生还是有进一步提升的可能。 4 节点的电路偶尔能用这种方法进行部分化简,但求解应该太不可能。 8. 完全没思路的学生 有 10% 的人完全无法动笔,通过一个学期的教学,面对这种题目居然完全无法动笔,应该就是那些从不听课、每次作业都抄袭的学生了。 后记 出卷时,本题我提供的标准答案只有第 1 、 3 两种解法,因为戴维南定理、回路电流法能推广应用到复杂的电路,本来的目的是考察学生对于这两种解法的掌握程度。改卷过程中,发现了其余 4 种解法,这也算得上是教学相长吧。学生并不需要掌握所有的方法,但上课的老师可能还是得多掌握一些。 本文和 “ 寒蝉鸣泣之时” 无关,只是借用了这四个字,半透明遮罩的动画特效不知道是否可以命名为“鬼隐”?另外,看了知乎里 “ 「茴香豆的『回』字有四种写法」让你有什么启发和感慨? ” 后,感觉挺有意思的,打算做一个【回囘囬 𡇌 】系列,主要内容是教学过程中遇到的普通学生不需要 100% 掌握的一题多解或相似的概念和电路。这一篇的图太多了,分成三部分吧。 可惜啊,标题不能有 𡇌 字。 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时 (二)- 回路电流法 【回囘囬 𡇌 】电路鸣泣之时(三)- 节点电位法 电压源和电流源动画(2017)
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电路中一阶惯性环节的对数频率特性和波特图之间的误差(曲线)
zlyang 2017-4-14 12:16
电路中一阶惯性环节的 对数频率特性 和 波特图 之间的 误差 ( 曲线 ) 电路和控制理论里,一阶惯性环节传递函数对数频率特性和波特图( Bode plot,Bode magnitude plot,Bode phase plot )之间的误差(曲线)。 真傻自己编程序算的。 感谢您的指教! 最大误差 3.01 029995663981 db 最大误差 5.71 059313749964 º 没有仔细计算,这些误差的 前 3 位 有效数字应该没问题。 相关链接: Bode plot, From Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Bode_plot Hendrik Wade Bode, From Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Wade_Bode 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误!
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电路的频率特性(波特图)与杀人!
热度 1 zlyang 2017-4-13 15:28
电路的频率特性(波特图)与杀人! 电路的频率特性,特别是波特图 (Bode plot: Bode gain plot, Bode phase plot ),可以用作自动控制系统的稳定性、稳态精度、动态性能的设计与分析。 而当初自动控制系统的一个直接目的,就是研制“自动武器”! 因此,频率特性,可以用来杀人! 三国时期的诸葛亮曾有一番关于用兵的宏论: “夫兵者,有可见之兵,有不可见之兵。可见之兵者,荷戟执戈,肉身之士;不可见之兵,日月星辰,风云水火,山川之灵气,如此万物万象均可为兵。” 意思是说,在战场上,除了看得见的手持兵器的士兵外,其他天候、地理、万物万象等客观条件,通过指挥员的主观筹谋,都可以作为一种无 形的甚至是至关重要的制胜因素,能动地运用于作战中,最终达到制胜之目的。 https://zhidao.baidu.com/question/1112848890304357939.html “新概念武器”,并不新,诸葛亮早就用了。 基础研究,对于近视眼的急功近利者,往往看不见用途,如希特勒。 可怜的傻小子阿道夫•希特勒,一位没有毕业的中学生, 完全不了解科技发展的规律。 只懂得 像V-2飞 弹这样的近期可用, 不懂得原子弹、计算机(密码机)等的威力。 学以致用,弄不好会变成荒谬的自我欺骗! 因为人不是观音菩萨,施一公说: “因为你无法预测将来,无论是科学发展还是技术革新,你都是无法预测的,这个无法预测永远先发生,你预测出来就不叫创新。” 假如你不知道将来会用到什么,你怎么知道应该学什么? 教育,是中华民族腾飞的核心源泉之一。 “钱学森之问”,假如存在的话,是必须解决的重大课题。 请不要用落后的观念, 来扼杀和阻挠“钱学森之问”的解决。 请不要做历史的千古罪人。 “过而能改,善莫大焉。” 阿 Q的自我胜利, 抵不过核武器的爆炸。 阿Q的自我美梦, 抵不过生物武器的侵袭。 科学的态度是“实事求是”,“自以为是”和“好为人师”那样狂妄的态度是决不能解决问题的。 我们民族的灾难深重极了,惟有科学的态度和负责的精神,能够引导我们民族到解放之路。 在今天仍然具有重要的警醒意义。 相关链接: Bode plot, From Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Bode_plot Hendrik Wade Bode, From Wikipedia, the free encyclopedia https://en.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Wade_Bode 凤凰网资讯 历史 中国现代史 正文,2011-01-12,二战中伦敦被V-2飞弹的恐怖阴云所笼罩 http://news.ifeng.com/history/zhongguoxiandaishi/special/jian20/detail_2011_01/12/4249870_0.shtml 数苑网,2010-04-21,数学家图灵破译密码的故事 http://www.math168.com/sxyy/1534.htm 中国经济网,2004-12-12,各国首颗原子弹记录 http://www.ce.cn/ztpd/xwzt/guoji/2004/shijiehwzl/shijiehwzlbj/200412/12/t20041212_2556915.shtml 1938年,哈恩成功地把铀原子核打裂成两大块,震动了全球科学界。匈牙利血统的美国物理学家西拉德1939年7月邀请了另外两名匈牙利血统的物理学家威格纳和特勒,一起拜访了物理学家爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯,陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响作用。8月,爱因斯坦即写信给美国总统罗斯福,详细阐述了研制原子弹的重要性。萨克斯在白宫和罗斯福共进早餐的时候,还讲了一个历史故事,大意是拿破仑由于没有支持发明汽船的富尔顿,因此错过了用汽船装备法国海军打败美国的机会。罗斯福被萨克斯的论证所打动,决定支持研制原子弹的工作。 施一公,2016-06-08,施一公:中国大学的导向出了大问题 http://learning.sohu.com/20160608/n453519357.shtml 中共中央文献研究室,2013-10-17,毛泽东重要论述 http://www.seac.gov.cn/art/2013/10/17/art_7110_192571.html 科学 的态度是“实事求是”,“自以为是”和“好为人师”那样狂妄的态度是决不能解决问题的。 我们民族的灾难深重极了,惟有科学的态度和负责的精神,能够引导我们民族到解放之路。 毛 泽东:《新民主主义论》 (1940年1月),《毛泽东选集》第2版第2卷第662—663页 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误!
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我们并不落后!“光电混合集成电路”随想
热度 5 zlyang 2016-3-21 13:51
The farther back you can look, the farther forward you are likely to see. ― Winston Churchill 丘吉尔: 你能看见多久的过去,就能看见多远的未来。 我们并不落后!“ 光电混合集成电路 ”随想 看到美国电气电子 工程师学会院士(Fellow, IEEE)闵应骅老师的精选博文《光电混合集成电路(160321)》, 突发一阵莫名其妙的随想。 遥想当年,真傻一阵莫名其妙,仿照门捷列夫的元素周期表,改进了蔡少棠(Leon O. Chua)教授 的“电路元件关系图”,在世界上首次完善了“互容”的概念。 只知道有用的人,强迫我说“互容”有什么用。被逼无奈的我只好随口说: 可惜,这个胡言乱语是个落伍的想法。据说有人试过了,散热难题解决不了。 德国的战略家、预言家俾斯麦,通过对发生在19世纪下半叶的中国与日本向西方 学习的运动却认为:“中国和日本的竞争,日本必胜,中国必败。因为日本到欧洲来的人,讨论各种学术,讲究政治原理,谋回国做根本的改造;而中国人到欧洲来的,只问某厂的舰炮造得如何,价值如何,买了回去就算了。” 急功近利,临渊羡鱼。从不去退而结网。不劳而获?能量守恒? “ 科学文化的历史积淀不够 , 科学价值观存在一定偏差 , 科学原创自信心尚显不足 ,正在成为制约中国科学走向卓越的深层次因素。”于是,从某种角度看就成为必然。 相关链接: 闵应骅,2016-03-21 ,光电混合集成电路(160321) 精选 http://blog.sciencenet.cn/blog-290937-963826.html Neil Savage, Linking Chips With Light, Posted 23 Dec 2015. Researchers integrated 70 million transistors and 850 optical components into a silicon processor using standard chipmaking tricks http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/linking-chips-with-light 太监 真傻 ,1995,关 于“互容”概念的意义 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm http://www.cqvip.com/QK/98031X/199504/2000725.html 中国科学院,2014-05-26,中国科学院学部主席团发布《追求卓越科学》宣言 http://www.cas.cn/xw/zyxw/yw/201405/t20140525_4126367.shtml 科学文化的历史积淀不够,科学价值观存在一定偏差,科学原创自信心尚显不足, 正在成为制约中国科学走向卓越的深层次因素。 新华网,2014-05-26,中科院学部主席团发布《追求卓越科学》宣言 http://news.xinhuanet.com/politics/2014-05/26/c_1110867000.htm 新华网,2007-01-18, 日本必胜 中国必败 从俾斯麦 预言看我军建设 http://news.xinhuanet.com/mil/2007-01/18/content_5622644.htm 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误!
