硬件知识“三重奏”

电源Fan 2021-09-14 08:47

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不懂硬件的人，会觉得硬件高深莫测，“为什么他改几个电阻、电容就调出来，我弄个半天没搞定？”，“噢，靠的是经验”，但是经验又是什么呢？不能形容，反正就是不明觉厉。

就是这种崇拜心理，才能触发你的好奇心，去学下去，这也是成为工程师的首要条件，但这是远远不够，还需要一条可供参考的学习路线，再加上99%的汗水和1%的灵感才可以。

硬件设计，可以说是包罗万象，它涉及到非常庞大的知识量，而且，一个电路错一点小地方，都有可能导致整个系统不能工作，所以，搞硬件的人思维要非常缜密才可以，而这种思维要靠后面的学习来培养出来的，而不是说还没入门，就否定了自己。

今天我们来介绍一下硬件设计的学习路线。

一、初级理论篇

1、高等数学和线性代数。这里重点掌握微积分和矩阵，因为在后面的课程里面将会大量用到这两个东西，是基础中的基础。

2、大学物理。这里很多东西其实在高中有学到，重点掌握电阻、电容、电感的特性和电生磁、磁生电的原理，其中麦克斯韦方程组将会在射频、微波中有用到。

3、电路分析基础。其实电路基础的理论并不难，但是有些抽象的东西，是暂时不能很好地理解，比如说受控源（其实就是三极管），所以学完模电还要再回过头来再看一遍。这里重点掌握戴维南定理，不然后面没法学。

4、模拟电子技术。这是电子专业的核心基础课，至少学三遍，此外，学啃书是不行的，还得配合Multisim仿真软件才能学好（实践部分后面再介绍）。如果说电路基础、高数当中的答案都是明确、唯一的，那么模电的答案将是不明确、多样化的，需要在实践中权衡取舍，一定要把以前的思维转变过来，不然后面没法学。这门课全部都是重点，但是学完它，除了抄书上的电路，你仍然什么都做不了，因为还需要其它方面的知识一起用才可以。这里不得不提一下器件特性这个概念，没有它将不能打开电路设计的大门，但是由于篇幅有限，以后再写文章介绍。

5、数字电子技术。这门课相对于模电来说，要简单很多很多。它把三级管搭成各种门电路、触发器，以便于直接把数学知识运用起来，同时它也是FPGA的先修课，是硬件工程师向算法工程师（跟计算机的算法有很大区别）转变的基础。这门课全部都是重点，但是要真正掌握它，还是得学FPGA才可以。

6、电力电子技术。这里讲到晶闸管、IGBT和电力MOS管，都是用在强电领域的器件，是开关电源的先修课。可以说电源是硬件设计当中最关键的部分，一个电源设计得好不好，直接影响整个系统能否正常工作。其中整流、逆变、升压、降压电路，都是要重点掌握的。

二、中级理论篇

1、复变函数。这门课跟高数的微积分一样，是一种数学工具。复数信号是物理不可实现的，但是为什么需要复数？诚然，正弦波（包括余弦，下同）有振幅、频率和相位三要素，如何在一个图上面表示振幅与频率的关系或者相位与频率的关系（方便观察分析才需要这样弄）？这就需要用到复数了，其中i或者j（因为电流的符号是i，所以才换成j，以防混淆）表示的就是方向，对应着极坐标的向量。我们可以把复数转成模和辐角的形式，想象一下，模就是时钟的秒针，而辐角就是秒针转动的角度，秒针转一圈就是个圆，而把这个圆的各点按照出现的时间先后，重新描绘在直角坐标系中，就是一个正弦波。这就意味着，用复数可以表示一个正弦波的三要素，振幅就是模（秒针的长短），相位就是秒针转动的角度，频率就是秒针转动的快慢。想一下，如果用实数来表示正弦波的三要素，是不是很麻烦？所以学习复变函数很重要。

2、信号与系统。介绍如何利用数学建模去描述电路，就是这门课要研究的内容。什么是信号？LED灯的亮灭、喇叭发出的声音、天线感应的电磁波等，有实际用途的信息载体（包括声、光、电、热等）都是信号。什么是系统？就是处理信息载体的东西（包括放大器、传动装置等）。系统是一种更为抽象的概念，可大可小，小到一个三极管，大到一个无线收发装置，这些都要根据实际需求来确定，不能一概而论。这门课都是重点。