給初級(ji)工程師們的一(yi)封信——如何成爲(wei)硬件高手
來源(yuan): 發布時間:2025-12-12 浏覽(lǎn)量:62
古人學問無(wú)遺力，少壯工夫(fū)老始成。若問硬(ying)件速成法，猶似(si)浮🈲沙立大廈。千(qian)萬别認爲看後(hòu)就能成爲高手(shou)，當然筆者亦❓非(fēi)高手，水滴石穿(chuan)又豈是朝夕之(zhī)功！謹以過往經(jing)曆和拙見與在(zai)校學生朋友和(hé)剛工作的工程(cheng)師分享共勉。
理(li)論學習
沒有滿(mǎn)腹經綸，何能出(chu)口成章。但覺得(dé)書海茫茫，不知(zhī)從何下手？應先(xiān)把課本啃完，此(cǐ)是基礎。怎算啃(kěn)完？把所有内容(róng)看完，所有公式(shì)推導一遍，習題(ti)全部做🚶完。按照(zhào)老師講♈授的内(nei)容隻夠🌈應付考(kao)試，書名都帶🔞基(ji)礎，還挑着學，還(hái)想從事此行業(ye)，連門都🧡還沒進(jìn)呢📐！事實證明，往(wǎng)往選讀的内容(róng)實際工作中很(hen)常用到。
淡然無(wu)味的文字，晦澀(sè)的公式，望而生(sheng)畏？此時需要一(yī)位良師——興趣。每(měi)人興趣來源也(ye)許不同，爲了電(diàn)子競賽，爲了找(zhao)個‼️好工作，無論(lùn)如何有了興趣(qu)就有求知的欲(yu)望。筆者的興趣(qù)源于幼時的好(hǎo)💔奇心，總想拆㊙️開(kai)收音機看看人(rén)在哪裏，隻見元(yuán)件一堆。後來将(jiāng)壞電器的元件(jiàn)拆下用細銅絲(sī)連接釘于木闆(pǎn)上，插上220V，試試有(you)何功能，結果當(dang)然是爆了。直到(dào)五年級從親戚(qi)處拿來一些電(diàn)器維修的書，從(cóng)7管收音機電路(lù)了解到放大的(de)概念，電🏒風扇副(fu)繞組電容分相(xiàng)與主繞組形成(chéng)旋轉磁場，電飯(fàn)鍋利用🚶鐵氧體(ti)的居裏點自動(dòng)跳閘，頓覺電子(zi)世界其樂無窮(qiong)。凡見帶電的東(dōng)西都要一窺其(qí)💘原理，地攤淘舊(jiù)書，抄壞電器的(de)電路圖研究，利(lì)是錢買來一把(ba)烙鐵和一個指(zhi)針萬用表，一堆(duī)腐乳瓶💚裝住分(fèn)好類的阻容晶(jīng)體管，從此踏上(shang)這🌈條不歸路。
大(da)學課本爛熟于(yú)心後，可以先找(zhǎo)開創性、原理性(xìng)的🈲書籍來研⭐究(jiu)，看到技術發展(zhan)脈絡。比如從電(diàn)子管開🔴始研✌️究(jiu)放大器，了解栅(shan)偏壓對陽極電(diàn)流的控制作用(yong)，如何設置工作(zuò)點和負反饋，到(dao)晶體💔管放大再(zài)到🍉集成電路，你(ni)會發現其實JFET與(yu)電子管有些類(lei)似。從電⛹🏻♀️磁學到(dào)電動力學，固體(ti)物♌理、半導體物(wù)理到半導體器(qi)件物理，控制理(lǐ)論。另外還可學(xue)習熱力學、光學(xué)，一㊙️級級進階豐(fēng)富知✨識面。當前(qian)工程實踐中的(de)問題都可應用(yòng)這些理論解釋(shì)，電路調試中所(suo)♋謂“靈異”現象不(bu)過是你水平不(bu)夠而已。而一些(xie)設計手冊、指南(nan)是⛱️應對器件電(diàn)路非理想特🏃🏻性(xing)的應用技巧，沒(mei)有過多㊙️推導，也(yě)不難理解。
别以(yi)爲老舊的知識(shí)過了時，當今熱(re)門技術早有理(lǐ)論💃研🧡究。現在🔴火(huo)熱的AI，從1950年提出(chū)圖靈試驗，1969年成(cheng)立IJCAI，1987年召開第一(yī)次國💚際神經網(wang)👅絡會議，到當今(jīn)随着網絡發展(zhan)和硬件計📐算能(néng)力提高，理論才(cái)得以實現和大(dà)量應用，被常人(ren)所熟知。