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[转载]生产电路的新时代:工程师把电路打印到纸上
alaclp 2015-10-25 12:14
网易 科技讯 11月27日消息,人类历史上最伟大的技术进步之一就是把文字打印到纸上的能力。而现在,归功于田纳西大学工程学院的助理教授Anming Hu, 正是技术本身被打印到了纸上。 机械、航空与生物医学工程学院的Hu教授已经找到了一种方法,可以把电路打印到纸张上。这一技术的主要冲击力体现在:在不久的将来,任何电子设备的制造成本将大大节省,而便 携程 度也会显著增加。 “能够设计你需要的电路,然后将其打印出来,有了这样的能力,就可以实现更迅速及时的电路设计、更简单的控制以及更低廉的成本,”Hu教授说。“在你需要的时间打印你需要的电路的能力可以彻底变革很多事物。” 这一技术所能带来的最大进步之一可能发生在医学领域。当前,不计其数的人遭受疾病或者苦痛之折磨,使得他们经常需要看医生或者进行医学检测。拿糖尿病患者来说,他们依赖于日常的手指扎针抽血来检测血糖含量。有了一个封入不透液体的护套的纸质电路,将来有一天就可以把带有这样的纸质电路的传感器植入这些病人体内,然后就不仅可以检测出血糖含量什么时候偏离正常值,也可以在需要往体内注射胰岛素的时候发出信号。 “能够研发一个不透液体的封闭系统,而且有内置电源,这样的能力将会为很多医学领域之进步铺平道路。”Hu教授表示。“目前,研究的焦点是如何设计线路以使电路更小。” 想要搞明白Hu教授研发的电路打印系统如何运作,最简单的方式就是拿喷墨式打印机来类比,但是从油墨盒喷出来的却是液体金属。Hu教授和他的团队在测试了三十多种不同材质的纸张后,才明白到标准的喷墨打印纸和其他任何纸张同样有效,而且相对来说也最便宜。另一方面,他们所使用的金属也最普通不过了。“我们利用银块来制作纳米线,”Hu教授说。“相比制作电子线路的‘常态’方式,银依然非常便宜,而且远比铜耐用,因为铜很容易氧化。”Hu教授和他的团队有能力把纸一样薄的电路折叠5,000次,而丝毫不损坏其很高程度的功能性,也不用担心制成品的耐用性。 虽然这样的电路的最常态的影响力可能体现在医学使用上,但是其灵活性和易于使用性则意味着,凡是电子产品,都可能从中受益。“从长远来看,这一技术的全球推广使用将推动发展进程,”Hu教授说。“但就目前而言,我们将专注于提高改进这一新类型的打印技术的运作机制,研发多重喷最打印。” 而在另一篇文章《纸质电子技术可能让医学治疗更廉价》中,也提到了这一技术,全文如下: 将来,纸面上的电子传感器大有可能大幅削减很多医疗器械的价格,从机器人帮手到诊断检验工具。通过直接把导电墨水打印到纸上,科学家如今已经发展出了一种更快、成本更低的方式来制造传感器。他们的研究成果发表在美国化学学会(American Chemical Society)的杂志Applied Materials Interfaces上面。 Anming Hu教授及其同事指出,因为纸张在世界范围内易于获取,价格低廉,使其成为轻微的、可折叠的电子元件的极佳载体,而且几乎可以在任何地方制造,在任何地方使用。其实之前,科学家就已经制造出了基于纸张的即时诊断工具和便携的DNA检测器。但是,这些仪器需要既复杂又昂贵的制造技术。银质的纳米线墨水高度导电而且稳定,提供了一个更实际的解决方案。Hu教授和他们团队希望研发出一种技术,直接把金属墨水打印到纸面来制作传感器,而这样的传感器又可以对碰触或者诸如葡萄糖等特定分子作出回应。 研究人员开发了一个打印系统,能到在短短几分钟内把一个银质墨水图案打印到纸上,然后用照相机闪光灯照射使其变硬。即使被弯曲,被反复折叠展开15次,被反复卷曲铺开5,000次,打印出来的传感器还是可以对碰触作出回应。该团队最后得出结论,他们打印的既耐用又轻微的传感器可以应用于很多应用软件上。 (编译:曹建峰)、 来源:http://tech.163.com/14/1128/01/AC3PS1RL000915BD.html
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狄拉克δ函数应用的迷思
热度 12 xying 2015-6-12 08:06
理工科学生都知道狄拉克δ (x) 函数。作为解决实际问题的数学模型,它基本有两种用法。一是类比于分布函数,把所有权重集中在一点,用积分来抽取与之相乘的函数在这点函数值。狄拉克在获取连续谱波函数分解系数时,以此来与离散谱的计算保持形式和直观上的统一。傅立叶变换与傅立叶级数分析的类比即是如此。另一,常用在工程中,称为单位脉冲函数,作为简化计算的近似数学模型,计算系统在极短时间内供应了总量后的状态变化。前者模型关心极限处的性质,用有穷的此岸推测无穷彼岸中的表现,后者用极限来近似现实中瞬间作用后的状态。这两种应用的模型很容易转换地想象,互相解读,非常直观。 和 这是人们通常了解δ函数的基本性质。上篇 《狄拉克δ函数的数学迷思》 里谈过,在严格数学意义上,δ函数不是数域到数域的函数,而是个定义在函数空间上的泛函。上面的两个公式不是δ函数的真正定义,前者只是它在函数对偶空间以参数为变量的范数值函数,或看作单位脉冲函数极限情况的性质;后者则是对常值 1 函数积分内积的泛函值。它们都不足以确定广义函数,只是部分性质的描述。真正能够反映泛函功能的定义应该是: 从δ (x) 函数容易推出一些初等性质,如缩放、对称、平移、线性、代数、微分等等,也有许多典型用法的范例,物理和工程学生多已熟知。有这些知识后,在绝大多数情况可以忘却数学上泛函的定义,以上述δ函数基本性质为数学模型,只用到初等代数运算和微积分的基本概念,便能让物理学者和工程师不需要解微分方程,凭借直观推理得出许多问题的答案。 学了更多数学知识的人会以为,用这个只需要初等数学的工具解题,应该不是件难事。其实,按数学从定义开始的严格推理,与应用者拥有许多已知实例和模式来直观推算,是两种不同的才能。就像程序员自始至终独立开发软件,与在所知甚少已有的大程序中纠错扩展,这是两种不同的技能。 物理学者和工程师的基本功是直观想象,用一个个可以清晰想象的概念作为思考的砖块,被验证或证明成立的事实和理论作为构件,典型模式作为算法结构,通过逐步的推测来理解事物,以此构建心中世界的图像。在这过程中,累积了大量的实例、推理模式和抽象规律。应用起来左右逢源,不再纠结于长考。凡对所学没有清晰图像的人,书没读通,更无把握应用和研究。 现在将δ函数的一个应用为例,挖掘工程师知其然背后的所以然。