Vraag:
Geavanceerde wiskunde in de dagelijkse elektronica?
user3073
2012-10-09 10:07:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dus ik heb de MIT 6.002x-lessen bekeken en ze zijn echt interessant, ik heb het gevoel dat ik Circuits en de basiskennis goed begrijp (ik ben afgestudeerd met een CS-graad ... maar EE spreekt me aan Ook).

Hoe dan ook, ik heb gemerkt ... waarschijnlijk net als veel mensen dat veel van de geavanceerde wiskunde niet echt wordt gebruikt op het werk. Het gebeurt ... beter om het te weten dan niet, denk ik. Maar als je signaalverwerking en vergelijkbare "Intense" / wiskundige zware subvelden van elektronica weglaat ... hoeveel geavanceerde wiskunde denk je dat je gebruikt tijdens het werk?

Ik denk dat iemand die circuitontwerp heeft gedaan , Microcontroller Programming en zo, hoeveel wiskunde zouden ze echt doen.

En tweede vraag: is er een boek over de geavanceerde wiskunde dat hiervoor nodig is? of hebben "de meeste" elektronicaboeken al het nodige.

De enige wiskunde die ik gebruik als het gaat om huidige berekeningen en warmteafvoer ...
circuitontwerp is meer een kunst dan een methodologie. Er is wiskunde in VLSI-ontwerp en simulatie (s). Tegenwoordig gebruiken we elektromagnetische simulatietools. Daar hoorde ik daar veel wiskunde. Maar als het op elektriciteit aankomt, zijn er zeker tonnen wiskunde + elektromagnetische theorieën. Je kunt gewoon niet uitleggen hoe een machine werkt zonder PDE.
Toen ik in elektronica-ontwerp werkte, hoefde ik bij de meeste van mijn dagelijkse activiteiten geen geavanceerde wiskunde te gebruiken. Maar af en toe kwam er iets naar boven dat het nodig had. Het is dus goed om de hogere wiskundige kennis te hebben, het is een ander hulpmiddel dat veel mensen niet hebben. Er is echter een oneindige wereld van wiskunde, dus ik zou beginnen met waarschijnlijkheid en PDE's. En zelfs als je alleen maar circuit- en MCU-programmering doet, is het doel van wat je aan het bouwen bent vaak om verschillende verschijnselen te meten, en dat vereist wat wiskunde om een ​​geschikt detectiesysteem te ontwerpen.
wat bedoel je met "geavanceerde wiskunde"? Een beetje calculus in MIT 6.002x Classes is niet zo geavanceerd, althans voor mij. Trouwens, ik ben ook een CS;)
Ik heb ontdekt dat elektronica-ontwerp voor 40% bestaat uit het doorzoeken van onderdelencatalogi en datasheets, en voor 40% met dubbele controle van diagrammen, met slechts een klein beetje echte wiskunde in het midden.
Lijkt zo .... Ik bedoel natuurlijk dat we wat basisalgebra en dergelijke gebruiken om spanningen uit te zoeken en wat je hebt ... maar daarnaast zie ik hier niet veel geavanceerde calculus of iets opduiken.
Meer kennis is altijd beter. Als je tijd en motivatie hebt, waarom niet? Als we meer tools hebben, kunnen we meer en betere dingen bouwen!
Sorry, ik ben er zeker van dat iedereen super blij zal zijn om dit te zien, maar dit is het type lijstvraag dat niet geschikt wordt geacht voor stackexchange. Dit type lijst / leuke vraag is niet waar SE over gaat.
Vijf antwoorden:
Olin Lathrop
2012-10-09 18:16:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De gewone dingen zijn meestal gewoon elementaire algebra, zoals de wet van Ohm, het berekenen van frequentie, weerstand en capaciteit van de andere twee, enz. De belangrijkste vaardigheid hier is niet zozeer wiskunde, maar intuïtief de fysica begrijpen achter wat je zijn aan het doen. Als je naar een schema kunt kijken en de spanningen kunt voelen duwen en stromen kunt voelen vloeien en hoe elk van de onderdelen daarop reageert, kun je vrijwel de vergelijkingen afleiden die je nodig hebt om dingen te kwantificeren.

Ik vind ook basisfysica is erg handig voor EE's, althans het soort EE dat ik doe, namelijk het ontwerpen van kleine embedded systemen. Mijn baan eindigt nooit bij het circuit of de firmware. Om het werk goed te doen, namelijk het probleem oplossen en niet alleen het circuit laten werken, moet je goed begrijpen wat het circuit ook controleert of meet. Dit vereist een goed begrip van het systeem en de fysica erachter.

