Matematica avanzata nell'elettronica quotidiana? [chiuso]


11

Quindi ho visto le lezioni del MIT 6.002x e sono davvero interessanti, mi sento come se avessi una buona conoscenza di Circuits and the Basics (mi sono laureato con un diploma CS ... ma anche EE fa appello a me).

Ad ogni modo ho notato ... probabilmente come molte persone che molta della matematica avanzata non è realmente utilizzata sul posto di lavoro. Succede ... meglio conoscerlo che non credo. Ma tralasciando l'elaborazione dei segnali e simili sotto-campi "intensi" / matematici pesanti dell'elettronica .... quanta matematica avanzata ti senti di usare sul lavoro?

Immagino qualcuno che abbia progettato il circuito, la programmazione del microcontrollore e in quale quantità di matematica sarebbero davvero coinvolti.

E seconda domanda: esiste un libro che approfondisce la matematica avanzata per questo? o quasi tutti i libri di elettronica hanno già ciò che è necessario.


2
Le uniche matematica che uso quando si tratta di calcoli attuali e dissipazione del calore ...
Swanand,

2
Quando lavoravo nella progettazione elettronica, non ho dovuto usare matematica avanzata nella maggior parte delle mie attività quotidiane. Ma a volte sarebbe venuto fuori qualcosa che lo richiedeva. Quindi è bene avere le conoscenze matematiche più elevate, è un altro strumento che molte persone non hanno. Esiste un mondo infinito di matematica, quindi vorrei iniziare con probabilità e PDE. Inoltre, anche se stai solo programmando circuiti e MCU, molte volte lo scopo di ciò che stai costruendo è misurare diversi fenomeni e ciò richiederà alcuni calcoli matematici per progettare un sistema di rilevamento appropriato.
geometrikal,

1
cosa intendi con "matematica avanzata"? Un po 'di calcolo che è nelle classi MIT 6.002x non è così avanzato, almeno per me. A proposito, anch'io sono un CS;)
miceuz,

3
Ho scoperto che il design dell'elettronica consiste nella ricerca del 40% di cataloghi di parti e schede tecniche e nel 40% di diagrammi a doppio controllo, con solo un po 'di matematica reale nel mezzo.
pjc50,

1
Più conoscenza è sempre migliore. Se hai tempo e motivazione, perché no? Quando avremo più strumenti, possiamo costruire cose migliori e migliori!
m3dl

Risposte:


21

La roba comune ordinaria è per lo più solo l'algebra di base, come la legge di Ohm, calcolando una delle frequenze, resistenza e capacità delle altre due, ecc. L'importante abilità qui non è tanta matematica ma comprendere intuitivamente la fisica dietro ciò che stai facendo. Se riesci a guardare uno schema e sentire le tensioni che spingono e le correnti che scorrono e come ognuna delle parti reagisce a quelle, puoi praticamente derivare le equazioni necessarie per quantificare le cose.

Trovo anche che la fisica di base sia molto utile per gli EE, almeno il tipo di EE che faccio, che sta progettando piccoli sistemi integrati. Il mio lavoro non finisce mai sul circuito o sul firmware. Per fare bene il lavoro, che è quello di risolvere il problema non solo di far funzionare il circuito, devi avere una buona comprensione di tutto ciò che il circuito sta controllando o misurando. Ciò richiede una buona comprensione del sistema e della fisica che sta dietro.

Troppo spesso trovi le persone che conoscono il sistema e scrivono i requisiti per ciò che il tuo controller dovrebbe fare non hanno una buona conoscenza di ciò che è ragionevolmente possibile. Pensano che un modo per risolvere il problema, quindi specificano un circuito per farlo. In altre parole, conoscono il loro mondo, ma non conoscono molto bene il tuo. È molto utile se puoi essere quello di raggiungere l'altro (perché non possono o non vogliono), guardare il quadro generale e proporre un metodo migliore per risolvere il problema generale. Tuttavia, puoi farlo solo se hai una buona conoscenza del sistema, che di solito richiede buone capacità fisiche di base da parte tua.