也以此说明,对工程师们都能轻松解的题,缺乏经验即使更有数学知识,却会在深思中迷惑。 下面是清华大学的电路原理课一道题(图例抄自课文),在几个论坛里,就见过电机、物理和数学大学生和教授,对电阻 R 上的初始电流 $i_R(0)$ 值的解题争议。吵什么呢? 对工科生都不难推算如下。这个脉冲电源供给的电量 Q 是 1mC (题中没给出单位,毫库仑是对电子电路合理的量级),在极短的瞬间加在 1mF 电容后,产生的电压是 U= 1mC/1mF = 1V ,这电压加在电阻 R=1k Ω 上的电流是 I R (0) = U/R = 1V/1k Ω = 1mA ,经过 1 秒 RC 电路放电后,电流是 I R (1)= I R (0)exp(-1/RC) = 0.368mA. 这不过是考 RC 线路电流和电学单位而已。 详细点写出公式和推理过程。电量是电流在时间区间上的积分。在脉冲源供电时,这瞬间,电源上所有的电量 Q 都到了电容。按电容上电压与电量的关系,这时电容 C 两端的电压是 $Q/C$ 。与之并联的电阻有相等的电压,所以电流 $i_R(0)=Q/RC$ 。当 $t 0$ 时,脉冲电源不再供电了,这是典型的电容通过电阻的放电过程,已有熟知的公式: $ i_R(t) = i_R(0)\exp(-\frac{t}{RC})$ 。套入数值便得到答案。 对爱思考的人,质疑来了。针对这个推理过程中δ函数作用,凭什么脉冲电源中所有电量都到电容里,去电阻的只有 0 ? 答:供电时,因为持续时间极短,在这无穷小的瞬间,通过电阻的电量为 0. 又问:这只有现实中通过电阻的电流 $i_R(0)$ 是有限情况才对呀!既然电源的电流δ (0) 可以是无穷大,在这假定的极端情况,为什么 $i_R(0)$ 不能也是无穷大? 这就需要用电压等式来进一步解释。如果 $i_R(0)$ 是无穷大,则电阻和与之并联电容上的电压也是无穷大。这只有电容上的电量也是无穷大才有可能,而已知的电源总电量是 1 ,矛盾排除了这个可能。所以 $i_R(0)$ 必须是个有界的数,不论是多少,这个瞬间流过电阻的电量都是 0 。所以说,电源中所有的电量,在无穷大电流下一瞬间都给了电容。当然,实际电路上的电流不可能是无穷大,也没有供电区间为 0 的δ函数电源,但上述的分析推算,不难看出是一个很好的近似,当供电区间非常小时,脉冲电源的电量几乎全到了电容上。在极限情况则全部是了。 既然质疑这 $i_R(0)$ 的数值,我们最好验算一下。这关于电压电流均衡状态的数值,最好用方程来说明。在电源充电的瞬间,根据电流和电压公式,分别有: 将式( 1 )在 区间( 0 的无穷小邻域)积分,代人( 2 )式后有 ,便得到 ,这与工科生的算术推理完全一样。 有人再较真这电容的瞬间充电过程。一说是电容在开始充电的瞬间形同短路,它上面的电压是 0 ,所以电阻上的电流也应该是 0 才对。而上面认为,这电压不是 0 ,是电容上被脉冲电源瞬间建立起的电压,因此电阻上的电流必须是上面的计算数值。也有的说,这该是你们说的两数中间值。 到底哪个对呢?其实各有道理,一个着眼于电源开始供电的时刻,另一反映了供电完成时刻,还有的在中间。将这供电的瞬间从 0 拉长为实际的区间,在开始供电的过程中,电阻上的电流随着电容充电建立起电压,从 0 开始上升直到最大。在电源停止供电后,才从最高点按指数函数下落。δ (t) 函数是将这个脉冲电源供电区间收缩为一个点的极限情况,所以在这个时间点上,电阻上电流的数值可以是从 0 到 1/RC 区间中某个数值,依它是从脉冲函数的什么相位来看而定。 认真地用数学证明方式验算一下,假设电源供给矩形脉冲电流是: $H_{h,k}(t)$ ,这里 h 是脉冲时间区间的宽度,k 是在 0 到 1 中的一个时间相位值,我们来看在这供电区间电阻上的电流是多少。 这个矩形电流脉冲的宽度是 h 高为 1/h ,所以总电量是 1 ,脉冲从 $–kh$ 时刻开始 , $0\le k\le 1$ 。不难列出这电路上在电阻电流 $i_R(t)$ 的微分方程 它的解在 $-kh \le t \le(1-k)h$ 区间是: 我们有 , 当脉冲宽度趋向 $h \rightarrow0$ 时,矩形电流脉冲函数 $H_{h,k}(t) \rightarrow \delta(t)$ ,这时有: $i_R(0) =\frac{k}{RC}$ , k 是 0 到 1 中的一个数,所以依 0 点在脉冲电流源的相位, $i_R(0)$ ,可以是 0 到 1/RC 中的某个数值。 再回到极限前的情况,注意到在 0 点矩形电流脉冲并没有结束供电,供电结束是在 $t=(1-k)h$ 时刻,这时电阻上的电流是: 当脉冲宽度趋向 $h \rightarrow0$ 时,电流脉冲 $H_{h,k} f(t) \rightarrow \delta(t)$ ,供电结束时间 $t=(1-k)h \rightarrow0$ ,记为 0+ ,在这时刻 $i_R(0_+) = \frac{1}{RC}$ ,可以证明,这对于无论什么样的脉冲电流源理想化成δ函数都是一样的。 数学上 $i_R(t)$ 在 0 点是个函数值从 0 跳跃到 1/RC 的间断点,作为这点的定义值,它具体是哪个数值,对工程应用并没有什么意义,而右极限 $i_R(0_+)$ 的数值,是脉冲电源供电后决定后续变化的初值。所以在应用上不再区分 0 与 0+ ,认为 $i_R(0)=i_R(0_+)$ 。在脉冲电源供电期间,通过电阻的电量是它上面的电流对这段时间区间的积分,不难算出当 h 很小时约等于 $h/(2RC)$,以致在极端情况可以忽略。这时所有的电量可以看作都加在电容上。 这便是对这种应用模式的工科计算,穷究到底的数学依据。在分析δ (x) 函数作为动力源的工程系统中,有了可以模仿的范例后,工科生都会很自然地认为它所带来的总量在 $t = 0$ 时刻,可以完成对电容的全部赋予,用直观的算术推理便能得出答案,而不必重覆细究这应用模式的细节证明。 在这里我们可以看出数学和应用者的解法不同。物理和工程的思考如同算术的计算,套用各种熟知的模式,推理直观明朗,至于无实用价值的细节,则不予深究。而数学思考出发于严格的定义,犹如代数的计算,将具体的问题归纳为抽象问题,或再把抽象问题转化成从另一种的抽象,精确分析引用已被证明过的答案,过程严谨冷峻,摒除想象的误导。在上面的分析中,对δ函数,我们只用到不被认为是“定义”的部分性质作为推理的根据,即使在计算中也只把它当作近似中的极端情况,丝毫没有作为泛函来处理。因为在这个工程应用中,我们关心的是现实系统近似的表现,由于极端情况下的性质易于估算,我们以此来简化计算。 如果满足于在工程和教学中的计算应用,你在校所受到的数学训练是足够了。那些都是专业中的前辈,为后辈挑选出来基本的数学工具,也提供了便于仿效的简化计算推理的范例,它们的正确性已经被数学证明和实践检验过,你只要知其然,认真仿效便足以谋生。如果你不满足于此,想知其所以然,还想有所创新,你就要有更深邃的数学眼光。 另一方面,学好数学并不见的就懂得应用。这必须接地气,对应用对象有真实的感觉和经验,才能用虚拟世界里的想象,指引现实天空下的飞翔。
