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如何成为硬件高手

2017年04月20日 15:20 次阅读

摘要:驾驶着进取号电子飞船,从发射区进入充满黑洞的基区,一些同伴被黑洞束缚,一些掳去另一世界,你幸运地躲过一劫飞到集电结,受到强大的吸力快速渡越出集电区,漫游在低阻导线上,松了一口气。然而前路不如你所愿地一帆风顺,阻力重重的负载中到处碰壁……

古人学问无遗力,少壮工夫老始成。若问硬件速成法,犹似浮沙立大厦。千万别认为看后就能成为高手,当然笔者亦非高手,水滴石穿又岂是朝夕之功!谨以过往经历和拙见与在校学生朋友和刚工作的工程师分享共勉。

理论学习

没有满腹经纶,何能出口成章。但觉得书海茫茫,不知从何下手?应先把课本啃完,此是基础。怎算啃完?把所有内容看完,所有公式推导一遍,习题全部做完。按照老师讲授的内容只够应付考试,书名都带基础,还挑着学,还想从事此行业,连门都还没进呢!事实证明,往往选读的内容实际工作中很常用到。

淡然无味的文字,晦涩的公式,望而生畏?此时需要一位良师——兴趣。每人兴趣来源也许不同,为了电子竞赛,为了找个好工作,无论如何有了兴趣就有求知的欲望。笔者的兴趣源于幼时的好奇心,总想拆开收音机看看人在哪里,只见元件一堆。后来将坏电器的元件拆下用细铜丝连接钉于木板上,插上220V,试试有何功能,结果当然是爆了。直到五年级从亲戚处拿来一些电器维修的书,从7管收音机电路了解到放大的概念,电风扇副绕组电容分相与主绕组形成旋转磁场,电饭锅利用铁氧体的居里点自动跳闸,顿觉电子世界其乐无穷。凡见带电的东西都要一窥其原理,地摊淘旧书,抄坏电器的电路图研究,利是钱买来一把烙铁和一个指针万用表,一堆腐乳瓶装住分好类的阻容晶体管,从此踏上这条不归路。

大学课本烂熟于心后,可以先找开创性、原理性的书籍来研究,看到技术发展脉络。比如从电子管开始研究放大器,了解栅偏压对阳极电流的控制作用,如何设置工作点和负反馈,到晶体管放大再到集成电路,你会发现其实JFET与电子管有些类似。从电磁学到电动力学,固体物理、半导体物理到半导体器件物理,控制理论。另外还可学习热力学、光学,一级级进阶丰富知识面。当前工程实践中的问题都可应用这些理论解释,电路调试中所谓“灵异”现象不过是你水平不够而已。而一些设计手册、指南是应对器件电路非理想特性的应用技巧,没有过多推导,也不难理解。

别以为老旧的知识过了时,当今热门技术早有理论研究。现在火热的AI,从1950年提出图灵试验,1969年成立IJCAI,1987年召开第一次国际神经网络会议,到当今随着网络发展和硬件计算能力提高,理论才得以实现和大量应用,被常人所熟知。

最重要一点,别刻意记忆结论,要自己推导一遍。有人觉得为何不能写得生动活泼,公式一大堆,其实技术是讲求根据的,非凭感觉,任何试图以通俗易懂的方式去转化都有可能偏离本质,真正有兴趣的人自不觉枯燥,望而却步的人也许志不在此。像《一分钟理解xxx》,不过是为让常人易于理解,对工程师是不够的,高端技术也不会通俗易懂。

实践

实践的重要性不言而喻,对一些结论和想法进行验证,印象异常深刻。以前做一个晶体管音频放大器,偏置电流设置得比较低,输入线引长之后竟然收到了AM电台,说明低偏置电流下三极管发射结进行了检波,将靠近输入端的引线在铁氧体磁芯上绕几圈便被抑制了,说明了扼流圈的作用。

