給(gěi)初級工程(cheng)師們的一(yi)封信——如何(he)成爲硬件(jiàn)高手
來源(yuan): 發布時間(jian):2025-12-15 浏覽量:62
古(gǔ)人學問無(wu)遺力，少壯(zhuang)工夫老始(shǐ)成。若問硬(yìng)件速成法(fǎ)，猶🌈似浮沙(sha)立大廈。千(qiān)萬别認爲(wèi)看後就能(néng)成爲高👨❤️👨手(shou)，當然筆者(zhě)亦非高手(shou)，水滴石穿(chuān)又豈是朝(chao)夕之功🏒！謹(jin)以過往經(jing)曆🧑🏾🤝🧑🏼和拙見(jiàn)與在校❓學(xue)生朋友和(hé)剛工作的(de)工程師🐕分(fen)享共勉。
理(lǐ)論學習
淡(dan)然無味的(de)文字，晦澀(se)的公式，望(wàng)而生畏？此(ci)時需要一(yī)位良師——興(xìng)趣。每人興(xing)趣來源也(yě)許不同，爲(wei)了電子🐪競(jing)賽，爲了找(zhao)個好工作(zuo)，無論如何(he)有了興趣(qù)就有求知(zhi)的欲🐆望。筆(bǐ)者⛱️的興趣(qù)源于幼時(shí)的好奇心(xīn)，總想拆開(kāi)收音機看(kan)看人在哪(nǎ)裏，隻見元(yuan)件一堆。後(hou)來将壞電(diàn)器的元件(jiàn)拆下用細(xì)銅絲連接(jiē)釘于🔴木闆(pǎn)上，插上220V，試(shì)試有何功(gong)能，結果當(dang)然是爆了(le)。直到五年(nian)級從親☎️戚(qi)處拿來一(yī)些電器維(wei)修的書，從(cong)7管收音機(ji)電路了🧑🏾🤝🧑🏼解(jiě)到放大的(de)概念，電風(feng)扇副繞組(zu)電容分🏃🏻♂️相(xiàng)與主繞組(zu)形成旋🔱轉(zhuǎn)磁場，電飯(fàn)鍋利用鐵(tiě)氧體的居(jū)裏點自🏃🏻動(dòng)跳閘，頓覺(jiào)電子🈲世界(jiè)其樂無窮(qióng)。凡見帶🌈電(dian)的東西都(dou)要一窺其(qi)原理，地攤(tān)淘🌈舊🚶書，抄(chao)壞電器的(de)電路圖❌研(yán)究，利是錢(qian)買來一把(bǎ)烙鐵和☁️一(yi)個指針萬(wan)用表，一堆(duī)腐乳瓶🔴裝(zhuāng)住分好類(lei)的阻容晶(jing)♍體管，從此(cǐ)踏上這條(tiáo)不歸路。
大(dà)學課本爛(lan)熟于心後(hòu)，可以先找(zhǎo)開創性、原(yuan)理性的書(shu)籍來研究(jiū)，看到技術(shu)發展脈絡(luo)。比如從電(diàn)子管開始(shi)研究放大(da)器，了解栅(shān)偏壓對陽(yáng)極電流的(de)控制作用(yong)，如何設置(zhi)工作點和(hé)負反饋，到(dao)晶體管放(fàng)大再到集(ji)成電路🧡，你(nǐ)會發現其(qí)實JFET與電子(zi)管有些類(lei)似。從電磁(cí)學到電動(dong)力學，固體(tǐ)物理、半導(dao)體物理到(dao)半導體🈚器(qì)件物理，控(kòng)制理論。另(ling)外還可學(xue)習熱力學(xue)、光學，一級(ji)級進階豐(fēng)富知識面(miàn)。當前工程(chéng)實踐中的(de)問題都可(ke)應用這些(xie)理論解🏃🏻♂️釋(shì)，電路調試(shì)中所謂“靈(líng)異”現象不(bu)過是你水(shuǐ)平不夠而(er)已。而一些(xie)設計手冊(ce)、指南是應(yīng)對器件電(dian)路非理想(xiǎng)特性的應(ying)用技巧🏃，沒(méi)有過多❤️推(tui)導，也不難(nan)理解。