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物理学笔记(6):基尔霍夫定律的“盲点”
热度 18 lev 2014-11-2 14:48
物理学笔记(6):基尔霍夫定律的“盲点” 不得不说,我是一个无聊的人...... 曾经有位初三的小朋友来问我电路问题。这位小朋友物理基础似乎不错(至少初中物理基础),这诱使我产生了做个“小试验”(不是“实验”!)的冲动,于是乎故作神秘告诉他:我现在传你一个一劳永逸的“秘术”,但你到上大学之前,只能在草稿纸上演算,万不可轻易示人。如果你不听我的,考试扣分别怪我哦!——估计许多朋友已经猜到:所谓“秘术”,不过就是电路拓扑的基尔霍夫定律(KCL KVL)罢了—— 我以为,就直流电路的情况而言,一位数理基础良好的初中生完全可以掌握它 。 不出所料,小朋友掌握的情况还不错,即使这个两个定律在他上大学前所遇到的电路求解问题中并不实用——除了一些简单的电桥电路外,在初高中阶段使用KCL和KVL,甚至还有点儿“脱了裤子放屁”(谁叫我这么无聊呢!),就算他有点儿“无用的收获”吧。 其实,真正的收获是我的,虽然微乎其微: 由于他们在初中阶段遇到的电路都是“理想电路”(即考虑内阻或内压降为零的“理想电源”),在解算过程中,我不经意地意识到了基尔霍夫定律一个非常隐蔽的“盲点”。之所以隐蔽,是因为我们在使用基尔霍夫定律是主要面对的是“实际电路”,这使得该“盲点”被自然地规避了。换句话说,在实际问题中,无论你有没有意识到这个“盲点”,一般不影响电路的求解 ——要不然怎么说我很无聊呢? 我们现在使用的基尔霍夫定律是古斯塔夫·基尔霍夫( Gustav Kirchhoff )于1845年提出的,它一般被表述为两个定律:基尔霍夫第一定律,也叫电流定律(KCL);基尔霍夫第二定律,也叫电压定律(KVL)。 对一个占据空间体积的V 闭合曲面(高斯面)S ,由电荷守恒定律易知:S 内单位时间减少的电荷等于单位时间从边界 流出的电荷,即 引入电流强度定义,则 由此可得到电荷守恒的数学表达式——电流连续性方程,取其微分形式为: 为体电荷密度。 对某一电流场 ,若任意高斯面内 ,则有描述此类电流场的稳恒电流条件: 电荷守恒定律在稳恒条件下可充分导出电路学中的基尔霍夫第一定律:任一节点处的各电流的代数和等于零,即 也就是说, KCL本质上是电荷守恒定律在电路中的反映。 KVL则是能量转化与守恒定律在电路中的反映 。根据静电场(有势而无旋)的安培环路定理,结合部分电路的欧姆定律的积分形式(也就是初中物理教的欧姆定律)I=U/R,可以很容易得到基尔霍夫第二定律 :对任一闭合回路,各支路上的电压代数和等于零,即 KCL和KVL究其本质,都是对称或守恒,且是一种动态的守恒:前者“有进有出”,后者“有升有降”。就其守恒本质和在稳恒电路的应用,初中生是可以掌握的 。 我们有必要保持审慎:物理学中不存在“放之四海而皆准的真理”。关于基尔霍夫定律的适用条件,一般文献(教材)给出类似这样的说法:原则上它可以用来解算 任何 复杂电路(当然在推广到交流的情形时,应引入含时电荷密度和元件电感的修正)。 我一般比较警惕有“全称量词”( )与“必然模态”( )的论断表述,比如周衍柏先生的《理论力学教程》中的表述(p326):哈密顿原理是和牛顿运动定律等价的原理......甚至牛顿运动定律也可认为是哈密顿原理的必然结果——我就持保留意见,至少“牛三”应视为基本的实验定律。 那么基尔霍夫定律的“盲点”在哪儿? —— 基尔霍夫定律不适用于存在零电阻回路的电路 。比如下图: 若并联的两个电源为零内阻的理想电源,则电路存在一个零电阻回路(虚线箭头所示)。此时,除非两个电源输出的路端电压(理想电源,路端电压=电源电动势)相等,基尔霍夫定律不适用 。 补记 : 感谢各位老师补充指正! 其实所谓基尔霍夫定律的“盲点”,或者说零点阻回路,正是理想电路模型的“奇点 ”——我时常强调“ 奇点意识 ”,在这里却把它“忽略”了,实在不应该! 这个纯属臆造的“电路”,是否类似于“克里特人”或者那位脾气古怪的“理发师”呢??? 根据部分电路的欧姆定律 R=0这个“奇点”是十分明显的,在实际情况中,即R足够小(小到在实验中可以忽略),它的物理意义一般理解为元件的“短路”(若U足够大则意味着“击穿”)。 而在通常的电路分析中, 理想电路模型无法给出自由电荷的微观运动图像 。 基尔霍夫定律在零电阻回路的失效,其实是理想电路模型在“奇点”失效了—— 微观图像则需要依赖其他模型近似给出 ,比如 在经典情况下, 金属电子论 给出的电流微观表达式( 当 然固体物理中还有其他模型近似 ) 其中 为载流子的迁移速率,是外场与介质(晶格)阻碍的结果,是一个平均速率而非瞬时速率。关于此中“细节”,L.Cooper在《物理世界》(An Introduction to the Meaning and Structure of Physics的中译本)中是这么说的(p350~251): 如果在导线的两端加上电位差,导线中就会产生电场,也就是说,将有一个力开始作用于电子。倘若电子可以自由运动,那么它的加速度将等于a=F/m=eE/m,此时它的速度将不断地增大。结果是,电流将随时间和增长。这种景象可以在所谓 理想导体 中观察到。在这个意义上,普通的金属都不是理想导体。一般说来,在一个稳定的电位差作用下将产生一个稳定的电流,也就是说,导体中的电子以某个不变的 平均速度 运动。产生这种情况的原因之一是,电子与物质中的杂质不断碰撞。开始时,电子被加速,但通过某个 平均自由程 距离以后, 电子与杂质相碰撞并失掉它的平移运动的大部分能量。然后,它又开始重新加速,如此等等 。其结果是,电子以某个平均速度朝着电场引起的力的方向运动,因而出现某个平均电流。这个结论与观察结果一致,即纯材料的导电性能优于有杂质的同类材料 。 当我们把一个固有理论(定律、公式或模型)推演到“奇点”附近时,“风险”极大,务必慎之又慎,慎之又慎,当引以为戒 !