Questo fa emergere un'altra importante abilità di essere un buon ingegnere, che è sorprendentemente raro. Prenditi sempre il tempo per capire il sistema più grande in cui si adatta il tuo piccolo design, quindi guarda il quadro generale. Trovo che le persone di solito siano più che felici di parlare di come funziona la loro parte del sistema, quindi vai in giro e imparalo. Quindi guarda il quadro generale e vedi se ciò che ti è stato chiesto di fare ha ancora senso o solo dal punto di vista di un ragazzo con cui il tuo gizmo si interfaccia e quel ragazzo stava solo guardando il suo problema isolato. Potresti pensare che questo sia un gioco da ragazzi, ma poi rimarrai sorpreso da quanto spesso accade, in particolare nelle grandi aziende. Il tipo di persone a cui piace avere una visione ristretta e lavorare solo sul loro piccolo problema tende a gravitare verso le grandi aziende. C'è spazio per persone così in un grande progetto, averne alcuni nel posto giusto è effettivamente utile, ma ci vuole un ingegnere capo qualificato per utilizzare correttamente queste e tutte le persone. Quest'ultima parte è molto rara al giorno d'oggi, e spesso troverai Joe Blinders responsabile di cose che non dovrebbe essere. Anche se Joe cerca di guardarsi un po 'in giro, spesso non sa cosa l'elettronica può e non può fare facilmente. Il peggio è quando si immagina un EE ma non sa davvero cosa sta facendo.

Per quanto riguarda la matematica più avanzata dell'algebra comune, sicuramente impara a pensare nello spazio delle frequenze. Ho eseguito alcune volte la frequenza dettagliata da / per i calcoli del dominio del tempo, ma il concetto è spesso prezioso. Ogni EE deve essere in grado di visualizzare quali sono le implicazioni di frequenza di un segnale nel dominio del tempo e viceversa. Qui non sto parlando di sedermi e risolvere le trasformazioni di Fourier, ma di averne un buon senso intuitivo. Per me è venuto dal fare la matematica dettagliata al college. Ho fatto questa matematica solo raramente da allora, ma la comprensione alla base è utile ogni giorno.


Ti dispiacerebbe andare nei dettagli semplici su alcuni tipi di fisica che usi? (Non devi essere specifico ... solo alcune cose generali)

1
@Sauron: sono un consulente, quindi lavoro su una vasta gamma di prodotti in diversi settori e mercati. Ci sono stati molti esempi. Comprendere qualcosa sui tubi a fascio di elettroni ha aiutato molto a dare un calcio alle idee per un controller per tubi a raggi X. Comprendere qualcosa sul flusso fluido aiutato nel circuito del regolatore di pressione. La visione umana è stata utile per la progettazione di insegne a LED. La fisica del volo è stata molto utile per il simulatore di aeroplano. Tutti questi erano effettivamente fuori dalla mia specifica area problematica, ma le intuizioni su altre aree erano molto preziose.
Olin Lathrop,

11

Trovo di usare Algebra per lo più semplice giorno per giorno. Calcolo del consumo di energia, delle correnti, dei valori dei resistori e dei problemi termici. Per la progettazione di circuiti pratici di tutti i giorni come se tu stia parlando, si tratta più della risoluzione di problemi creativi che della matematica. Prenderei un ragazzo che era un buon debugger su un buon matematico ogni giorno;)

Detto questo, ci sono giorni in cui è utile, ti potrebbe essere chiesto di progettare un sistema che richiede una matematica di livello superiore per capire. Di solito è un problema di controllo, comunicazione o elaborazione del segnale (per me comunque). Mi viene in mente un esempio in cui stavo progettando un'uscita audio PWM, ma suonava "crackly". Solo quando ho letto alcuni articoli e ho usato un po 'di matlab per fare una somma di sinc, sono stato in grado di ripulire il suono.

