歡迎來到南京大學電子科學與工程學院的大家庭。 看完本文,你將明確:在電子,你會被加到哪些技能點,為何你要被加到這些技能點,大致上電子會有哪些研究方向和電子的有趣及有用 (也許從這也能夠看出電子是否是符合你的胃口)。
你不會看到:4個專業的具體介紹、教務規則、選修課分析等。4個具體專業這部份在電子學院主頁上有專門的介紹,可以參考。順便說1句,對南京大學,電子學院,你的專業的確切英文名稱要熟習,別到英文面試的時候問你哪里來的,你脫口而出”I am from Nanjing University Xianlin Campus station”。
我們學院培養的是智力性英雄,也就是說,課程難度都是很大的,不是那末輕輕松松你就可以過關的。我當年在考《摹擬電路》期末考試的時候,發現來考試的從大1到大7每一個年級都有。所以,提早糾正3觀吧,不要以為大學就是花前月下了,少年!
電子學院技能樹可見圖1,其中圓圈結點代表分類,方框結點代表具體課程。《電動力學》不會單獨開設1門課程,其內容會包括在《電磁場理論與微波技術》這門課中。
最后說1句,電子學院的課程現在仍在調劑當中,這里講的僅僅是就目前的情勢,有可能過1段時間后還會有變化。
我們屬于 IT 陣營。不要以為 IT 都是苦逼的程序猿,軟件、計算機、信息管理與信息系統、自動化、工程管理等院系都是玩IT的。換句話說,他們這些學院都是和我們搶飯碗的啊,不過不用擔心,記住1句話,貼膜清灰修電腦,我們前程1片好。雖然都是IT技術,但是側重點各有不同,我們學院重點是路技術。
C 程序設計與數據結構 1般的理工類專業大1上學的課是大學生計算機基礎,C 和數據結構各需要1學期學完,還要配合實驗。你要知道,IT 的核心思想是甚么:“惟快不破”,微信怎樣干掉陌陌的,就是速度,迅速搶占用戶市場。所以,電子學院所以不學大學生計算機基礎,直接上硬貨,將 C 語言和數據結構緊縮成1學期上。
為何我們要學編程?比如,已往對許多的物理進程,我們通常需要進行數學建模,但隨著環境和模型愈來愈復雜,單純的數學模型已很難通過人們手工計算得到結果,所以,計算模型應運而生,見圖2。
圖 2:在科學研究領域,計算模型在漸漸取代數學模型
通過編程可讓計算機幫助你做你不愿意或不能做的事情。比如,小時候玩過漢諾塔游戲, 對人來講,很難玩 10 個盤子以上的漢諾塔,但是,如果寫程序的話,用不到 15 行的程序就能夠處理任意范圍的漢諾塔,強烈建議你自己實現1下。
另外1個好處是培養你的計算思惟,在中學物理課老師教你用天平的時候,肯定告知你丈量1個未知物體的質量,要從最大的砝碼開始試,順次遞減。你有無想過這是為何?。計算機是1門科學,科學就有相應的科學的思惟,一樣是閱讀器,為何IE就那末慢,學習編程只是工具,怎樣用科學的思惟用好這個工具才是關鍵。
對編程,我最后想說11句話:編程是1個非常有用的技能,大1的時候沒有珍惜,到了大3大4把C語言重新拿出來通宵重學的大有人在。絕大多數人之前都是沒有接觸過編程的,所以不要擔心自己和他人差距太大, 大不了畢業了還能貼膜呢。不過老師上課的速度是很快的,我在這里推薦1個在哈佛超高人氣的公然課cs50: http://v.163.com/special/opencourse/cs50.html.