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What is reactive power ?(如何定义/解释无功功率)
qhhuangscut 2014-2-18 01:13
这几天在 Power Globe 上看到对无功功率的一些讨论,把一些比较好的解释放到这里。正如Charles A. Gross 所说,这些解释都(部分地)正确地揭示或说明了无功功率,但也都不是一个完美或根本的解释,其中的一个原因是我们在尝试为一个非物理或抽象的量提供物理解释。 It’s been fun reading all the explanations. One of my favorites is “Q is the foam on the beer…”.They all have elements of truth, but never the whole truth and nothing but the truth. Hence, none really explain what Q is.The reason that we are having so much trouble coming up with a physical explanation for Q is that Q is non-physical, as are many concepts in engineering. --Charles A. Gross, PE, PhD, FIEEE Reactive power is a measure of the back and forth flow between energy in magnetic and electric fields in components. The reactive power value measures the magnitude of the instantaneous flow between these fields. ---B.Ross ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- The answer to your question requires some understanding of ac circuits. Ac voltages (V) and currents(I) vary sinusoidally in time and have three basic properties: strength (RMS magnitude, V in volts, I in amperes); frequency (e.g. 60 Hz); and phase. Phase involves two quantities (V and I, in this case) . V and I are said to be “in phase”, if they both peak at the same instant; are zero at the same instant; reverse polarity/direction at same instant; etc. V and I are said to be “out of phase”, if when V peaks, I is zero, and vice versa. More precisely we really should say “V and I are 90 degrees out of phase”. . Now general, V and I are not in phase or 90 degrees out of phase but somewhere in between. It is possible to divide the current (I) into two components: the in-phase component or “active current” (IA) and the (90 deg) out-of-phase component or “reactive current” (IR) Correspondingly, there are two kinds of power: Active Power (P) = V*IA, which we say is measured in watts Reactive Power (Q) = V*IR, which we say is measured in volt-amperes reactive, or “vars” There is also a third kind of power in ac circuits: Apparent Power (S) = V*I, which we say is measured in volt-amperes , or “VA”. These three are related: S = sqrt as are the currents. I = sqrt How much of “I” is “IA” is communicated thru something called the power factor (pf), such that IA = I*pf and P = S*pf An Example: A 120 V ac source supplies 10 A at a pf = 0.8 lagging. The term lagging means that the current trails the voltage in time. Find S, P, and Q. S = V*I = 120(10) = 1200 VA P = S*pf = 1200(0.8) = 960 W Q= sqrt(1200^2-960^2)= 720 var I = 10 A IA = I*pf = 10(0.8) = 8 A IR = sqrt(10^2-80^2)= 6 A Now that we know what Q is, at least in terms of V, I, and phase, what is it physically? There are three passive circuit elements: R,L,C R, and only R, dissipates active power (P). L and C are called “reactive elements” in that they do not dissipate energy, but they do store it an internal magnetic field (L), or electric field (C). This field energy” is constantly flowing into and out of L and C and the source, and over an ac cycle, averages to zero. This energy exchange requires a current component that is necessarily 90 deg out of phase with the voltage (IR), and hence a corresponding power component Q = V*IR. --- Charles A. Gross, PE, PhD, FIEEE ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Reactive power is a myth and a delusion. It is no more than a mathematical coincidence. It can be extremely useful, but it is without foundation. You know the math: it is just a matter of using a sine or a cosine term to switch between real and reactive power. It is just the difference between the one side or the other of a right-angle triangle. But think! That right triangle does not represent a phasor. The 90-degree rotation business of phasors does not apply because power is not a phasor. A few years ago, NIST did a survey of the way this thing called reactive power was being measured, and found there were at least nine different methods that would give nine different results, depending on how far the waveform was from sinusoidal. It became a NEMA report: NEMA C12.24 TR-2011, Definitions for Calculations of VA, VAh, VAR, and VARh for Poly-Phase Electricity Meters, registered with ANSI May 2011. Over a hundred years ago, we engineers were asking whether it was possible to measure something that was not real, and whether the fact that you could measure something meant that it was real. The digital revolution in measurements has firmly answered that it is possible to measure something that is not real, because the number-crunching part of measurement is no more than data compression. The ways we measure reactive power underlines that. Today, you can buy equipment that will let you choose whose definition you use in the measurement. That is not to say the idea of reactive power is not useful. It has simplified thinking about voltage management in the power system. It has led to some interesting solutions in that area: SVCs for example. But once you get away from the simplified notion of a perfect sine-wave, you enter undefined territory, the realm of imagination. Power factor is in the same boat. Another calculation of very great value and usefulness, and yet not defined for waves that are not sinusoidal. We will, of course, continue to use these terms: they are much too useful to abandon. But we should be aware of their limited meaning, and sometimes we are not. See, for example, Berrisford, A.J., “Smart Meters should be smarter”, presented at the IEEE PES General Meeting, San Diego, CA July 2012. DOI 10.1109/PESGM.2012.6345146 --- Harold Kirkham,Staff Scientist,Pacific Northwest National Laboratory.
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近三个月下载量Top25——电气、控制、电路与通信类文章
热度 1 WileyChina 2013-8-30 14:23
我们从 Wiley 出版的电气工程、控制系统、电路理论和通信技术类期刊中,选取了过去三个月 内下载量最高的 25 篇文章,推荐给大家免费阅读,时间有限,大家抓住机会。 Analysis of possible introduction of PV systems considering output power fluctuations and battery technology, employing an optimal power generation mix model Electrical Engineering in Japan Semi-Global Output Feedback Stabilization for a Class of Uncertain Nonlinear Systems Asian Journal of Control A signal processing adaptive algorithm for nonstationary power signal parameter estimation International Journal of Adaptive Control and Signal Processing A novel design of compact wideband hexagonal antenna Microwave and Optical Technology Letters Distributed Tracking Control for Networked Mechanical Systems Asian Journal of Control Robust stability of nonlinear model predictive control with extended Kalman filter and target setting International Journal of Robust and Nonlinear Control Globally decentralized adaptive backstepping neural network tracking control for unknown nonlinear interconnected systems. Asian Journal of Control Planar UWB monopole antenna with dual band-notched characteristics for UWB applications Microwave and Optical Technology Letters