别以(yi)爲老舊的(de)知識過了(le)時，當今熱(rè)門技術早(zao)有理論研(yán)究。現在火(huo)熱的AI，從1950年(nian)提出圖靈(ling)試驗，1969年成(chéng)立IJCAI，1987年召開(kāi)📞第一次國(guo)際神經網(wǎng)🔞絡會議，到(dao)當今随着(zhe)網絡發展(zhǎn)和硬件計(jì)算能力提(tí)高，理論才(cai)得以實現(xian)和大😘量應(yīng)用，被⛷️常人(ren)所熟知。
最(zuì)重要一點(diǎn)，别刻意記(ji)憶結論，要(yao)自己推導(dao)一遍。有人(ren)💃覺得爲何(he)㊙️不能寫得(de)生動活潑(pō)，公式一大(dà)堆，其實技(jì)術是講求(qiú)根據的，非(fei)憑感覺，任(rèn)何試圖以(yi)通俗易懂(dong)的方式去(qù)轉化都有(yǒu)可能偏離(lí)本質，真正(zheng)有興趣的(de)人自不覺(jiào)枯燥，望而(ér)卻步的人(rén)也許志不(bú)在此。像《一(yi)分鍾理解(jiě)xxx》，不過是爲(wèi)讓💘常人易(yì)于理解，對(duì)工程師是(shì)不夠的，高(gao)端♊技術也(yě)不會通☎️俗(sú)易懂。
實踐(jiàn)
可惜大(dà)學裏提供(gòng)給學生實(shí)踐的資源(yuan)還是很有(you)限🏒。不過即(jí)‼️便如此，有(you)時還是可(ke)以變通一(yī)下，以前做(zuò)一個升壓(ya)逆變器，沒(méi)有大功🔴率(lǜ)晶體管，就(jiu)用薄鐵片(piàn)剪一個齒(chi)🌏輪，膠水固(gù)定在錄音(yin)機馬達轉(zhuǎn)🏃軸上，電池(chí)碳棒作電(diàn)刷，齒輪通(tōng)斷形成開(kāi)關👈，工頻變(biàn)壓器倒過(guo)來用，實現(xian)了升壓，但(dan)變壓器燙(tang)手，要先轉(zhuǎn)起來再用(yòng)碳棒靠近(jìn)，避免鐵芯(xīn)飽和。
在實(shi)踐過程中(zhong)，還需結合(hé)理論總結(jie)分析。你會(huì)認識到器(qi)件的⛱️非⭕理(lǐ)想特性，爲(wèi)何會有很(hen)大幹擾、噪(zao)聲、自激，達(dá)不到預期(qi)🐉性能。導體(tǐ)存在電阻(zǔ)和電感，導(dao)體間存在(zài)電容，載流(liu)子熱運動(dòng)産生熱噪(zào)聲等等，隻(zhi)不過大多(duō)數情況下(xià)你潛意識(shi)裏理想化(hua)了。地🧑🏾🤝🧑🏼環路(lù)——法拉第電(diàn)磁感應定(dìng)律，多點接(jie)地——導線的(de)阻抗已經(jīng)不能🐕忽略(luè)，公共阻抗(kang)、一點接地(dì)——不過是歐(ou)姆定律，非(fēi)理想特性(xing)是被🈲忽略(lue)的分布存(cún)🔴在的真實(shi)元件以及(ji)元件的真(zhen)實特性，本(běn)該如👌此，并(bing)沒有多神(shen)秘。所以沒(mei)有豐富的(de)理論👈，不提(tí)煉總結，依(yī)賴于别人(rén)的經驗，不(bú)知其所以(yi)然。
思考
問(wen)渠哪得清(qing)如許？爲有(yǒu)源頭活水(shuǐ)來。勤于思(si)考，用心感(gan)悟，觸❗發靈(ling)感和産生(shēng)創新的源(yuan)泉。
