电工混合秘术

2025.1.8 注

当时我对编程前后端的难度认知似乎是和主流意见相反的,但其实不难理解。后端的主要难点在于效率优化,但在对效率要求不高的场景中往往不需要特别高技术的优化手段(我的接触范围最高只到 3 ~ 4 台机的分布式逻辑),而后端绝大部分逻辑都可以视为「请求体、存储对象」到「响应体、更新存储对象」的映射(这里存储对象包括内存和外存),一旦掌握这种逻辑的写法则大部分工作都更接近体力劳动。前端的区别在于,前端很多视觉效果的写法是需要持续学习的,所以说更接近脑力劳动。如果读者不同意的话可以在底部评论区评论。

正文

我即将看数套电工题目,并把随机产生的体悟写在里面。我的体悟的原则是让我能够像写后端一样只需要体力劳动(例如计算和模拟)就能做出题目,而不用像写前端一样去动脑(不停遇到意外,不断更新决策机制),如果你认可这种价值观,可以对后面的内容进行参考。

二极管导通问题

电路里面有非常明显的微分方程性质,不妨忽略由电子导电,假设是一堆带正电的东西不断尝试移动到正电东西少(电位低)的地方导致产生电流,这样如果你不确定一个地方的电位,先随便假设一个,然后看看怎么流就可以,最后如果是直流电的话大部分时候都会到一个稳定的状态(否则你就搞出交流信号发生器了)。

比如有两个二极管接到同一个点,一边 6V 一边 10V,不妨先假设公共点 0V,然后 6V 10V 肯定都往那里流,到 6V 之后 6V 那边不流了,10V 继续流,流到 10V 为止(不会反着流到 6V 去)。这样就能很清晰地算出电位。

如果使用常见的「假设法」,你需要记住要做哪些假设,但一方面对于原题你可能看到之后一下子忘了,就要进行玄学的直觉召唤;另一方面如果题目变得比较奇怪,你就不知道要假设啥了。说白了「假设法」只是取巧,取巧是动脑的,因此我不喜欢。

如果你选择「记结论」,比如「阳极电位谁高谁导通」,记错了或者记混了那就更小丑了,而且会大幅增加你的记忆量(你要记的可是实打实的 1 个比特的信息啊!而且「高」和「低」的音调一样,人更擅长记音调而不是音色,可是很容易记混的哦!)。我始终认为记忆比推理更消耗脑力,推理是自然的函数映射,记忆是全盘搜索,能量消耗是 O(1) 和 O(n) 的差距。

对于稳压二极管并联,稳压二极管本质上就是一个可变的电阻,如果两侧电压高于稳定时电压就有电流流过。而你会很自然地感受到这会减小电压差,而且是「电流流过」导致减小而不是「稳压二极管」导致减小,显然如果两个稳压二极管电压左边低右边高的时候,达到右边的标准了左边还会流,那就很显然会继续减小,你都不需要问并联要怎么处理,也不需要消耗额外的 Brain Power. 记「两稳压管并联使用,谁稳压值低谁导通」更是荒谬,是被 Matrix 式教育洗脑的悲惨结果。

上面的技巧在所有直流电题目中适用。

误解图示

并不是所有的圆圈带一个加号都是输入电压!可能是输出!

晶体管的神秘命名

理解放大区、截止区、饱和区需要用「I_B __ I_C」的句式,例如放大区中 I_C 是被放大的,截止区中是 I_B 太低发起截止,I_C 本应很大但是被截止,饱和区中 I_B 饱和,I_C 不给力。可能因为在晶体管中通常把 I_B 理解成「因」,I_C 理解成「果」,但实际上其实没有必然的因果关系。

同时,U_CE 如果特别特别大也不会出什么问题,只是在 I_B 特别大的时候也能起到相应的放大效果。

晶体管受温度的影响

提高 I_C,但我觉得不是重点。

射极输出器的输入电阻

显然就是前摇 R_B’ 并上 r_be + R_E’,R_E’ 要带负载,在野生的复习题里面发现他说不需要带,在 zrh 笔记里确认复习题给的观点错了,以后直接相信自己。