Multiobjective particle swarm optimization for a novel fuzzy portfolio selection problem IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Low-power, low-area preamplifier for ultra high-speed multi-channel optical communication system International Journal of Circuit Theory and Applications Composite adaptive disturbance observer?based control for a class of nonlinear systems with multisource disturbance International Journal of Adaptive Control and Signal Processing Consensus of multi-agent systems with nonlinear dynamics and sampled-data information: a delayed-input approach International Journal of Robust and Nonlinear Control A model-driven development method for Management Information Systems Electronics and Communications in Japan Microlens for uncooled infrared array sensor Electronics and Communications in Japan Distributed output regulation of leader–follower multi-agent systems International Journal of Robust and Nonlinear Control Bounded Consensus Algorithms for Multi-Agent Systems in Directed Networks Asian Journal of Control RC models of a constant phase element International Journal of Circuit Theory and Applications Robust control of robot manipulators based on uncertainty and disturbance estimation International Journal of Robust and Nonlinear Control A 5-GHz energy-efficient tunable pulse generator for ultra-wideband applications using a variable attenuator for pulse shaping International Journal of Circuit Theory and Applications Inactivation property of microorganisms in water irradiated by atmospheric-pressure plasma using dielectric barrier discharge IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Nonlinear convex and concave relaxations for the solutions of parametric ODEs Optimal Control Applications and Methods A CCII-based wide frequency range square waveform generator International Journal of Circuit Theory and Applications Hybrid modelling and emulation of mem-systems International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields 1 x 8 MEMS Flexible integrated optical device for optical fiber-based networking applications Microwave and Optical Technology Letters Decoupled WWAN/LTE antennas with an isolation ring strip embedded therebetween for smartphone application Microwave and Optical Technology Letters
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[转载]电路中的阻抗问题一 【摘自百度等网页】
zgsheng 2013-5-27 21:30
1、阻抗匹配 : 信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。 匹配条件为:1)负载阻抗等于信源内阻抗,即它们的模与辐角分别相等,这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。2)负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而辐角之和为零。这时在负载阻抗上可以得到最大功率。这种匹配条件称为共轭匹配。如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性,则两种匹配条件是等同的。 2、 为什么大多数工程师喜欢用50欧姆作为PCB的传输线阻抗(有时候这个值甚至就是PCB板的缺省值) ,为什么不是60或者是70欧姆呢? 对于宽度确定的走线,3个主要的因素会影响PCB走线的阻抗。首先,是PCB走线近区场的EMI(电磁干扰)和这个走线距参考平面的高度是成一定的比例关系的,高度越低意味着辐射越小。其次,串扰会随走线高度有显著的变化,把高度减少一半,串扰会减少到近四分之一。最后,高度越低阻抗越小,不易受电容性负载影响。 所有的三个因素都会让设计者把走线尽量靠近参考平面。阻止你把走线高度降到零的原因是,大多数芯片驱动不了阻抗小于50欧姆的传输线。(这个规则的特例是可以驱动27欧姆的Rambus,以及National的的BTL系列,它可以驱动17欧姆) 并不是所有的情况都是用50欧姆最好。例如,8080处理器的很老的NMOS结构,工作在100KHz,没有EMI,串扰和电容性负载的问题,它也不能驱动50欧姆。对于这个处理器来说,高的阻抗意味着低功耗,你要尽可能的用细的,高的这样有高阻抗的线。 纯机械的角度也要考虑到。例如,从密度上讲,多层板层间距离很小,70欧姆阻抗所需要的线宽工艺很难做到。这种情况,你应该用50欧姆,它的线宽更加宽,更易于制造。 同轴电缆的阻抗又是怎么样的呢?在RF领域,和PCB中考虑的问题不一样,但是RF工业中同轴电缆也有类似的阻抗范围。根据IEC的出版物(1967年),75欧姆是一个常见的同轴电缆阻抗标准,因为你可以和一些常见的天线配置相匹配。它也定义了一种基于固态聚乙烯的50欧姆电缆,因为对于直径固定的外部屏蔽层和介电常数固定为2.2(固态聚乙烯的介电常数)的时候,50欧姆阻抗趋肤效应损耗最小。 你可以从基本的物理学来证明50欧姆是最好的,电缆的趋肤效应损耗L(以分贝做单位)和总的趋肤效应电阻R(单位长度)除以特性阻抗Z 0 成正比。总的趋肤效应电阻R是屏蔽层和中间导体电阻之和。屏蔽层的趋肤效应电阻在高频时,和它的直径d 2 成反比。同轴电缆内部导体的趋肤效应电阻在高频时,和他的直径d 1 成反比。总共的串联电阻R,因此和(1/d 2 +1/d 1 )成正比。综合这些因素,给定d 2 和相应的隔离材料的介电常数E R ,你可以用以下公式来减少趋肤效应损耗。 在任何关于电磁场和微波的基础书中,你都可以找到Z 0 是d 2 ,d 1 和E R 的函数 把公式2带入公式1中,分子分母同时乘以d 2 ,整理得到 公式3分离出常数项( /60)*(1/d 2 ),有效的项((1+d 2 /d 1 )/ln(d 2 /d 1 ))确定最小点。仔细查看公式三公式的最小值点仅由d 2 /d 1 控制,和E R 以及固定值d 2 无关。以d 2 /d 1 为参数,为L做图,显示d 2 /d 1 =3.5911时,取得最小值。假定固态聚乙烯的介电常数为2.25,d 2 /d 1 =3.5911 得出特性阻抗为51.1欧姆。很久之前,无线电工程师为了方便使用,把这个值近似为50欧姆作为同轴电缆最优值。这证明了在50欧姆附近,L是最小的。但这并不影响你使用其他阻抗。例如,你做一个75欧姆的电缆,有着同样的屏蔽层直径和绝缘体,趋肤效应损耗会增加12%。不同的绝缘体,用最优d 2 /d 1 比例产生的最优阻抗会略有不同。 3、推论: 1)上述推导也解释了为什么 75 欧姆电视电缆切面是藕状空芯结构而 50 欧姆通信电缆是实芯的。 2) 重要提示,只要经济情况许可,尽量选择大外径电缆(博主注: d2 ),除了提高强度外,更主要的原因是,外径越大,内径也越大(最优的径比 d2/d1 ),导体的 RF 损耗当然就越小。
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与2012-13学年电路分析基础A班同学共勉
chengzhu 2013-4-20 11:11
与2012-13学年电路分析基础A班同学共勉 程翥 按语: 尽管在 4 月份以前我们还不曾谋面, 7 月份以后我们也许再次成为平行线,然而我希望能够成为你们前进道路的坚实的铺路石,帮助大家向理想迈进一步是我的荣幸。 《礼记·学记》说,“ 时过然后学,则勤苦而难成 ”。一般来说,以后补比学生时打好基础更难乎其难。 在科学上,一个成年人心智的成长,超不过他青年时打的基础所能承受的高度 。 学习(教育)的目的: 爱因斯坦认为,教育的价值不在于学习大量知识,而在于 训练心智 去思考课本上学不到的东西。如同 5km 是锻炼我们的毅力和身体的工具一样,课程内容的学习是心智锻炼的途径而不是目的。 个人认为在大学要学习最重要东西应该是: 1) 学习的能力, 即有意识地优化我们学习习惯和方法,使我们具备适应这变动不居世界的能力; 2) 征服未知的冲动, 这是你们创新力的原始驱动; 3) 合理的价值取向, 仁,义,(礼?),信,忍耐力(执着)和对成功的自信;成为和谐社会的正能量,在恰当的地方安放自己的心灵; 4) 科学完善的哲学 如辩证法,唯物论;使你的思维清晰,合乎逻辑; 5) 思维的爱好 ,尤其是抽象思维的偏好,强大的分析推理能力;思维能力是执行力的内核 6) 表达能力 ,思维之前必有表达,否则不可能,表达能力也是沟通的媒介,信息社会其实是沟通的社会,表达能力不足注定会成为社会网络上的哑节点 7) 条理性 ,条理性是处理复杂问题的有效手段, 有条 才能 不紊 8) 团队协作精神 ,你不是一个人在战斗 预习: 通过预习,可以发现课程中难点和自身知识基础的不足之处,通过提前准备,提高上课听讲的针对性,听课时就易于宏观把握,留心费解之处,巩固已懂之处,大大改善听课的效果,从而进一步匀出时间预习后面的内容,达到良性循环。 预习应着眼于全局,抓住重点,多注意问题的本质,其意义如何,难点何在,关键概念要标注等等,主要是精读教材等材料。临上课前最好花一两分钟回想一下预习的内容。尝试比较不同参考书对同一问题的描述,品味其中的区别与联系;尝试用自己的语言描述课本相关概念,并写下来,分析品位和原文的区别。 这也是表达和思辨能力的锻炼哦。 阅读要旨:积极、主动、批判。 把阅读看作是一种跨时空的交流。要设身处地,如果是自己来写,你会如何表达,积极猜测、预期后面的内容,比较你思路与现作者的异同,寻求与他思维的共振,提高进一步阅读的切合程度。力争彻底把握主题、透彻理解,同时积极寻找书本内容与既有知识或经验的联系。有意识地围绕同一主题的多种材料进行比较阅读,效果更佳。要想理解更上一层楼,就要以意逆志,弄清作者的推理思路。阅读过程中发现知识基础的欠缺,不可听之任之, 机会难得 ,要及时去学相关的知识,补习相关的基础。 听课:四要素:问题,描述,解法,评估。 先搞清问题 :与预习时的表述有无异同?究竟是个什么问题,相关的定义有哪些 ? 目的用途是什么?意义是什么 ? 是否用自己的语言描述清楚? 接着 审查老师的描述 : 与预习时的表述有无异同? 是否妥当?有否缺陷?是否严谨?有没有例外?可否改进?可否另起炉灶? 然后 再看解法 :与预习时的表述有无异同?何以可行?为何如此?利用了什么知识和条件?可否另辟蹊径?是不是有隐含的限制条件,如何解决这个限制条件(如网孔分析法只列写 KVL ,那电流源怎么办)? 最后 看评估 :比较对象是否权威,重要?比较的方面是否适当?是不是还有没有列出的重要方面?是否令人信服、公允?效果有多好是否有效? 课要 积极地而不是消极地听 。 设身处地,换位思考 :面对这个问题,我会怎么办?这个问题像哪个问题?可以用上哪种方法? 应不断自问自答,积极主动猜测、预期。 带着批判的眼光, 不要轻易接受 老师的观点和结论。多想想这些问题,就不至于被老师牵着鼻子走得晕头转向。 如有疑点,我鼓励大家随时提问。 提问时要大胆,克服自己,不用担心老师和同学的嘲笑,因为如果你不清楚,很有可能你旁边的同学更不清楚,甚至还没有想到可能存在这样的问题,他应该会感叹你思维的深入、前瞻,而老师有义务向大家解释关于本学科的任何疑问,即使当时不能立刻回答,也会尽快和大家一起寻求解决解决这个问题的思路、方法。 作业: 作业是课堂学习的延伸,作业前 最好再次阅读教材 ,看在预习的难点解决了没有。 作业宜于 独立完成 ,以检验对知识掌握程度和运用能力。 应该注意作业的 逻辑性,规范性,完整性 要求,该化简得要化简,该出数值结果的要出结果,分多种情况的该讨论的要讨论,该先标图的要先标图,中间过程应该有的解释要充分,语句要完整,要准确表达你的解题思路,不要有太多思维的跳跃,注意“理由先”,不要让老师猜测你的思路。 作业 完成后 可以相互讨论一下,比较一下区别,尝试说服对方接受自己的结果,在说服或被说服的过程中巩固知识, 培养团队协作和科技交流表达能力 。 对于课后的其他习题,可以先整理一下解题思路,如果你认为你的方法可以解决这个问题,可以看一下答案,如答案跟你的思路不一样,要比较区别,分析为什么,必要时也可把你的思路做出来, 不可迷信答案 。针对同一问题 尝试不同方法 ,比较不同方法的差异,可以大胆假设,但必须小心求证。 祝大家在成功的道路上更进一步。
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2013年3月4日
yzmhit 2013-3-4 19:22
归来,整理研究思路:若干个。 首先一点,只需要能够对FPGA进行有效的延迟测试即可,然后分析NBTI效应,参考英国人的文章,从仿真和硬件加速试验的角度,分析NBTI效应对于FPGA的影响,这个就可以出paper。 二是提出模型,比如RC模型,然后在HSPICE下仿真验证,再在FPGA上进行验证,但这里需要FPGA精确的电路模型。 三是标准电路集,用DC进行综合,生成门级网表gate-level netlist,分析其延迟变化的特点,然后设计延迟检测单元,对于老化情况进行实时监测,但一定要说明其有效性,证明其有抗老化特性,还要分析其功耗,面积等参数。
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如何验证研究成果--流片?仿真?