可惜大学里提供给学生实践的资源还是很有限。不过即便如此,有时还是可以变通一下,以前做一个升压逆变器,没有大功率晶体管,就用薄铁片剪一个齿轮,胶水固定在录音机马达转轴上,电池碳棒作电刷,齿轮通断形成开关,工频变压器倒过来用,实现了升压,但变压器烫手,要先转起来再用碳棒靠近,避免铁芯饱和。

在实践过程中,还需结合理论总结分析。你会认识到器件的非理想特性,为何会有很大干扰、噪声、自激,达不到预期性能。导体存在电阻和电感,导体间存在电容,载流子热运动产生热噪声等等,只不过大多数情况下你潜意识里理想化了。地环路——法拉第电磁感应定律,多点接地——导线的阻抗已经不能忽略,公共阻抗、一点接地——不过是欧姆定律,非理想特性是被忽略的分布存在的真实元件以及元件的真实特性,本该如此,并没有多神秘。所以没有丰富的理论,不提炼总结,依赖于别人的经验,不知其所以然。

思考

问渠那得清如许?为有源头活水来。勤于思考,用心感悟,触发灵感和产生创新的源泉。

思考知识间的联系,融会贯通。一个环形电感,感应电动势U=Ldi/dt,又有另外的形式U=Ndφ/dt,这两者有什么联系,结合安培环路定理推导你会找出电感量与线圈匝数、磁导率和磁路截面S和磁路长度l的关系L=μN2S/l。根据电感的定义L=Ψ/i=Nφ/i同样得到L=μN2S/l,殊途同路。SI单位制中有7个基本单位,当前科学技术中如此之多的物理量单位由其导出,你说各种知识之间有没有密切的联系?

通电导线内平均电场有多大呢,不妨推导一下,其结果为电流密度和电阻率乘积。

众所周知电传播速度非载流子的移动速度。那么实际导体中电子平均速度是多少呢?设铜导线截面积为1mm2,电流为1A,根据铜相对原子质量和密度,可得摩尔密度为1.4&TImes;105mol/m3,1mol数量为阿伏伽德罗常数,设铜原子最外层为1个电子脱离束缚,则自由电子密度为8.4&TImes;1028/m3,根据电流定义I=Q/t=vtSpq/t得到速度v=I/(Spq)=1/(1&TImes;10-6&TImes;8.4×1028×1.6×10-19)≈74μm/s,这只是大概值。导体既然有电场为何电子不是加速呢,实际电子运动会经历加速、与原子碰撞等,碰撞、束缚宏观为阻力,与宏观电场力相等,电场力克服阻力做功使导体发热,此为电阻。

大胆假设,然后证明。摩擦带电的塑料可以吸引纸屑,220V带电导线为何不会吸引纸屑?其实前者指带电荷,后者指通有电流是电中性的。不过用一个绝缘棒连接的金属球碰触一个对大地为100V的电压,实际上吸引不了纸屑,但也是带了电荷的。球体半径R,根据电场高斯定理、电压、电容定义得孤立导体球电容C=4πε0R。兵乓球大的金属球电容为2.2pF,连接到100V电压上充电电量为220pC,当然脱离电源后球体电势只有100V。当充进1.5μC电量时(相当于人体带10kV静电的电量,冬天很平常)电势有682kV,表面电场是很高的。能否吸引纸屑还没试过,充这么高电压需要起电机。曾经有一个静电发电机的想法,一个固定,一个可动极板构成电容,可动极板靠近固定极板时,电源对极板充进电荷,然后可动极板由机械能带动远离固定极板并脱离电源,克服极板间电场力所做的功使极板间电压增大(电容减少了),到达顶端连接到输出电容对其充电,然后返回充电,周而复此,这样输入输出的平均电流相同但电压变高了,驱动极板运动的机械能转化为电能。

别人的经验,千万别不假思索拿来即用。比如驱动继电器,很多书上都说线圈要并联一个二极管吸收反电动势。然而这不是任何时候都合适的,二极管正向导通时压降低等效电阻小,时间常数为L/R,电流衰减缓慢,导致触点断开时间延后,吸力不足的时间区间变大,断开不够干脆。有些情况就需要并联电阻或二极管串联稳压管提高吸收电压,使电流迅速衰减。