思考知(zhī)識間的聯(lián)系，融會貫(guan)通。一個環(huan)形電感，感(gǎn)應電動勢(shi)U=Ldi/dt，又有另外(wai)的形式U=Ndφ/dt，這(zhè)兩者有什(shi)麽聯系，結(jie)合安培環(huan)路定理推(tui)導你會找(zhao)出電感量(liàng)與線圈匝(zā)數、磁導率(lü)和磁路截(jie)面S和磁路(lu)長度l的關(guān)系L=μN2S/l。根據電(dian)感的定義(yì)L=Ψ/i=Nφ/i同樣得到(dao)L=μN2S/l，殊途同路(lù)。SI單位制中(zhōng)有7個基本(ben)單位，當前(qian)科學技術(shu)中如此之(zhī)多的物理(lǐ)量單位由(you)其導出，你(nǐ)說各種知(zhi)識之間有(yǒu)沒有密切(qie)的聯系？
衆所周知(zhi)電傳播速(sù)度非載流(liu)子的移動(dong)速度。那麽(me)🈲實際導體(ti)中㊙️電子平(ping)均速度是(shì)多少呢？設(she)銅導線截(jie)面積爲1mm2，電(dian)流爲1A，根據(ju)銅相對原(yuán)子質量和(hé)密度，可得(dé)摩爾密度(du)爲1.4×105mol/m3，1mol數量爲(wei)阿伏伽德(dé)羅常數，設(shè)銅原子最(zui)🏒外層爲1個(gè)電子脫離(li)束縛，則自(zì)由電子密(mi)度爲8.4×1028/m3，根據(ju)電流定義(yì)I=Q/t=vtSpq/t得到速度(dù)v=I/(Spq)=1/(1×10-6×8.4×1028×1.6×12-15)≈74μm/s，這隻是大(da)概值。導體(ti)既然有電(diàn)場爲何電(dian)子不是加(jiā)速呢，實際(jì)電子運動(dong)會經㊙️曆加(jia)速、與原子(zi)碰撞等，碰(peng)撞、束縛宏(hóng)觀爲🐇阻力(lì)，與宏觀電(dian)場力相等(děng)，電場力克(ke)👈服阻力做(zuo)功使導🤞體(tǐ)發熱，此爲(wèi)電阻。
大膽(dǎn)假設，然後(hòu)證明。摩擦(cā)帶電的塑(su)料可以吸(xi)引紙🐅屑，220V帶(dài)電👨❤️👨導線爲(wèi)何不會吸(xī)引紙屑？其(qí)實前者指(zhǐ)帶電荷，後(hòu)者指🔴通有(you)電流是電(diàn)中性的。不(bú)過用一個(gè)絕緣棒連(lian)接的金屬(shǔ)球碰觸一(yi)個對大地(dì)爲🌐100V的電壓(yā)，實際🥰上吸(xi)引不了紙(zhi)屑，但💞也是(shi)帶了電荷(hé)的。球體半(bàn)徑R，根據電(diàn)場高斯🔴定(ding)理、電壓、電(dian)容定義得(dé)孤立導體(tǐ)球電容C=4πε0R。兵(bīng)乓球大的(de)金屬球電(dian)容爲2.2pF，連接(jie)到100V電壓上(shàng)✔️充電電量(liang)爲220pC，當然脫(tuō)離電源後(hòu)球體電勢(shì)☔隻有100V。當充(chong)進1.5μC電量時(shi)（相當于人(ren)體帶10kV靜電(dian)的電量，冬(dong)天很平常(cháng)）電勢有682kV，表(biao)面電場是(shi)很高的。能(néng)否吸😍引紙(zhǐ)屑還沒試(shi)過，充這麽(me)高電壓需(xu)要㊙️起電機(ji)。
曾經有一(yi)個靜電發(fā)電機的想(xiǎng)法，一個固(gu)定，一個可(ke)動極闆構(gou)成💘電容，可(kě)動極闆靠(kao)近固定極(jí)闆時，電源(yuán)對極闆充(chōng)進電荷，然(rán)後可動極(ji)闆由機械(xiè)能帶動遠(yuan)離固定極(ji)闆并脫離(lí)電源，克服(fu)極闆間電(diàn)場力所做(zuo)的功使極(ji)闆間電壓(ya)增大（電容(rong)減少了），到(dào)達頂端連(lián)接到輸出(chu)電❓容對其(qí)充電，然後(hòu)返回充電(diàn)，周而複此(ci)，這樣輸入(rù)輸出的平(píng)均電流相(xiàng)同但電壓(ya)變高了，驅(qū)動極闆運(yùn)動的機械(xiè)能轉化爲(wei)電能。