yzmhit 2013-1-2 23:44
目前,计划在晶体管退化效应分析以及抗退化电路结构方面进行研究,但是有一个比较困扰的难题,就是如何去验证自己的想法,例如精确的晶体管模型,电路退化结构是否有效?如果单纯利用HSPICE进行仿真,其效力有限,但是如何是流片,网上所说的流片价格又难以接受,真是左右为难啊。
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数字电路的实验课
热度 4 gaixiaxu 2012-12-13 13:15
大三数电的实验课,比模电要简单很多,实验讲义写得也很清楚,可是就有好多同学到了实验室,才开始预习实验。 记录近期在学生实验课发生一些让人无语的事: 1.基本与非门实验74LS00 学生:老师,这个电路我们反复检查了三遍了,没问题,可是电路就是不工作!!连灯都不亮!!! 我低头检查线路。。。。 学生:。。。老师,这个面板是不是坏了呀? 我抬头怒:电源和地怎么没接? 学生:啊?!还要接电源吗?实验报告上没标出来啊!!! 难道每个芯片,不用供电,自己就可以主动有输出吗?这是常识啊,好不好? 2.简单时序电路74LS74 学生:老师,我们的电路一通电就报警! 我:是不是哪里接短路了? 学生:老师,我们检查了两遍,还重新接了一遍,都没问题啊? 我:那是不是芯片坏了?你们把线拔下来,换个芯片吧! 学生把线拔下来了,我低头看芯片,然后 “你们怎么把芯片插反了?” 14脚的芯片,缺口向左,逆时针的管脚顺序。。。 前后重申过若干遍,学生还是把缺口向着右边,管脚顺序全错了。。。 3.计数器74LS162 学生喜滋滋得跑过来和我讲:老师,我发现了一个很神奇的现象呢! 我:啊?!我看看! 学生开始手动连续按单脉冲,然后电路的输出端LED灯依次亮起来。。。 然后,学生欣喜得抬头望着我。。。 我一头雾水:啊?!做得没错。。。你说的神奇现象呢? 学生:老师,你不觉得神奇吗?那些灯都会闪呢,而且真的满7个脉冲就进位了耶!!~~~~和书上说的一样。。。! 神奇吗?验证实验当然和书上讲的一样啊! 感情你们觉得老师上课是在给大家讲好多白马天上飞吗?(所谓天马行空)
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电路的阶数
max 2012-10-29 15:47
1 背景: 经典电路中有“一阶电路”、“二阶电路”之说,并且“一阶”电路可以采用三要素法进行求解,而“二阶”电路可以采转化为二阶常系数微分方程进行求解。根据微分方程特征根的情况,又分为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种情况。那么,更一般的情况,如何判定最后求解的方程可以转化为多少阶的常系数微分方程呢?这就是电路的“阶数”。 事实上,一般求解复杂电路并不转化为真实的常系数方程,但是要进行微分方程的列写,这一方程组称为“状态方程”。其实,独立状态方程的个数就是电路的“阶数”。 2 电路阶数的求解: 对于状态方程列写时,经常选择电容电压和电感电流为状态量。因此,从电容和电感的角度求取电路的阶数比较方便。具体实施如下: (1) 设置:阶数 = 所有电感、电容储能元件之和。 这个直接点数即可。 (2) 寻找由“电容和独立电压源组成回路的个数”,并减掉。 这是因为由这些回路可以列写一个电压之和等于零的一个方程,因此有一个变量为“非独立”,需要减掉。” (3) 寻找由“电感和独立电流源组成割集的个数”,并减掉。 同上道理,但是这个非常有迷惑性,该割集不一定位于同一个节点上,反倒很多是是一个大的“虚拟节点”。 3 总结: 电路的阶数 = 储能元件的总数 - 电容和电压源组成回路的总数 - 电感和电流源组成回路的总数
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广义电路
zpleefly 2012-10-14 20:15
广 义电路是一种用多端网络及节点集合表示的电路模型。 多端网络为广义电路的基本单元,每一个多端网络等效表示实际网络中的一个元部件。 从广义电路上导出的节 点电位方程可表述为:广义电路上节点电位方程的增广矩阵等于各单元电路的分矩阵之和;单元电路的分矩阵可以用它自己的y参数方程转化得到。 根据上述结论, 在计算机上自动形成电路的节点电位方程非常简便。 。
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[转载]DNA电路可检测导致疾病的基因损伤
crossludo 2012-9-26 21:59
DNA电路可检测导致疾病的基因损伤 据美国科学促进会网站报道,在近日召开的美国化学协会第244届全国会议与博览上,一项关于DNA电路的研究颠覆了公众对“电路”的认知。这是一种利用电路导电性变化来检测基因损伤和错误的生物传感器,如果基因复制发生错误而不及时纠正,会导致癌症、生理与精神类疾病。“DNA电路及其在识别人类患某种疾病风险方面的潜在应用”也是当天全体参会人员讨论的焦点主题。 “DNA电路非常脆弱,不能装在房间里用于常见的公共电子设备。但这种脆弱性让它极为敏感,能作为一种识别DNA损伤的电生物传感器。”加州理工大学化学与化工分部主席、化学教授杰奎琳·巴顿说。巴顿由于发现DNA双螺旋链就像一条信号线,可用于探测及修复基因损伤而获得美国国家科学奖章。 巴顿解释说,DNA在不断地损坏,比如阳光紫外线会损害皮肤细胞,香烟中含有的致癌物会损害肺部细胞;但细胞也有一套天然修复系统,其中有一些特殊蛋白质就像巡查员,在建造DNA双螺旋结构的过程中不断地巡查,监控着细胞DNA中大约30亿个碱基对,寻找并修复致癌物造成的损伤。 在化学性质上,DNA跟晶体管和一些电子元件所用的固体材料很相似,它们的碱基互相堆积在彼此的顶端,这种排列方式是能导电的。巴顿说:“这就像把一堆铜币堆在一起,恰当对准的话它们就能导电。如果这堆硬币中一个出了差错或放得不好,导电性就会下降。如果是碱基对搭配不当,或出现了可能致癌的损伤,线路就会被打乱,电流就不能畅通。” 巴顿小组通过研究发现,电子能从一条DNA链的末端流到另一条,就像在电线中一样。DNA的这一电学性质能提供一种强大的信号平台纠正蛋白质,修复DNA损伤。如果DNA突然导电不良,这就是有蛋白质需要修理的信号。在最新进展中,他们让电流通过了一段34纳米长的DNA片断,这一长度对医疗诊断设备和生物传感器来说正合适,能良好检查DNA中的突变和变化,这些改变可能导致癌症或其他疾病。 目前,研究小组正在开发一种“DNA芯片”设备,利用DNA天然的导电性和它们能跟互补碱基结合的能力,探测DNA序列中的损伤。
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社区检查电路确保圣诞节和元旦欢度
黄安年 2011-12-12 00:24
社区检查电路确保圣诞节和元旦欢度
社区检查电路确保圣诞节和元旦欢度 黄安年文 黄安年文 黄安年的博客 / 2011 年 12 月 11 日 ( 美东时间 ) 发布 连日来 , 我们在美国所住社区主管部门开展电路的系统检查 , 以确保圣诞节和元旦欢度。与此同时,一些家庭的供暖和供热水锅炉设备因老化(一般预期寿命 10 年)出现故障,需要更换的也不少,各家各户开始装点门面,营造节日气氛。 照片6 张是 9 日在社区附近拍摄的。
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镜子微博:回答: 电荷在电路中是如何流动的?