Certamente c'è un sacco di matematica avanzata dietro gli strumenti che usiamo, come i risolutori di campo EM per cose come Analisi di integrità del segnale, spezie e altri modelli.

Ho amici che lavorano su ASIC che prendono algoritmi dai "ragazzi di matematica" e li mettono in forma ASIC, c'è un bel po 'di matematica coinvolta lì.

Probabilmente troverai più matematica di tipo fisico nel settore della robotica avanzata, ma ancora una volta si tratta più di sistemi di controllo.

Sono sicuro che ci sono molti altri posti a cui non ho pensato, ma in generale trovo che ogni giorno non ci sia molta matematica. Quando c'è, di solito posso rivolgermi a uno dei tanti libri di consultazione per trovare l'equazione di cui ho bisogno.


6

Faccio progettazione di circuiti, programmazione di microcontrollori e progettazione di elettronica di potenza da 1-1000 kW. A volte ho fatto un'algebra piuttosto complessa per derivare equazioni di guadagno del sistema di conversione. Algebra di base per implementare routine di calibrazione per valori A / D. Il calcolo era necessario per calcolare la corrente media attraverso un raddrizzatore controllato in fase mentre si caricava un condensatore. La scarica a potenza costante di un condensatore non ideale era una brutta equazione differenziale non lineare. Cercare di analizzare lo squillo in una fornitura in modalità switch è stato quattro brutti. (Ci sto ancora lavorando.) E stimare le perdite in un convertitore di modalità switch ad alta frequenza implicava un paio di semplici integrali.

Questo è probabilmente la maggior parte di ciò che ho fatto in cinque anni, e mi accorgo che sto facendo più calcoli di molti altri. Il 98% di quello che faccio non richiede matematica complessa. L'altro 2%, sono probabilmente il più attrezzato dell'azienda da gestire, quindi è sicuramente un'abilità utile. La cosa più importante probabilmente non sono i dettagli oscuri su come risolvere ogni possibile tipo di equazione. Puoi cercare quel tipo di cose. La cosa più importante è capire i concetti fondamentali di tutto ciò. Che cos'è un integrale? Come posso utilizzarne uno? Come, generalmente, uno è impostato? E quali risorse ho o devo valutare una volta impostato?

Inoltre, avere questa comprensione ti rende sicuro di poter calcolare le cose e che l'universo ha davvero senso. Personalmente trovo questo tipo di confidenza molto utile, a volte più grave dei risultati effettivi delle equazioni.


4

Non sono sicuro di cosa si intenda per matematica avanzata nel contesto. Ma ogni giorno uso PDE, calcolo (compresi gli integrali di linea) e quando preparo i documenti per la pubblicazione ci può essere un sollevamento molto pesante, e talvolta uso la matematica per sviluppare nuove analisi / modelli di sistemi. Ma su una base quotidiana userò ingegneria meccanica (curvatura del fascio), flusso di calore, modellazione a semiconduttore, meccanica quantistica, ottica, teoria dei transistor, teoria dei circuiti ecc., Quindi un vero e proprio sacco di campi diversi sorprendentemente simili. Tendo ad essere più orientato verso la ricerca dal punto di vista delle cose ora e sono coinvolto nella risoluzione di problemi critici nei problemi di produzione in prima linea.


2

La maggior parte della matematica avanzata è stata curata da scienziati e ingegneri che hanno sviluppato le parti che mettiamo insieme, quindi la matematica avanzata non è necessaria da parte nostra in molti casi. Facciamo rigorosamente il lato ingegneristico delle cose in cui la matematica avanzata non è sempre necessaria perché si sono già occupati di questo e ci hanno fornito i dati necessari per interfacciare tutte le parti.

Se uno volesse rimanere coinvolto nella matematica avanzata, è più probabile utilizzarlo nella progettazione di transistor e circuiti integrati piuttosto che saldare insieme quelle parti per creare un circuito.

Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.