有志于未來在計算機領域工作的同學,這門課1定要學好。就算不做計 算機,未來他人問你,你學了4年電子都學了啥啊,編程會不會啊,你說你不會,他人就會相當鄙夷的看著你,覺得你1定沒好好學習。加上這個技能點后,你可以到達計算機2級水平。
微機原理與接口技術 目前是電子專業必修。最近幾年物聯網10分熱門,能的嵌入式可穿著技術發展10分迅速,這門課和后續的選修課微處理器與嵌入式系統就是為這個方向做鋪墊。加上這個技能點后可以到達計算機3級水平。
1.2.1 電路技術
摹擬電路 簡單說摹擬電路就是研究摹擬信號的放大電路。我院生物醫學工程研究所目前研究的是如何從孕婦體表提取胎兒的心電圖,這個胎心電的信號10分微弱,而且淹沒在周圍環境的噪聲當中。我們要能看到胎心電,就是用摹擬電路的技術從噪聲中把有用信號提取出來并且放大。
學好模電對你們找對象很有幫助: 愛情就像電橋1樣,需要溝通,當沒法溝通時,千方百計也要溝通,面對面永久好過背對背。由于造成愛情失敗的本質緣由常常不是缺少了解,而是理解錯了。只有溝通了,才能知道對方于自己到底需要甚么。3角戀就像3極管,總能把電路弄的不1樣,3角戀也會把生活變得熱烈,但是,畢竟, 生活不是電路,還是別那末戲劇化的好。愛情就像是3極管,放大倍數越高的,越不穩定。
生活就像PN結1樣,怎樣造都會有電容影響,生活也都會有曲折與不順。你希望生活順心如意,希望愛情1直甜蜜,希望婚姻幸福,對不起,這和消除 PN 結電容1樣,是個世界性困難。人生就像放大器,不管多牛,都得有個接地端,所以,你這1生,總得有個歸宿,總是飄著,雖然蕭灑,但不是那末舒服,客死異鄉,總是件有點凄涼感覺的事,除非你把自己獻給夢想了。人生就像雙極型集成運放747,雖然很經典,但卻要被更好的替換了, 就像那些歷史人物,那些過去的生活,雖然很精彩,可是也只能放在課本里做教材,作為后人學習之用。長江后浪推前浪,前浪死在課本上。人生就像集成運放,總有些人是來提供社會前進動力的,就像那些電流源。人生就像集成運放,總是很難找到電流走向,就像你總是會迷茫1樣??偸钦f要重視進程,可是大多數時候要用集成運放的人只關心結果。人生就像絕緣柵場效應管,雖然已很謹慎的使用了,可是,還是不知道甚么時候就會在沒想到的因素中掛了。
數字電路 摹擬電路存在的問題就是信號易受噪聲干擾。廣播之前是 AM(調幅)廣播,但是信號幅度易受噪聲干擾,而頻率的相對穩定性較高,所以現在基本都是FM(調頻)廣播了。數字電路就是解決摹擬電路的這個問題,數字電路對噪聲的容限比摹擬電路大的多,不失真,同時可以用計算機輔助對信號進行處理,由于以上優勢,數字電路的利用比摹擬電路廣的多。 1般來講,1個電子公司需要很大1幫年輕人作數字電路,做摹擬電路的只需要極少許的,但經驗豐富的人就足夠了。
高頻電路 這里要提到1個重要的概念:頻譜,見圖3。我們實際上已見過頻域的信號了,我們在用音樂播放器時那個不斷變化的柱狀圖就是頻譜。比如,對1段相同的歌曲,添加1些低頻份量會令人感覺這個歌是在普通房間中錄制的,而添加1些高頻份量會有種恍如是仙境中天籟之聲1般的效果。
圖 3:頻譜圖。本圖來自維基百科https://commons.wikimedia.org/wiki/ File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg
毛主席講,要想完全的消滅敵人, 首先要充分的了解敵人。對帝國主 義我們要有1套策略,對待國民黨要有1套策略,對待其他民主黨派和民族 資產階級要有另外的方法。
在電路里面也是1樣,信號有不同的頻率,那末對不同的頻率,我們也要有不同的策略。前面講的摹擬電路是對付 kHz 頻段的。當信號頻率升高到MHz 頻段時,普通摹擬電路的技術將不再適用,高頻電路主要用于信號的傳輸和接收,使用的技術相當于模電的奢華加強版,難度也比模電要大。
電路實驗 除這些 xx 電路以外,還有 xx 電路實驗,比相應的 xx 電路課晚1學期上。
1.2.2 信號處理
信號與系統, 數字信號處理 這里介紹電子的另外1個重要概念。
舉個栗子,兩個人,小感和小容。小感是男生,他超級宅,上課也不去,吃飯也不出門,每天在宿舍打 LOL。小容是女神,學習又好,長的又好看, 社會活動又多,現在,小感過來求你,讓你想一想辦法把他們撮合起來,你怎樣辦?
你覺得這個事情難度怎樣樣?超級難!有辦法沒?有!我來告知你怎樣辦:把他們兩個送到亞馬孫森林里面,改變他們的造型、身份。讓他們1男1女,荒郊野嶺,周圍鬼哭神號,只有螢火,和你我的相互依偎。你現在覺 得把他們撮合起來難度怎樣樣?超簡單!以后再把他們送回到文明世界中, 彼此就在1起了!