liwei999 2011-2-20 03:38
回答: 又:电荷在电路中是如何流动的? 由 JFF 于 June 24, 2005 01:50:48: 真空二极管是个很好的例子:就是从一端到另一端。电镀也是。 电荷在电路中流动速度是个“传送”的课题,而能量的“传递”是“势”的传递。电流是电荷比时间,没有“速度”的问题。 到了技术的现场,就要想这些问题了。如何能镀得好,如何能控制腐蚀速度等等,半导体产业都是这些东西,不理解也得理解。
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周四讨论班:电路选讲(姜懿郎)
grandft 2010-12-19 09:21
题目:电路选讲 主讲人:姜懿郎 时间: 2010年1月6日下午4:30 地点:16楼308 1.线性电路基础 1.1 电源和电阻、电容、电感 1.2 基尔霍夫定律 2.纯电阻电路 2.1叠加原理 2.2戴维南定理与诺顿定理 3.交流稳态电路 3.1 阻抗 3.2 互感 3.3 复功率 3.4 谐振 4.暂态电路 4.1 阻抗 4.2 时间常数
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工程师应该掌握的20个模拟电路
Kupeprntlkn 2010-12-8 18:42
对模拟电路的掌握分为三个层次。 初级层次 是 熟练记住 这二十个电路,清楚这二十个电路的作用。只要是电子爱好者,只要是学习自动化、电子等电控类专业的人士都应该且能够记住这二十个基本模拟电路。 中级层次 是能分析这二十个电路中的关键元器件的作用,每个元器件出现故障时电路的功能受到什么影响,测量时参数的变化规律,掌握对故障元器件的处理方法;定性分析电路信号的流向,相位变化;定性分析信号波形的变化过程;定性了解电路输入输出阻抗的大小,信号与阻抗的关系。有了这些电路知识,您极有可能成长为电子产品和工业控制设备的出色的 维修维护技师 。 高级层次 是能定量计算这二十个电路的输入输出阻抗、输出信号与输入信号的比值、电路中信号电流或电压与电路参数的关系、电路中信号的幅度与频率关系特性、相位与频率关系特性、电路中元器件参数的选择等。达到高级层次后,只要您愿意,受人尊敬的高薪职业--电子产品和工业控制设备的开发 设计工程师 将是您的首选职业。 一、 桥式整流电路 1 、二极管的单向导电性 2 、桥式整流电流流向过程: 输入输出波形: 3 、计算: Vo, Io, 二极管反向电压。 二、 电源滤波器 1 、电源滤波的过程分析: 波形形成过程: 2 、计算:滤波电容的容量和耐压值选择。 三、 信号滤波器 1 、信号滤波器的作用: 与电源滤波器的区别和相同点: 2 、 LC 串联和并联电路的阻抗计算,幅频关系和相频关系曲线。 3 、画出通频带曲线。 计算谐振频率。 一、 微分和积分电路 1、电路的作用,与滤波器的区别和相同点。 2 、微分和积分电路电压变化过程分析,画出电压变化波形图。 3 、计算:时间常数,电压变化方程,电阻和电容参数的选择。 二、 共射极放大电路 1 、三极管的结构、三极管各极电流关系、特性曲线、放大条件。 2 、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。 3 、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。 三 、 分压偏置式共射极放大电路 1 、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。 2 、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响。 3 、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。 4 、受控源等效电路分析。 一、 共集电极放大电路(射极跟随器) 1 、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。电路的输入和输出阻抗特点。 2 、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响。 3 、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。 八、电路反馈框图 1 、反馈的概念,正负反馈及其判断方法、并联反馈和串联反馈及其判断方法、电流反馈和电压反馈及其判断方法。 2 、带负反馈电路的放大增益。 3 、负反馈对电路的放大增益、通频带、增益的稳定性、失真、输入和输出电阻的影响。 九、二极管稳压电路 1 、稳压二极管的特性曲线。 2 、稳压二极管应用注意事项。 3 、稳压过程分析。 十、串联稳压电源 1 、串联稳压电源的组成框图。 2 、每个元器件的作用;稳压过程分析。 3 、输出电压计算。 十一、差分放大电路 1 、电路各元器件的作用,电路的用途、电路的特点。 2、 电路的工作原理分析。如何放大差模信号而抑制共模信号。 3、 电路的单端输入和双端输入,单端输出和双端输出工作方式。 十二、场效应管放大电路 1 、场效应管的工作特点、场效应放大器的特点。各元器件的作用。 2 、放大过程分析。 3 、电压放大增益的计算。 十三、选频(带通)放大电路 1、 每个元器件的作用: 选频放大电路的特点: 电路的作用: 2 、特征频率的计算: 选频元件参数的选择: 3 、幅频特性曲线: 十四、运算放大电路 十五、差分输入运算放大电路 1、 差分输入运算放大电路的的特点: 用途: 输出信号电压与输入信号电压的关系式
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基本电路中整流电路简单小结
williammilo 2010-2-6 08:47
我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站! 本文永久链接 http://xiongbox.com/基本电路中整流电路/ 1.整流电路利用 器件单向导电特性 将 交流电变成直流电 的电路。电子设备需要各种不同电压的直流电源,而供电电源供给的一般都是交流电,因此须用 整流电路 提供所需要的直流电。 2.常用的整流器件有 金属整流器件 、 电子管整流器件和半导体整流器件 。 电子管整流器件效率较低,可靠性差,不易维护 ,已逐渐为半导体整流器件所代替。根据整流器件在电路中的接法,整流电路可分为 半波、全波、桥式和倍压 等电路形式。交流供电又分为 单相供电和三相供电 电路。前者常为 小功率整流器 所采用,后者则为 中、大功率整流器 所采用。 3.整流电路的主要技术指标有 纹波因数,变压器次级功率利用系数和反峰电压 等。纯电阻负载整流电路的纹波因数都很大。在实际应用时必须 加接滤波器,滤掉输出电流中的交变分量 , 使输出尽量平稳 。滤波电路一般由电抗元件组成。最简单的方法是在负载电阻两端并联一个足够大的电容器,或用一个串联的扼流圈;有时也采用 Г型LC滤波器或型CRC滤波器 。 4.当 工作电流较小 、 工作电压 又较高时,为了避免因提高变压器电压而带来的困难,可 采用倍压整流 电路。  
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关于电路的简单归纳与小结
williammilo 2010-1-28 09:26
我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站! 本文永久链接 http://xiongbox.com/关于电路的简单归纳与小结/ 1.电路是 若干无源元件 或(和) 有源元件 的 有序联结体 。电路的 基本功能 在于 传输、变换、处理和存储电能或电信号 。 2.电路中的计算对象主要有 电压、电流、电荷和磁链 四个物理变量。联系这四个变量的最基本的 二端电子元件有电阻器、电容器和电感器 三种。另外,还有 理想变压器、理想回转器 等基本的四端电子元件。 3.有源元件指在所考虑的信号范围内和一定的工作状态下能 不断产生能量 的元件,真空电子器件、固态电子器件和量子电子器件等都属此类。无源元件指在所考虑的 信号范围内和在任何情况下只消耗能量,或所产生的能量不大于所储能量的元件 ,传输线、电阻器、电容器、电感器、变压器、天线、波导等都属此类。 4.在 无源元件的尺寸远比信号波长为短 时,表征其特性的参数是 不连续分布 的,这种元件通常称之为集总参数元件。但当元件尺寸与信号波长可以比拟时,其特性参数已不能只用一种在常规下定义的物理量来表征,而要用 无限多个连续分布 的 基本元件参数 来表征。这种元件称为分布参数元件。
个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3106 次阅读|0 个评论

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