运放

运放如果有反馈回路,想成能够炸裂式回馈输入两边电压差的玩意就行了。由于过于炸裂,在思考的时候只能往里面填入极其微小量的电流,否则就直接满电压了。如果没有反馈回路,那就直接达到满电压,不需要动脑分析。

在我的分析方式下分析一堆电源会很困难,这时候要善用电路的线性,一方面可以直接导出戴维南,另一方面可以把一大堆假设成接地来分析!例如对于多个不同电压接不同电阻并联到一个点的情况,如果对每个电压去算一遍结果很烦(虽然不是不行),但如果把散点和公共点看成两组,先把公共点看成 0 得到一个由公共点射出的电流,再把散点看成 0 得到一个由公共点射入的电流,加起来为 0,就可以快速求解出公共点的电压。

区分微分电路和积分电路

不要去在定义的海洋漂泊,这种非结构化的全局搜索行为非常低效。找一个确定的状态,例如直接电压不变,想想会不会有输出电压。如果是微分电路,输出电压会被卡到 0 (这不就是直流的情况吗?电容挡直流很符合直觉吧!);如果是积分电路,输出电压会越来越高。

基础直流电中的良好线性

定量分析的话个人理解更接近数学问题,但有非常良好的线性关系可以使用,不仅是内部的可加性,而且也包括外特性可插值,以及可数乘性(看到有题目真利用这个!),这样可以快速理解一些诸如等效电源、结点电压法整理之后的式子、戴维南之类的东西。

对于等效电源和戴维南,其实都是想象外部电阻从 0 到无穷大的过程,0 和无穷大的时候是很容易分析的,然后直觉可以直接告诉你可以线性插值。

对于结点电压法,在上述运放的环节有讲过,就是把公共电压差和分散的电压差分成两组分别分析。由于在这个模型里没有电容这种东西,所有确定电压且电压相同的点都可以被视为是连通的,因此在令公共电压差为 0 的时候可以得到大量较小的电路,可以在这种较小的电路中再分析。

电流方向和电压方向的关系

对于单个电阻来说,电流方向和电压方向是反过来的,但在结点电压法里面(一个电压源和一个电阻串在一起的情况)这两个方向则是统一的,关键在于结点电压法里面电源是在电阻外部的,这里因为回路中整体电压差为 0,然后电源提供了一个方向的,在电阻上就会形成反方向的电压以及正方向的电流。实在搞不清把不知道的电压都设出来,然后爆算就行。

相量图的方向

为了研究方便,假设一个电压或电流表示出来是「n 弧度」,那么这个度数就是指它「提前了多少」,写成函数也可以直接写成 sin(wt+n) 的形式,不需要去管符号,也不用纠结是 cos 还是 sin. 因此如果一定要给相量图一个几何意义的话,应该是「虚轴表示当前量,不断逆时针旋转」,但实际上由于旋转的起点是未定义的,纠结虚轴还是实轴表示「当前」量也是没有意义的,毕竟如果你全用 cos 的话在事实层面也是正确的,只是和答案可能不太统一。算功率那些直接嗯推可能比较困难,但由于三角函数性质良好,直接无脑 cos sin 就行了。

三相电路的方向

按照 U, V, W 的顺序顺时针旋转,这个似乎只能记。

各种功率的意义

有功功率是电源能量真正减少的那部分,无功功率是电源能量波动的部分(规定感性电路无功功率为正,源于阻抗角的定义,U=IZ 可以视为 U=F(I) 的形式,导致 Z 所描述的是 I 到 U 的变化而不是反过来,因此在计算阻抗角的时候也是算从 I 到 U 转过的角度)。

线性插值的计算

在极端情况是比较好算的,但如果更通用地,给了中间的两个点,我的观点是直接设未知量然后爆算,这种时候再去技巧化的话就结构不良了。