关于仿真

暂且将知识分为原理和技巧,利用工具是一种技巧,但应以原理为基础。刚开始学习和工作,建议尽量手算,减少对工具的依赖,对成长也有好处。下面有一个电路,两个四线电阻并联,求输出电压和输入电流的关系,以及每部分电阻变化对输出的影响,光是前者计算就可以写满几页纸,这也需要毅力。

要做好产品,需要长久的学习积累,并不轻松。如当决心从事研发,那就坚定不移地走下去吧。化身为史波克,驾驶着进取号电子飞船,踏上探索未知世界的征程。在发射区,偏置已使耗尽层变窄,你与大量小伙伴受电场力驱动轻松地涌进了基区,这是一个充满黑洞的时空,一些同伴被黑洞所束缚,一些被掳去另一世界,还好困难总是短暂的(基区很薄),你幸运地躲过一劫,未及看清便和大部分同伴飞到了集电结,突然受到一股强大吸力牵引,快速渡越了空旷的集电区,漫游在低阻导线上,总算松了一口气。然而前路不如你所愿地一帆风顺,阻力重重的负载中,到处碰壁,撞得浑身通红。甚至你的飞船被原子掠去为它运转,好不容易偷得一艘飞船利用热动力逃离魔鬼的掌控,曲折中前行,历经艰难险阻才到达胜利彼岸,人生犹如一场电子的旅行!

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发表于 2018-01-30 14:25 1521次阅读
仿真的发展历程以及目前现状

双管阻容耦合放大器的电路元器件作用分析和电路故障...

本文主要为双管阻容耦合放大器及电路故障分析。 图1所示是双管阻容耦合放大器。这一多级放大器由两个单级...

发表于 2018-01-30 11:29 197次阅读
双管阻容耦合放大器的电路元器件作用分析和电路故障...

零交越失真放大器的失调电压与输入共模电压的关系详...

数模转换器广泛用于各种应用中,并常常搭配放大器使用,以便对输出信号进行调理。 放大器可以提升输出电流...

发表于 2018-01-30 11:24 220次阅读
零交越失真放大器的失调电压与输入共模电压的关系详...

设计了一种工作在5g毫米波的天线列阵并进行了仿真

用于5G移动终端的宽带毫米波阵列天线。

发表于 2018-01-30 09:49 1418次阅读
设计了一种工作在5g毫米波的天线列阵并进行了仿真

6款功能特色各异的电路仿真软件,你都用过哪几款?

电路仿真,顾名思义就是设计好的电路图通过仿真软件进行实时模拟,模拟出实际功能,然后通过其分析改进,从...

发表于 2018-01-29 16:45 1352次阅读
6款功能特色各异的电路仿真软件,你都用过哪几款?

射频前端是块肥肉,四家厂商垄断九成市场,新玩家如...

随着4G通信制式的普及以及向5G技术的演进,PA在手机中的地位越来越重要。特别是随着云服务、VR/A...

发表于 2018-01-27 10:39 1423次阅读
射频前端是块肥肉,四家厂商垄断九成市场,新玩家如...

用实例深入阐述双端口分析和回归比分析

负反馈电路分析最常用的方法是双端口分析 (TPA) 和回归比分析 (RRA),两者之间的不同之处及相...

发表于 2018-01-26 16:01 881次阅读
用实例深入阐述双端口分析和回归比分析

用传输线等效模型推出双层加载电路板矩形腔体屏蔽效...

本文用传输线等效模型推出双层加载电路板矩形腔体屏蔽效能的计算公式,通过仿真验证了公式的正确性,并得出...

发表于 2018-01-23 16:35 1178次阅读
用传输线等效模型推出双层加载电路板矩形腔体屏蔽效...

仿真是通信系统模拟的最佳手段

利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统,又称模拟。这...

