Realer Schaltplan vs. idealer Schaltplan, reale Komponenten (R, L, C) vs. ideale Komponenten [geschlossen]

Ich bin zu der Erkenntnis gelangt, dass es bei allem, was mir über elektronische Komponenten und Schaltpläne beigebracht wurde, eine verborgene Seite gibt, über die selten gesprochen und die nie im Detail diskutiert wird.

Dies ist der Unterschied zwischen dem idealen Schaltplan, der den beabsichtigten Stromfluss zeigt, und idealen Komponenten, die Regeln wie folgen v = ICH ⋅ R , ICH = C D v D T , v = L D ich D T , eine Schaltung, bei der die Verbindungsdrähte keinen Widerstand haben.

Die reale Welt ist völlig anders und die verborgenen Aspekte manifestieren sich bei hohen Frequenzen, wenn die Schaltung nicht mehr "zusammengewürfelt" ist, wo wir erkennen, dass Widerstände Frequenzgänge haben, Kondensatoren Induktivitäten und Induktoren Widerstände haben, Leiterplattenbahnen Induktivitäten und auch Kapazitäten haben. WOW!!!

Was ich mir wünsche, ist eine Buch-/Website-/App-Notiz, die diese realen Eigenschaften und die "parasitären" Effekte im Detail behandelt und ihre Ursprünge erklärt. Genauer gesagt: Wo kann ich etwas über das "echte" R, L, C und auf einer separaten Notiz über die "echten" Schaltpläne erfahren, die zeigen, was genau auf der Platine mit all den parasitären und anderen normalerweise ignorierten Details vorhanden ist. Gibt es ein Buch oder eine App-Notiz, die mir beibringen kann, in Bezug auf reale Komponenten und PCB-Designprobleme zu denken und die Ursprünge dieser "Realität" zu erklären?

R, L und C – ein Widerstand hat von allem etwas, ebenso eine Induktivität und ein Kondensator. Es sind keine anderen Mechanismen im Spiel, bis Sie in Übertragungsleitungen kommen. Werfen Sie einen Blick auf die Spezifikationen für anständige Kappen und sehen Sie, mit welcher Frequenz diese auf Sie einwirken und sich wie Induktoren verhalten. Fragen Sie sich, was die Eigenresonanzfrequenz für einen Induktor bedeutet - es geht nur um R, L und C und ihre verschiedenen Anteile.
Das ist eine gute Frage, aber leider denke ich zu allgemein, um sie in diesem Format zu beantworten. Einige Bereiche kümmern sich mehr um diese nicht idealen Verhaltensweisen als andere, und im Allgemeinen werden sie mit zunehmender Häufigkeit relevanter. Greifen Sie also zu einem beliebigen Buch über HF- oder digitales Hochgeschwindigkeitsdesign.
hm, genau das was ich brauche
Der Teufel steckt immer im Detail – aus Sicht des Lehrens/Schreibens versuche ich immer, das Modell zu vereinfachen, um dem Schüler/Leser Fortschritte zu ermöglichen (dieser „Aha“-Moment). Widerstand, nur um zu sagen, dass es auch ein Induktor war und parasitäre Kapazitäten hatte usw. usw. Es ist das gleiche mit jedem Thema, nicht nur mit der Elektronik, während Sie fortschreiten, modifizieren und verfeinern Sie Ihre internen Modelle, bis sie der Realität besser entsprechen - es ist ein iterativer Prozess.

Antworten (2)

Das mag offensichtlich klingen, aber ich denke, es ist tatsächlich eine Antwort auf Ihre Frage:

  • Die besten Bücher, um mehr über Effekte für Hochfrequenzdesign zu erfahren, sind Bücher über Hochfrequenzdesign.
  • Die besten Bücher, um mehr über die Auswirkungen von Hochleistungsübertragungen zu erfahren, sind Bücher über Hochleistungsübertragungen.
  • Die besten Bücher, um etwas über Effekte integrierter Schaltungen im Submikronbereich zu lernen, sind Bücher über das Design integrierter Schaltungen im Submikronbereich.

Die meisten der Effekte, über die Sie sprechen, sind solche, die bei höheren Frequenzen zu sehen sind – Radio und schnelles Digital. Daher würde ich Bücher über die Implementierung von HF-Schaltungen als guten Anfang empfehlen.

Dies mag wie eine ausweichende Antwort erscheinen, aber es gibt keine „Realität“. Alles, was wir verwenden, ist eine Abstraktion, die eine Annäherung an die niedrigere Abstraktion darunter ist.

Das geht bis hin zu Schrödinger-Gleichungen, die die Welt nach unserem heutigen Wissen perfekt beschreiben (was wahrscheinlich nur bedeutet, dass es untere Schichten gibt, von denen wir noch nichts wissen), die wir aber für keine lösen können aber die einfachsten Situationen.

Der Trick besteht darin, die verwendete Abstraktion zu kennen, zu wissen, wann sie auseinanderfällt, und solche Situationen zu vermeiden.

Es ist zum Beispiel viel einfacher, mit idealen logischen Gattern (keine Verzögerung, kein Stromverbrauch, ideale Wellenformen usw.) zu arbeiten und sicherzustellen, dass sie es sind

  • weit unterhalb ihrer Maximaldrehzahl eingesetzt werden
  • ausreichend versorgt und entkoppelt sind
  • sind durch im Vergleich zu den Wellenformen und Schaltzeiten kurze Leitungen verbunden

Für die viel selteneren Fälle oder die viel kleineren Teile Ihres Designs, in denen diese Bedingungen nicht erfüllt sind, müssen Sie viel genauer hinschauen und die logischen Gatter und ihre Verbindungsdrähte als Quellen mit einer bestimmten Impedanz, Übertragungsleitungen und möglicherweise sehen benötigen Empfängerseiten mit einer bekannten Impedanz (viel niedriger als Sie es in der "idealen" Situation bevorzugen würden). Yuk.

Die meisten Designer kommen mit einer oder wenigen Abstraktionsebenen zurecht. Ich kann mit allen möglichen Ebenen in Software umgehen. In der Hardware kann ich mit Logik und Gate-Verzögerungen umgehen, und ich kann genügend Faustregeln anwenden, um alle möglichen Probleme auf dieser Ebene zu vermeiden. Eine Ebene tiefer kann ich gute Vermutungen anstellen, aber die eigentliche Arbeit muss ich den Experten auf dieser Ebene überlassen (die sich wahrscheinlich nicht zu sehr mit den höheren Softwareschichten herumschlagen sollten, mit denen ich vertrauter bin).

Wenn ich einen Vorgeschmack auf die wirkliche Tiefenebene haben möchte, kann ich meine Frau jederzeit nach Wechselwirkungen von Bosonen fragen, wie sie durch Pfadintegrale beschrieben werden. Wahrscheinlich eine viel genauere Beschreibung der physikalischen Welt, aber nicht sehr anwendbar auf die alltägliche Elektronik.

Die inoffizielle Bibel der Elektronik (Horowitz & Hill) erklärt einige Abstraktionsschichten, die im Elektronikdesign nützlich sind, einschließlich der Einschränkungen dieser Abstraktionen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein(danke Phil - ich LIEBE xkcd!)

Realer Schaltplan vs. idealer Schaltplan, reale Komponenten (R, L, C) vs. ideale Komponenten [geschlossen]
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