别人(rén)的經驗，千(qiān)萬别不假(jiǎ)思索拿來(lái)即用。比如(rú)驅動繼電(diàn)器，很多書(shu)上都說線(xiàn)圈要并聯(lian)一個二極(jí)管吸收反(fan)電動♻️勢。然(rán)🌈而這不是(shi)任何時候(hòu)都合适的(de)，二極管正(zheng)向導通時(shí)壓降低等(deng)效電阻小(xiǎo)，時間常數(shù)爲L/R，電流衰(shuāi)減緩慢，導(dǎo)緻觸點斷(duàn)開時間延(yán)後，吸力不(bú)足的時間(jiān)區間變大(dà)，斷開不夠(gou)幹脆。有些(xie)情況就需(xū)要并聯電(diàn)阻或二極(ji)管串聯穩(wěn)壓管提高(gāo)吸收電壓(yā)✏️，使電流迅(xùn)速衰減。
關(guān)于仿真
暫(zàn)且将知識(shi)分爲原理(li)和技巧，利(lì)用工具是(shi)一種技巧(qiao)，但應以原(yuán)理爲基礎(chu)。剛開始學(xué)習和工作(zuò)，建議盡量(liàng)手🤟算，減少(shǎo)對工具的(de)依賴，對成(chéng)長也有好(hǎo)處。下面🛀有(you)一個電路(lù)，兩🙇🏻個四線(xiàn)電阻并聯(lián)，求輸出電(diàn)壓和輸入(ru)電流的關(guan)系，以及每(mei)部分電阻(zǔ)變化對輸(shu)出的影😄響(xiǎng)，光是前者(zhe)計算就可(kě)以🏃🏻♂️寫滿幾(jǐ)頁紙，這也(ye)需要毅💘力(li)。
要做好産(chǎn)品，需要長(zhǎng)久的學習(xí)積累，并不(bu)輕松。如當(dang)✂️決心從♍事(shi)研發，那就(jiu)堅定不移(yí)地走下去(qu)吧。化身爲(wei)史波克，駕(jià)駛着進取(qǔ)号電子飛(fei)船，踏上探(tàn)索未知世(shì)界的征🏒程(chéng)。在發射區(qū)，偏👣置已使(shi)👈耗盡層變(bian)窄，你與大(da)量小夥伴(ban)受電場力(li)📧驅動輕松(song)地湧進了(le)基區，這是(shi)一個充滿(mǎn)黑洞的時(shí)空，一🌈些同(tong)伴被黑洞(dong)所束縛，一(yi)🔴些被擄去(qù)另♌一世界(jiè)，還好困難(nan)總是短暫(zan)的（基區很(hen)薄），你幸運(yun)✍️地躲過一(yi)劫，未及看(kan)清便和大(dà)部分同伴(ban)飛到了集(jí)電結，突然(ran)受到一股(gǔ)強大吸✍️力(li)牽引，快速(sù)🏃🏻渡越了空(kōng)曠的集電(dian)區📐，漫遊在(zài)低阻導線(xiàn)上，總算松(sōng)了一口氣(qì)。然而前路(lu)不如💋你所(suo)願地一帆(fān)風順，阻力(li)🍉重重的負(fu)載中，到處(chu)碰壁，撞得(dé)渾身通紅(hóng)。甚至你的(de)🈚飛船被原(yuan)子掠去爲(wèi)它運🔅轉，好(hao)不容易偷(tōu)得一艘飛(fei)船利用熱(rè)💜動力逃離(lí)魔鬼的掌(zhang)控，曲折中(zhong)前行，曆經(jīng)艱難險阻(zǔ)才到達勝(shèng)✏️利彼岸。人(ren)生猶如一(yī)場電子的(de)旅行！