最重要(yao)一點，别刻意記(jì)憶結論，要自己(ji)推導一遍。有人(rén)覺㊙️得⛱️爲何不能(néng)寫得生動活潑(pō)，公式一大堆，其(qi)實技術是講求(qiú)根據的，非憑感(gǎn)覺，任何試圖以(yi)通俗易⛷️懂的方(fang)式去轉化都有(you)可能偏離本質(zhì)，真正有興趣的(de)人自不🚶覺枯燥(zao)，望而卻步的人(rén)也許志不在此(cǐ)。像《一分鍾理解(jie)📱xxx》，不過是爲讓常(chang)人易于理解，對(duì)工程師⛱️是不夠(gòu)的，高端技術也(yě)不會通俗易懂(dong)。
實踐
實踐的重(zhong)要性不言而喻(yù)，對一些結論和(he)想法進行驗證(zhèng)，印象異🐆常深刻(ke)。以前做一個晶(jing)體管音頻放大(dà)器，偏🤩置電流設(she)置得比較低，輸(shū)入線引長之後(hòu)竟然收到了AM電(dian)台，說☎️明低偏❗置(zhi)電流🌈下三極㊙️管(guǎn)發射結進行了(le)檢波，将靠近輸(shū)入端的引線在(zai)鐵氧👄體磁芯上(shàng)🔞繞幾圈便被抑(yì)制了，說明了扼(è)流圈的作用。
可(ke)惜大學裏提供(gong)給學生實踐的(de)資源還是很有(yǒu)限🔞。不過即便如(ru)此，有時還是可(kě)以變通一下，以(yǐ)前做一個升壓(yā)逆變器，沒有大(dà)功率晶體管，就(jiù)用薄鐵片剪一(yi)個齒輪，膠水✊固(gu)定在錄音機馬(mǎ)達轉軸上，電池(chi)碳棒作電刷，齒(chǐ)輪通斷形成開(kai)關，工頻變壓器(qì)倒過來用，實現(xian)了升壓，但變壓(ya)器燙手，要先轉(zhuan)起來再用碳🥵棒(bang)靠近，避免鐵芯(xin)飽和。
在實踐過(guò)程中，還需結合(he)理論總結分析(xī)。你會認識🔆到器(qì)件的📧非理想特(tè)性，爲何會有很(hěn)大幹擾、噪聲、自(zi)♍激，達不到🌈預期(qī)性能♍。導體存在(zài)電阻和電感，導(dǎo)體間存在電容(róng)，載流子熱運動(dòng)産生熱噪聲等(děng)等，隻不過大多(duō)數情況下你潛(qián)意識裏理想化(hua)了。地環路——法拉(lā)📞第電磁感應定(ding)律，多點接地——導(dǎo)線的阻抗已經(jing)不能忽略，公共(gong)阻抗、一點接地(di)——不過是歐姆定(ding)律，非🛀🏻理想特性(xing)是被忽略的分(fen)布存在的真實(shi)元件以及元件(jiàn)🔅的真實特性，本(ben)該如此，并沒有(you)多神秘。所以沒(mei)有豐富的理論(lun)，不提煉總結，依(yī)賴于别人的經(jīng)驗，不☁️知其✌️所以(yǐ)然。
思考
問渠哪(na)得清如許？爲有(yǒu)源頭活水來。勤(qin)于思考，用心🔞感(gan)悟，觸發靈感和(he)産生創新的源(yuán)泉。
通電導線内(nei)平均電場有多(duō)大呢，不妨推導(dǎo)一下，其結果爲(wèi)電👈流密度和電(diàn)阻率乘積。
衆所(suo)周知電傳播速(su)度非載流子的(de)移動速度。那麽(me)實際導體中😍電(dian)子平均速度是(shi)多少呢？設銅導(dao)線截面積爲1mm2，電(dian)流爲1A，根據銅相(xiang)對原子質量和(hé)密度，可得摩爾(ěr)密度爲1.4×105mol/m3，1mol數量爲(wei)阿⛱️伏伽德💯羅常(cháng)數，設銅原子最(zui)外層爲1個電子(zǐ)脫離束縛，則自(zi)由電子密度爲(wei)8.4×1028/m3，根據電流定義(yi)I=Q/t=vtSpq/t得🐕到速度v=I/(Spq)=1/(1×10-6×8.4×1028×1.6×12-12)≈74μm/s，這隻(zhi)是大概值。導體(ti)既然有電場爲(wei)何電子🐉不是加(jia)速呢，實際電子(zǐ)運動會經曆加(jia)速、與原子碰撞(zhuang)等，碰撞、束縛宏(hóng)觀爲阻力，與宏(hóng)觀電場力相等(děng)，電場力克🈲服阻(zu)力做功使導💛體(ti)✌️發熱，此爲電阻(zu)。