发表于 2018-01-22 17:10 1109次阅读
仿真是通信系统模拟的最佳手段

仪表放大器:三运放INA的基础操作简介

许多工业和医疗应用在存在大共模电压和DC电位的情况下,都使用仪表放大器(INA)来调理小信号。三运算...

发表于 2018-01-22 11:20 421次阅读
仪表放大器:三运放INA的基础操作简介

D级放大器在设备中将如何提高音质?

拥有高度优化和高性能引擎的赛车,因为不合格的车轮和轮胎影响性能,这并不罕见。在这种情况下,引擎必须更...

发表于 2018-01-19 09:25 335次阅读
D级放大器在设备中将如何提高音质?

机器人自动化工程项目方案设计包括的6个步骤解析

机器人自动化项目是一个系统工程,其中设计是前提、是灵魂、是项目工程成败的关键。力生自动化的机器人自动...

发表于 2018-01-18 14:41 1255次阅读
机器人自动化工程项目方案设计包括的6个步骤解析

LM567及其在超声波检测中的应用

本文主要介绍了LM567及其在超声波检测中的应用。LM567是一种常见的低价解码集成电路,内部包含了...

发表于 2018-01-18 11:45 454次阅读
LM567及其在超声波检测中的应用

计数器74LS161的Multisim仿真

本文主要介绍了计数器74LS161的Multisim仿真。74LS161是具有异步置零、计数、预置数...

发表于 2018-01-17 18:19 328次阅读
计数器74LS161的Multisim仿真

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的...

在高速数字领域,我们常将发射端与接收之间的电气部分称为通道。通道性能是影响信号质量的关键因素之一。我...

发表于 2018-01-16 15:47 1402次阅读
分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的...

CAD仿真软件介绍_4种电子电路CAD仿真软件比...

本文为大家介绍ELECTRONICS WORKBENCH(EWB)、Multisim 11.0、De...

发表于 2018-01-15 14:22 1294次阅读
CAD仿真软件介绍_4种电子电路CAD仿真软件比...

仿真时不能在程序中强制的4点原因解析

1、诊断缓冲区:不能支持所有写入诊断缓冲区的错误信息。例如,CPU的电池电量不足的消息或EEPRON...

发表于 2018-01-13 09:45 779次阅读
仿真时不能在程序中强制的4点原因解析

分享六大秘诀来克服RF信号路径上常会碰到的问题

在DUT 到量测仪器之间的路径上,有许多个点都会出现这些因素的取捨时机,本文建议了一个考量这些取捨因...

发表于 2018-01-13 09:39 828次阅读
分享六大秘诀来克服RF信号路径上常会碰到的问题

简要介绍广播音响系统组成的10种设备类型

1、协调器 (1)灵敏度。以功率为参考点,灵敏度的数值越低,效果越好。 (2)50dB静...

发表于 2018-01-12 17:24 1384次阅读
简要介绍广播音响系统组成的10种设备类型

buck变换器介绍_buck变换器matlab仿...

BUCK 电路是一种降压斩波器,降压变换器输出电压平均值UO 总是小于输入电压Ui。通常电感中的电流...

发表于 2018-01-10 11:16 331次阅读
buck变换器介绍_buck变换器matlab仿...

十字路口交通灯控制电路系统的Multisim仿真...

本文主要介绍了十字路口交通灯控制电路系统的Multisim仿真设计。城市道路车流量大,容易造成“堵车...

发表于 2018-01-09 09:34 508次阅读
十字路口交通灯控制电路系统的Multisim仿真...

如何搭建SoC项目的基本流程

我在论坛上写过一个。《如何搭建SoC项目的基本Testbench(我的流程)》,这里挑重要的和有改变...

发表于 2018-01-05 10:20 843次阅读
如何搭建SoC项目的基本流程

基于Dymola一维仿真软件的电池热管理系统设计

电池热管理的主要功能包括:电池温度的准确测量和监控;电池组温度过高时的有效散热;低温条件下的快速加热...