Al te vaak kom je de mensen tegen die het systeem kennen en de vereisten hebben geschreven voor wat je controller zou moeten doen, niet echt een goede begrijpen wat redelijkerwijs mogelijk is. Ze bedenken een manier om het probleem op te lossen en specificeren vervolgens een circuit om dat te doen. Met andere woorden, ze kennen hun wereld, maar kennen de jouwe niet zo goed. Het is erg waardevol als jij degene kunt zijn die overkomt (omdat ze dat niet kunnen of willen), naar het grote geheel kijkt en een betere methode voorstelt om het algemene probleem op te lossen. U kunt dit echter alleen doen als u een goed begrip van het systeem heeft, waarvoor u doorgaans goede fysische basisvaardigheden nodig heeft.

Dit brengt een andere belangrijke vaardigheid naar voren van een goede ingenieur zijn, die verrassend zeldzaam is. Neem altijd de tijd om het grotere systeem te begrijpen waarin uw kleine ontwerp past, en kijk dan naar het grote geheel. Ik merk dat mensen meestal graag praten over hoe hun deel van het systeem werkt, dus ga er rond en leer het. Kijk dan naar het algemene plaatje en kijk of wat je gevraagd werd nog steeds klopt of alleen vanuit het oogpunt van de ene man met wie je gizmo communiceert en die man keek alleen naar zijn geïsoleerde probleem. Je denkt misschien dat dit een no-brainer is, maar het zal je verbazen hoe vaak dit gebeurt, vooral bij grote bedrijven. Het soort mensen dat graag een bekrompen blik heeft en aan slechts hun kleine probleem werkt, neigt naar grote bedrijven. Er is ruimte voor dat soort mensen in een groot project, een paar van hen op de juiste plaats hebben is eigenlijk handig, maar er is een bekwame hoofdingenieur voor nodig om deze en alle mensen goed in te zetten. Dat laatste deel is tegenwoordig erg zeldzaam en je zult Joe Blinders vaak de leiding hebben over dingen die hij niet zou moeten zijn. Ook al probeert Joe een beetje rond te kijken, hij weet vaak niet wat elektronica wel en niet gemakkelijk kan. Het ergste is wanneer hij zichzelf een EE voorstelt, maar niet echt weet wat hij doet.

Wat betreft meer geavanceerde wiskunde dan gewone algebra, leer zeker in frequentieruimte te denken. Ik heb een paar keer gedetailleerde frequentie van / naar tijddomein berekeningen gedaan, maar het concept is vaak waardevol. Elke EE moet kunnen visualiseren wat de frequentie-implicaties zijn van een tijddomeinsignaal en vice versa. Hier heb ik het niet over gaan zitten en Fourier-transformaties oplossen, maar er een goed intuïtief gevoel voor hebben. Voor mij kwam dat door de gedetailleerde wiskunde op de universiteit. Ik heb die wiskunde sindsdien maar zelden gedaan, maar het inzicht erachter is elke dag nuttig.

Zou je het erg vinden om een ​​paar simpele details in te gaan op sommige soorten natuurkunde die je gebruikt? (je hoeft niet specifiek te zijn ... alleen wat algemene dingen)
@Sauron: Ik ben een consultant, dus werk aan een breed scala aan producten in veel verschillende industrieën en markten. Er zijn veel voorbeelden. Iets begrijpen over elektronenbundelbuizen hielp veel bij het rondscharrelen van ideeën voor een röntgenbuiscontroller. Iets begrijpen over fluied flow hielp in het circuit van de drukregelaar. Inzicht in het menselijk zicht was nuttig voor het ontwerp van LED-borden. Vliegfysica was erg handig voor de vliegtuigsimulator. Deze vielen eigenlijk allemaal buiten mijn specifieke probleemgebied, maar de inzichten op andere gebieden waren erg waardevol.
Some Hardware Guy
2012-10-09 17:38:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik merk dat ik dagelijks voornamelijk eenvoudige algebra gebruik. Berekenen van stroomverbruik, stromen, weerstandswaarden en thermische problemen. Voor alledaags, praktisch circuitontwerp, zoals je het over hebt, gaat het meer om het creatief oplossen van problemen dan om wiskunde. Ik zou elke dag een man die een goede debugger was over een goede wiskundige nemen;)

Dat gezegd hebbende, er zijn dagen dat het van pas komt, kan je worden gevraagd om een ​​systeem te ontwerpen dat een hoger niveau vereist wiskunde om te begrijpen. Het gaat meestal om een ​​bepaald besturings-, communicatie- of signaalverwerkingsprobleem (voor mij toch). Ik kan een voorbeeld bedenken waarin ik een PWM-audio-uitgang aan het ontwerpen was, maar het klonk "krakend". Pas toen ik wat papers las en wat matlab gebruikte om een ​​som van sincs te doen, kon ik het geluid opschonen.

