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谈谈电子技术的入门之路

2019-08-02
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从欧姆定律启航


电子技术涉及到的理论和应用知识方方面面非常众多,其实必须掌握的只有欧姆定律这个初中就已经学过的公式:U=I×R,稍稍扩展一下:P=U×I。欧姆定律已经能够解决多数常规电子电路设计中的分析、计算问题,即使很多严格来讲需要涉及到高等教育内容和使用高等数学工具的问题,也往往能够使用欧姆定律来进行工程近似计算。另外必须掌握的还有电阻、电容的串并联计算方法,这些也都是中等教育的内容,也就是说,一个只接受过九年义务教育的人,应该已经具备了成为电子工程师所需的知识基础。 


用欧姆定律写作业、答试卷,相信是每一个读到本文的读者都经历过的,但不是每个人都真的会应用欧姆定律,事实上绝大多数没入门的初学者都不会。为什么我会做出这样的判断?


论坛上经常可以见到这样的问题:485总线的偏置电阻应该选多少?7805的输出电流不是1A么,怎么我的才输出100mA就烫的不行了?等等……这些都是典型的不会应用欧姆定律的案例。对于第一个问题,知道了电源电压和485总线规定的200mV逻辑门限电平,同时知道总线终端电阻的并联阻抗是60欧姆(两个120欧姆电阻并联的结果),剩下的就是用欧姆定律计算在当前电源电压下,在60欧姆上串联多大的电阻能使60欧姆阻抗上的分压大于等于200mV,然后除以2分成两个电阻问题即可解决,难度也就是初三物理课后作业的水平。那个7805烫手的问题更简单,根据输入输出压差,也就是落在7805上的电压再乘以7805的输入电流即可得到7805的耗散功率,烫手是否正常立刻可知。如果弄明白了怎么应用欧姆定律,这类问题根本就没有任何难度,要养成的习惯仅仅是遇到实际问题时有意识的去考虑应用简单的理论计算来找寻答案。


当今的电子电路设计以嵌入式数字电路为主,绝大多数这方面的应用设计并不涉及到高频、大功率或微弱信号的处理,也不会有很多复杂的回路,因此电路设计中的理论计算主要依靠欧姆定律就可以了。至于那些需要更多更深层次理论计算的应用,可以在遇到时再临时补课,比如欧姆定律的“升级”基尔霍夫定律、戴维南定律等等,凡是接受过理工科高等教育的读者,对这些定律的名称都不会陌生,这里同样要学会的是如何应用理论公式来解决实际问题。


在实践中,其实只要稍稍注意一下“解题”的方法,也就是说在解决实际问题时的意识和思路,那么真正掌握欧姆定律的应用并不是什么难事,剩下的就是学习和积累相关的专业知识了,那么该关注的重点都有哪些呢?

在大学里该重点学些什么


欧姆定律只是中等教育的内容,理工科高等教育的内容主要集中在两个方面:一是更高层次的数学工具和理论知识,二是专业方向所涉及的专业知识。这里,我主要跟大家聊一下作为电子工程师该重点关注和学好的专业课程。


首先,最最重要的一门课就是电子技术基础(国外称“电子学”),包括模拟和数字两部分,模拟部分尤其是重中之重,而模拟电路的重点则是晶体管的基本原理和应用电路。很多年轻人认为现在都数字时代了,晶体管有可能一辈子都用不到,所以学的时候一点也不用心,但事实上晶体管电路是当今几乎一切电子电路的基础单元。你看不见它并不代表它不存在,想绕开它根本就不可能。不管是数字电路还是模拟运放亦或是高频电路、电源电路等等,归根结底还是晶体管电路,只有弄明白了晶体管基本原理并掌握其应用电路的分析设计方法其他的“高级”电路才可能真正掌握,所以绝对不能偏废。其他该掌握的还有运放基本应用知识和各种逻辑门乃至组合逻辑、时序逻辑的基本特性及分析、设计方法,如果想在理论上进一步提升还要学好电路(也有称作“电路基础”、“电路原理”的)以及信号与系统这两门课。


其次,计算机原理也是要重点关注的课程。现代电子技术应用中多数领域都离不开计算机技术,甚至可以说计算机技术已深入到生活的方方面面。电子工程师的很多设计工作自然也是围绕着计算机技术展开的,其重要性不必多说。很多初学者总是困惑于如何学好单片机,其实原则上单片机根本不用去专门学,学好了电子技术基础和计算机原理,单片机基本上就可以手到擒来了,当然,编程语言不能忽略。由于C语言是目前嵌入式计算机平台的主要工作编程语言,所以对于电子工程师而言,掌握C语言的编程是必须的。如果同时能够再掌握汇编语言自然更好,那将会对底层控制的理解更加深入。如果想在软件编程方面有进一步的提高,软件工程这门课很有意义。


如果想进入高频电子/无线通讯技术领域,电磁场论和数字通讯这两门课很重要,想从事电源类技术工作的则需要加强功率模拟电路知识并学习磁性元件、开关电源原理等。自动化类专业当然离不开自控原理,特别是经典控制论。


以上应该是大学期间该重点学好的专业课程的“最小集合”了,鉴于现今的技术资料多数为英文的,所以至少英文的阅读特别是英文技术文档的阅读必须掌握;如果不能,那电子工程师这个职业恐怕就不适合你,勉强为之的话也不会有多大作为,切记、切记。就英文专业文档的阅读而言,其实并不需要多么高深的英文水平,正确理解专业词汇的意义才是关键,而这可以通过大量阅读中文技术文档在熟悉和掌握有关专业汉语词汇的基础上借助英汉辞典来实现,剩下的唯耐心和细心而已。


最后简单地谈谈数学。数学是现代科学及工程技术都离不开的工具,太多知识的背后其实就是数学,数学反应的是客观世界的规律,如果在对现象的理解和掌握的基础上再进一步去理解和掌握现象背后的数学规律,那么在技术水平达到一定高度后,数学的力量就会显现。甚至可以说,一个人的技术之路最终能到达何处,将由其数学能力决定。


极速赛车手机官网——节选自《MCU工程师炼成记》


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