发表于 2018-01-05 07:55 2565次阅读
基于Dymola一维仿真软件的电池热管理系统设计

谐振放大器的稳定性及提高稳定性措施

谐振放大器的稳定性跟稳定系数s有关,提高其稳定性措施有中和法和失配法两种。

发表于 2018-01-04 14:05 310次阅读
谐振放大器的稳定性及提高稳定性措施

如何对过孔进行建模、仿真和设计的线下研讨会

本次线下研讨会就会告诉大家如何对过孔进行建模、仿真和设计。本次活动还会教如何计算传输线的阻抗以及过孔...

发表于 2017-12-28 15:26 1461次阅读
如何对过孔进行建模、仿真和设计的线下研讨会

基于8键控制8灯显示设计与仿真

用8个按键(K0-K7)控制8个发光二极管,每个按键独自控制1个LED的亮灭,当按下K0时,对应D0...

发表于 2017-12-25 16:48 1304次阅读
基于8键控制8灯显示设计与仿真

GaN放大器功率、带宽和效率高于同类产品

电信行业不断需要更高的数据速率,工业系统不断需要更高的分辨率,这助推了满足这些需求的电子设备工作频率...

发表于 2017-12-22 16:05 1847次阅读
GaN放大器功率、带宽和效率高于同类产品

深度剖析MATLAB信号处理仿真-基带脉冲成形

本次我们探讨另外一个在本科阶段让我们头痛的东西,通信原理之必考曲目,拼死也要背下来的内容,基带脉冲成...

发表于 2017-12-22 15:42 1758次阅读
深度剖析MATLAB信号处理仿真-基带脉冲成形

modelsim仿真详细过程(功能仿真与时序仿真...

modelsim仿真详细过程(功能仿真与时序仿真).ModelSim不仅可以用于数字电路系统设计的功...

发表于 2017-12-19 11:14 728次阅读
modelsim仿真详细过程(功能仿真与时序仿真...

无线开发出了面向小功率无线设备的20mW功率放大...

日前,市场销售的部分特定小功率无线设备用IC虽然也配备了内置式发送器功率放大器,但由于这些产品存在输...

发表于 2017-12-13 16:01 139次阅读
无线开发出了面向小功率无线设备的20mW功率放大...

TI宣布高性能全差动放大器-THS4520

TI宣布高性能全差动放大器系列产品又增新成员--THS4520,是可用于驱动高分辨率的高速 ADC的...

发表于 2017-12-13 15:46 174次阅读
TI宣布高性能全差动放大器-THS4520

射频放大器的数字预失真技术测量分析

随着数字预失真技术的深入应用,相应的数字预失真芯片也已经投入市场,用这些芯片可以构造出能实时监控输出...

发表于 2017-12-13 15:38 233次阅读
射频放大器的数字预失真技术测量分析

安立公布开发出基站的RNC仿真器-MD8291A

安立公司(2006年6月9日在日本)宣布已经开发出来能够测试3G W-CDMA基站和3.5G HSD...

发表于 2017-12-13 15:01 90次阅读
安立公布开发出基站的RNC仿真器-MD8291A

放大器的五大分类简述

A类(甲类)放大器,是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。 这种放大器,由于避免了器件开关所产...

发表于 2017-12-13 12:25 141次阅读
放大器的五大分类简述

增益可调和电路的匹配特性分析及研究

低噪声放大器(Low-noise Amplifier,简称LNA)是处于接收机最前端的关键部件,广泛...

发表于 2017-12-13 06:47 217次阅读
增益可调和电路的匹配特性分析及研究

基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

大功率宽频带线性射频放大器模块广泛应用于电子对抗、雷达、探测等重要的通讯系统中,其宽频带、大功率的产...

发表于 2017-12-13 05:39 241次阅读
基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

WCDMA网络仿真概述

结合案例,将中兴WCDMA的网络仿真结果与试验网路测结果进行对比分析。 分析结果表明,二者的误差可以...

发表于 2017-12-13 04:06 154次阅读
WCDMA网络仿真概述