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酱油启示录——84(终结篇),由“电路”联想到的....

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“电路”(Electric Circuits)可能是所谓“业内”使用频率最高的一个词(我这里没说其是个“术语”,仅是个词而已)。词要达意必须得对其有个比较严格的词义约定,显然“电路”似乎没有。

先给个都可以找到的维基百科关于电路的说法:

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E8%B7%AF

“电路(英语:Electrical circuit)或称电子回路,是由电气设备和元器件, 按一定方式连接起来,为电荷流通提供了路径的总体,也叫电子线路或称电气回路,简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、集成电路和电键等,构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。”

“电子回路”、“电气回路”到底是什么?还是说不清。

下面这段:

“几个组件通过导线互相连接,形成‘电路’,也可以称为‘网络’。更特定地,电路是可以形成闭合回路的网络。‘支路’是电路的一部分,每一个组件都有它独属的支路。任意两条或多条支路的相交点,称为‘节点’。”

基本就是“图论”了。


下面,不妨从“电路”这个词本身,顾名思义地说说那个玩意儿究竟可能是个什么东西。

“电”其实只是某些基本粒子的内禀属性,它以电磁场(一种力场)的形式表现出来。近代物理表明,电磁场还可以独立地存在,那就是光子,显然光子不守恒(可被产生或湮灭)。

“路”就是路径,一条通道或由物体的某种运动所遗留下来的一条痕迹。

结合起来,“电路”就是带电粒子的运动路径。这样的话,范围就大了去了。

一)微观层面

量子力学大概可分为三种表述形式,即波动力学、矩阵力学和路径积分。其中“路径积分”就是从“路径”角度来表述微观粒子的运动规律。如果你真的去纠结那微观粒子的运动路径的话,告诉你,那“路径”是既有又无。最基本的核外电子,那是一团云,晕!电子的运动路径(无论是束缚电子或自由电子)是由无数条可能的路径组成,每条可能的路径都有其出现的几率(一种泛函),电子的运动路径不可以归为具体的某一条路径,而必须由这无数条路径整合而成,这就是既有路而又无路(无具体的某一条路)。

二)电磁场层面

现在回到宏观层面。电路是“电子回路”吗?显然不是,至少麦克斯韦不会同意,否则他也不会费劲整那么个“位移”出来了。如果说电路是个“电气回路”那还靠谱点,毕竟电磁场可以被看成是一团“光子气”。不过,“光子气”不一定非得构成“回路”,电磁辐射无处不在。

三)工程技术层面

如果不作一定的简化,即便是宏观层面的“电路”,其表述起来也是非常的复杂。好在一定条件下对“电路”的简化表述对最终所需要的结果影响不大,由此产生了工程技术层面上的电路概念——即通常所理解的术语“电路”。

简化也是分层次一步步地进行的。第一步是明确导体和绝缘体的分划,自由电子被完全局限在导体内运动。在这个层次上需要强调一点,那就是电荷的运动将导致由其激发而存在其周围的电场的运动,这是电路中电流和水管中水流的本质性差别。

简化的第二步是消减空间维度。由于电路原本是个广延概念,一般涉及到空间三个维度,但如果作一些限制则可将空间三维简化至一维(其它二维所构成的平面内为“保守场”),在其上走平面横波(TEM)。此简化的电路由空间三维“集总”成了空间一维电路——均匀传输线(由特征阻抗和长度两个参数表征)。

电路的最后一步简化是对其上所走电磁波的进一步限制。如果电路上所传输的电磁波波长远比电路的长度长(一般认为长一个数量级以上),那么已经被简化为一维电路的长度也无需考虑,整个电路从此消失——集总化成一种网络关系。我们在原理图中所看到的“电路”连线只是这种网络关系的图示而已。其没有具体物理意义(不要认为存在一条线就有一条导线对应)。

关于“集总”概念,还存在于元器件的简化上。由于相关书籍中对此说得较多,在此不多说了。只是强调一下,集总参数元器件模型不再像物理元器件实体那样具有空间广延性。

四)集总参数电路

如果电路中的元器件和导线连接的空间广延性都被简化了——即集总参数化,所得电路模型被称为集总参数电路。这是基本电路理论所研究的一大类电路。关于集总参数电路,下面引两段《电路》(专门讨论基本电路理论的书籍)的内容。

https://bbs.21ic.com/icview-601132-1-1.html

五)更高层次

电路被集总参数简化后,所剩的仅是个数学意义下的网络关系。对此还可进一步抽象简化,如端口网络化进而可采用简化矩阵分析。再进一步那就是信号流化,把电路变量的传输网络抽象成信号(即信息)的传输网络,由此简化了被传输信息的形式。


至此,抽象简化到头了吗?其实不然。电子电路在另一个方向走上了一条更为宽广的简化道路——数字化。由数字化,电子技术变成了信息技术,诞生了一门基于电子技术但超脱于电子技术的新技术——软件技术。

综合这些,大致可以鸟瞰电子技术和信息技术而得其概貌:材料及器件、(微)电子电路技术、射频(微波)及无线传输技术、数字电路技术(含计算机技术)、软件技术(操作系统、数据库等)。相关的理论基础至少可以追溯到:量子力学、固体物理、电磁学、离散数学(数理逻辑、拓扑及图论等)。

“电子”这两个字覆盖面之广,可以说是无所不包。物体的几乎所有特性都是由其确定,就算是核能其也是源于原子核内的强力(一种短程力)束缚被打破后储存在核内电磁能的释放。

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沙发
maychang| | 2014-3-30 17:50 | 只看该作者
善。
阳春白雪。

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板凳
xyz549040622| | 2014-3-30 18:03 | 只看该作者
lz以后不打酱油了?

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地板
Lgz2006| | 2014-3-31 08:57 | 只看该作者
多少有些伤感,一丝凄凉,一声遗憾
像老抽这样一心一意用数学来感触模电的少之又少,也算21家风景一道
针对问题,给出物理模型,建个等效电路,列出数学式求解变换,指出物理意义解析问题原理,一整条清辨的思维环路
老抽的数学式毫无问题,变幻多端从不会错,只是链环经常断裂

至于电子教学与工程设计,便不可同日而语了
也算同道,说声回见

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5
wugang1213| | 2014-4-2 13:40 | 只看该作者
曲弥高,和弥寡!

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zrn168168 + 1 赞一个!
6
zrn168168| | 2014-4-2 13:55 | 只看该作者
之乎者也,老气横秋,空洞乏味。

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7
雪山飞狐D| | 2014-4-14 13:59 | 只看该作者
  太学院派了,没意思,您还是去攻量子计算机把,科技革命靠您了,哈哈哈

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