Er zit zeker veel geavanceerde wiskunde achter de tools die we gebruiken , zoals EM-veldoplossers voor zaken als signaalintegriteitsanalyse, specerijen en andere modellering.

Ik heb vrienden die aan ASIC's werken die algoritmen van de 'wiskundigen' nemen en ze in ASIC-vorm zetten, er is een er komt nogal wat wiskunde bij kijken.

Je zult waarschijnlijk meer wiskunde van het type natuurkunde vinden in de geavanceerde robotica-sector, maar nogmaals, dat is meer over besturingssystemen.

Ik weet zeker dat er veel meer plaatsen waar ik niet aan heb gedacht, maar over het algemeen merk ik dat er niet elke dag zo veel wiskunde is. Als die er is, kan ik meestal een van de vele naslagwerken raadplegen om de vergelijking te vinden die ik nodig heb.

Stephen Collings
2012-10-09 17:54:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik ontwerp circuits, programmeer microcontrollers en ontwerp vermogenselektronica van 1-1000 kW. Ik heb een aantal behoorlijk complexe algebra gedaan om soms versterkingsvergelijkingen van het convertorsysteem af te leiden. Basisalgebra om kalibratieroutines voor A / D-waarden te implementeren. Calculus was nodig om de gemiddelde stroom door een fasegestuurde gelijkrichter te berekenen tijdens het opladen van een condensator. Ontlading met constant vermogen van een niet-ideale condensator was een grote lelijke niet-lineaire differentiaalvergelijking. Proberen het rinkelen in een schakelende voeding te analyseren, waren vier grote lelijke. (Daar werk ik nog steeds aan.) En bij het schatten van de verliezen in een hoogfrequente switch-mode converter waren een paar eenvoudige integralen betrokken.

Dat is waarschijnlijk het meeste van wat ik in vijf jaar heb gedaan, en ik begrijp dat ik doe meer calculus dan de meesten. 98% van wat ik doe, vereist geen ingewikkelde wiskunde. De andere 2% ben ik waarschijnlijk de best uitgeruste in het bedrijf, dus het is zeker een vaardigheid die de moeite waard is. Het belangrijkste zijn waarschijnlijk niet de obscure details over hoe elke mogelijke soort vergelijking moet worden opgelost. U kunt dat soort dingen opzoeken. Wat belangrijker is, is het begrijpen van de fundamentele concepten van dit alles. Wat is een integraal? Hoe maak ik er gebruik van? Hoe wordt er in het algemeen een opgezet? En welke bronnen heb ik of heb ik nodig om het te evalueren als het eenmaal is opgezet?

Als je dat begrip hebt, ben je er ook zeker van dat je dingen kunt berekenen, en dat het universum dat ook echt doet logisch zijn. Persoonlijk vind ik dat soort vertrouwen erg nuttig, soms meer dan de feitelijke resultaten van de vergelijkingen.

placeholder
2012-10-09 23:58:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik weet niet zeker wat wordt bedoeld met geavanceerde wiskunde in context. Maar dagelijks gebruik ik PDE's, calculus (inclusief lijnintegralen) en bij het voorbereiden van papers voor publicatie kan het heel zwaar zijn en soms wis ik wiskunde om nieuwe analyses / modellen van systemen te ontwikkelen. Maar van dag tot dag gebruik ik werktuigbouwkunde (bundelbuigen), warmtestroom, halfgeleidermodellering, kwantummechanica, optica, transistortheorie, circuittheorie etc. dus een echte grabbelton van verschillende velden die verrassend vergelijkbaar zijn. Ik neig nu meer naar de onderzoekskant te gaan en word ingeschakeld voor het oplossen van kritieke problemen bij productieproblemen in de eerste lijn.

Rob
2012-10-09 18:31:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het grootste deel van de geavanceerde wiskunde werd verzorgd door de wetenschappers en ingenieurs die de onderdelen hebben ontwikkeld die we hebben samengesteld, zodat de geavanceerde wiskunde in veel gevallen van onze kant niet nodig is. We doen strikt de technische kant van dingen waar geavanceerde wiskunde niet altijd nodig is, omdat ze dat al hebben gedaan en ons de benodigde gegevens hebben verstrekt om alle onderdelen te koppelen.

Als iemand betrokken wilde blijven bij geavanceerde wiskunde, je zult het eerder gebruiken in transistor- en IC-ontwerp dan die onderdelen aan elkaar te solderen om een ​​circuit te maken.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...