大膽假設，然後(hou)證明。摩擦帶電(diàn)的塑料可以吸(xi)引紙屑，220V帶電導(dǎo)🔱線爲何不會吸(xī)引紙屑？其實前(qian)者指帶電荷，後(hòu)者指通有🐉電流(liu)♋是電中性的。不(bu)過用一個絕緣(yuan)棒連接的金屬(shǔ)球碰觸一個對(duì)大地爲100V的電壓(ya)，實際上吸引不(bú)了紙屑，但也是(shì)帶了電荷的。球(qiú)體半徑R，根據電(diàn)場高斯定理、電(diàn)壓、電容定義得(dé)孤立導體球電(diàn)容C=4πε0R。兵乓球大🚩的(de)金屬球電容爲(wei)2.2pF，連接到100V電壓上(shang)充電電量爲220pC，當(dāng)然脫離電源後(hou)球體電勢隻有(you)100V。當充進1.5μC電量時(shí)（相當于人體帶(dai)⛱️10kV靜電的電量，冬(dōng)天很⭐平常）電勢(shì)有682kV，表面電場是(shì)很高的。能否吸(xi)引紙屑還沒試(shi)🈚過，充這麽高電(dian)壓需要起電機(ji)。
曾經有一個靜(jìng)電發電機的想(xiǎng)法，一個固定，一(yi)個可動極闆構(gòu)成電容，可動極(ji)闆靠近固定極(ji)闆時，電源對極(ji)🔞闆充進電🔆荷，然(rán)後可動極闆由(yóu)機械能帶動遠(yuǎn)㊙️離固定☀️極闆并(bing)脫離電㊙️源，克服(fú)極闆間電場力(li)所做😘的功使極(jí)闆間電壓增大(da)（電容減少了），到(dao)🥵達頂端連接到(dào)輸出電🔞容對其(qí)充電，然後返回(hui)充電，周而複此(cǐ)，這樣輸入輸出(chū)🧑🏾🤝🧑🏼的平均電流相(xiàng)同但電壓變高(gao)了，驅動極闆運(yun)動的機械能轉(zhuǎn)化爲電能。
别人(ren)的經驗，千萬别(bié)不假思索拿來(lái)即用。比如驅動(dong)繼電👣器，很多書(shu)上都說線圈要(yào)并聯一個二極(jí)管吸收反電動(dòng)勢。然♈而這不是(shì)任何時候都合(he)适的，二極🔱管正(zhèng)向🈲導通時壓降(jiang)低等效電阻小(xiao)，時間常數爲L/R，電(diàn)㊙️流衰減緩慢，導(dǎo)緻觸點斷開時(shí)間延後，吸♉力不(bú)足的時間區間(jiān)變♊大，斷開不夠(gou)幹脆。有些情況(kuàng)就需要并聯電(diàn)阻或二🈚極管串(chuan)聯穩壓管提高(gāo)吸收電壓，使電(dian)流迅速衰減。
關(guan)于仿真
暫且将(jiāng)知識分爲原理(li)和技巧，利用工(gōng)具是一種技巧(qiao)，但應以原理爲(wèi)基礎。剛開始學(xue)習和工作，建議(yì)盡♈量手算，減少(shǎo)對工具的依賴(lai)，對成長也有好(hao)處。下面有一個(ge)電路，兩個四線(xian)電阻并聯，求輸(shū)出電壓和輸入(ru)電流的🏃關系，以(yi)及每部分電阻(zǔ)變化對輸出的(de)影響，光是前者(zhe)計算就可以寫(xiě)滿幾頁紙🤟，這也(ye)需要毅力。
要做(zuo)好産品，需要長(zhang)久的學習積累(lei)，并不輕松。如當(dāng)決心從事研發(fa)，那就堅定不移(yí)地走下去吧。化(hua)身爲🌈史波🈲克，駕(jia)駛着進取号電(diàn)子飛船，踏上探(tan)索未知世界的(de)征㊙️程。在發射區(qū)，偏置已使♻️耗盡(jìn)層變窄，你與大(dà)量小夥伴受電(dian)場力驅動輕松(sōng)🧑🏾🤝🧑🏼地湧進了基區(qu)，這是一個充滿(man)黑洞的時空，一(yi)些同伴被黑洞(dong)所束縛，一些被(bei)擄去另一世界(jiè)，還好困難💜總是(shì)短暫的（基㊙️區很(hěn)薄），你幸運✉️地躲(duo)過一劫，未及看(kàn)清便和大部分(fèn)同伴飛到了集(jí)電結，突然🔴受到(dào)一股強大吸🆚力(li)牽引，快速渡越(yuè)了空曠的集電(diàn)區，漫遊在低阻(zu)導線上，總🔴算松(song)🛀🏻了一口氣。然而(er)前路不如你所(suǒ)願地一帆風順(shùn)，阻力㊙️重重的負(fù)載中，到處碰壁(bi)，撞得渾身通紅(hóng)。甚至你的飛船(chuan)被原子掠去爲(wèi)它運轉，好🍉不容(róng)易偷得一艘飛(fei)船利用熱動力(lì)逃離魔鬼的掌(zhang)控，曲折中前行(háng)，曆經艱難險阻(zǔ)才到達勝利彼(bǐ)岸。人生猶如一(yī)場電子🐉的旅行(hang)！