一個(gè)簡(jiǎn)單、有用、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的模擬電路

許多理工類（STEM）項(xiàng)目和課程，大部分時(shí)間都花在使用Arduino這樣的平臺(tái)來(lái)“編程”了，而許多真正的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是在物理和接口層面。了解物理層電路的最佳方法當(dāng)然是構(gòu)建一些電路并使用它們，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常適合的模擬電路，簡(jiǎn)單、實(shí)用、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，低于1/2mΩ以下為短路、高于?MΩ為開(kāi)路。。。

你肯定知道，無(wú)論是學(xué)校、家庭、還是公司，都在積極鼓勵(lì)從小學(xué)到高中的學(xué)生對(duì)理工科（Science、Technology、Engineering、Math，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，縮寫(xiě)為STEM）產(chǎn)生濃厚興趣。在我看來(lái)，這是好消息，因?yàn)槲磥?lái)理工科領(lǐng)域可能需要更多人才。您永遠(yuǎn)無(wú)法預(yù)知哪些人會(huì)用創(chuàng)新而有遠(yuǎn)見(jiàn)的方法來(lái)解決許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

即使理工科學(xué)生最后沒(méi)能成為卓越的創(chuàng)新者，他們?nèi)阅芡瓿稍S多基本的工程任務(wù)，例如將更多的器件擠進(jìn)越來(lái)越小的外殼里，同時(shí)功耗更低，這些功夫都需要扎實(shí)的基礎(chǔ)工程技術(shù)和技能。

注意：我只提到了STEM而不是STEAM（其中的A表示Art），因?yàn)槲艺J(rèn)為藝術(shù)有自己的位置并且已經(jīng)得到相當(dāng)多的關(guān)注。

對(duì)于“我們需要更多工程師和科學(xué)家”的說(shuō)法，也許有人會(huì)反駁，因?yàn)槟壳按_實(shí)不缺這樣的人才，技術(shù)從業(yè)者太多反而會(huì)導(dǎo)致工資水平下降。這說(shuō)得沒(méi)錯(cuò)，“工程人才短缺迫在眉睫”的話已經(jīng)喊了幾十年啦。到底缺什么，以及工程師人數(shù)的增減會(huì)對(duì)工作狀況產(chǎn)生怎樣的影響，暫時(shí)還不知道。

因此，我很高興看到人們對(duì)理工科的興趣，其中大部分與機(jī)器人一類的項(xiàng)目有關(guān)。這是有道理的，因?yàn)槟切╉?xiàng)目激發(fā)人的想象力，保持學(xué)生的興趣，并且會(huì)得到一個(gè)可展示的結(jié)果。

然而，有一件事讓我煩惱。我看到許多STEM項(xiàng)目和課程，大部分時(shí)間都花在使用Arduino這樣一些大家都熟知的平臺(tái)來(lái)“編程”了。因此，這些學(xué)生關(guān)于理工科的認(rèn)知僅僅是通過(guò)鍵盤(pán)得到的，似乎一切只是一堆代碼或應(yīng)用程序，而且似乎所有工程問(wèn)題都可通過(guò)編程來(lái)解決。

抱歉，事實(shí)根本不是這樣。富有經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，許多真正的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是在物理和接口層面，包括驅(qū)動(dòng)電流和電壓、拉和灌、瞬態(tài)、損耗、寄生、泄漏、負(fù)載特性、噪聲、時(shí)序，毛刺等問(wèn)題，還有很多很多……在大多數(shù)情況下，看似聰明的代碼是解決不了問(wèn)題的。相反，“粗活重活”都涉及模擬電路功能和元件（有源和無(wú)源）。即使一個(gè)電路名義上是數(shù)字的，實(shí)際上在物理層面，所有系統(tǒng)都是模擬的，當(dāng)然這只是物理學(xué)的觀點(diǎn)。

了解物理層電路的最佳方法當(dāng)然是構(gòu)建一些電路并使用它們，同時(shí)將處理器/軟件方面的因素減到最小甚至消除它們，至少一開(kāi)始應(yīng)該這樣。我發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常適合的小電路，見(jiàn)圖1。該電路很容易在面包板上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼪](méi)有關(guān)鍵元件，不存在布局或構(gòu)建問(wèn)題，電壓和電流都沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)，低于1/2mΩ以下為短路、高于?MΩ為開(kāi)路。構(gòu)建該電路的人可以使用基本的DVM或示波器測(cè)量各種電流和電壓，還可以探索改變?cè)禃?huì)產(chǎn)生什么影響。讓人怎能不喜歡？

圖1：這個(gè)在音頻/ LED連續(xù)性和泄漏檢測(cè)器中采用的模擬電路，簡(jiǎn)單、有用又無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，可以讓理工科學(xué)生了解組件及其實(shí)際功能。 （來(lái)源：QST）

許多STEM項(xiàng)目的學(xué)生在涉足具體項(xiàng)目以后發(fā)現(xiàn)工程和科學(xué)領(lǐng)域不適合他們，這沒(méi)關(guān)系。如果沒(méi)有別的用處，他們至少會(huì)清楚工程師和科學(xué)家們創(chuàng)造出“神奇作品”是多么不容易而贊賞和尊重他們。也許下次當(dāng)他們看到一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，就會(huì)更好地理解其設(shè)計(jì)、原型制造、調(diào)試和上市需付出的努力。

同樣重要的是，他們也可能會(huì)慢慢接受一種最重要的設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)：折衷和約束。因此，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品的特征或功能他們并不喜歡，或者一個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有他們喜歡的特征或功能時(shí)，就不會(huì)粗暴地說(shuō)，“為什么他們不這樣做，難道有什么問(wèn)題嗎？“不好意思，增加或改變那個(gè)小“東西，的確生影響重大的”連鎖反應(yīng)“。

那么，在STEM項(xiàng)目中，讓學(xué)生們只依賴代碼，或者自己動(dòng)手制作電路和接口并完成檢測(cè)和修改，您認(rèn)為哪一個(gè)更重要？