回到正題,在電路里面,我們不但有電感、電容、還有電阻,你看這3角關系更復雜。我們要分析電路,就要分析它們的電壓和電流之間的關系, 1個是積分,1個是微分,1個是線性。你覺得分析這個難度怎樣樣?超級難!有辦法沒?有!
就是通過變換,行話叫換域,拉普拉斯變換(LT)可以把微分和積分的 運算換成乘法和除法,這樣就簡單很多了。還有其他很多的變換,從此,你的人生就和傅立葉這個人緊密結合起來了,包括傅里葉級數 FS,傅里葉變換 FT,離散傅里葉變換 DFT,離散時間傅里葉變換 DTFT,快速傅里葉變換 FFT,每種變換還有其相應的反變換,所以這兩門課對數學要求是很高的。光把這些名字記下來就要花1番工夫。
通訊技術 延續這1方向,通訊專業還會學其他1些信號處理理論,觸及信息論、編碼、通訊傳輸等。
1.2.3 微電子技術
這就是微電子的專業課及研究方向,整體上說,分為兩大部份。
半導體器件 學習半導體器件及相應理論,研究新器件、新工藝。
集成電路 包括微加工技術,集成電路設計與分析。集成電路設計使用的是 verilog 語言,和 C 語言不同,verilog 是硬件描寫語言,和 C 寫程序的思路和流程有很大的不同。如果感覺你 C 語言學完還是1頭霧水,那末,恭喜你,你很有可能合適學 verilog。
本科必修有兩門課,但這兩門可以算為電子學院最難的兩門課。如果以后想要選電子信息科學與技術的超導-太赫茲或電磁場方向,這兩門課務必要學好。
數學物理方法 該課有兩部份,復變函數論: 類似與數學系和物理學院的復變函數,主要是引入復數的領域。有人曾評選過10大最優美的物理公式,
就是其中1個,它把3個不同數學領域人為創造出來的符號組合在1起,結果竟然等于⑴,10分驚奇。由于我們從大1開始就接觸復數了,這部份難度 1般。
第2部份是數學物理方程,它是把物理進程總結成方程,并用復變函數的手段進行求解,這1部份的數學計算非常多、公式非常長、符號非常復雜、 理解非常抽象、書上特別習題參考書上毛病特別多,需要很好的將微積分II、 物理結合才能理解。
電磁場理論與微波技術 數學物理方法是為本課程學習提供數學基礎,本課圍繞另外一個10大最優美的物理公式—麥克斯韋方程組展開。
等號有3重境地,第1重境地是數學境地,意為相等,等式左側和右側數值相等。等號第2重境地是計算機境地,為賦值,拋棄左值,把右值賦值給左值。第3重境地即哲學境地,代表轉化,麥克斯韋方程組中前兩個式子是這個境地,?× 代表對空間的變化, ?/?t 代表對時間的變化。即為變化的電場轉化為磁場,變化的磁場轉化為電場,這樣就構成了電磁場。
中國的醫療保健產品的宣揚很成心思,在5年之前宣揚都是講我們這個產品是純物理療法,無任何化學手段,講的是物理的都是好的,化學的都是不好的。那純物理療法熱的熱死你,電的電死你。后來就是這幾年,它們估計認識到這個問題,宣揚方式改了,不說物理都好了,講的是凡是電的東西就有這個輻射,有那個輻射,對人身體這不好,那不好。去年有1段時間就在討論 wifi 究竟有無輻射,有 wifi 對人有多大傷害我不知道,反正1沒wifi 我就渾身都不舒服。凡是磁的就有這個功效有那個功效,比如我們賣的這個洗腳盆啊,有這磁場有那磁場,給人充磁,然后又通過腳傳給全身,有啥啥好處。他們就不知道啥是個電磁轉化嘛。
我們學院的前身是物理學院的信息物理專業,所以物理學院10分難而且重要的4大力學我們也要學習,包括:
理論力學, 熱力學-統計物理 這兩門課1起我們緊縮到半學期上,1門講1個月,1周4學時。由于我們的普通物理講的比較簡單,加上大1學完也不用了,到學這個的時候很難跟的上,里面的符號都很復雜。這門課對學微電子的同學比較重要。
量子力學 你有無聽說過薛定諤的貓?這個揭露了量子力學的核心概念, 就是不肯定。在你打開裝貓的盒子之前你不知道貓有無死。這個思想在量子力學里面非常重要,我舉1個生活中的例子解釋這個問題:
在期末考試周溫習的時候你就處在1種薛定諤的懂的狀態,不能說你溫習好了,也不能說你不懂,在你拿到期末考試試卷之前,你永久不知道自己究竟懂不懂,你處在1種既懂又不懂的疊加態中。在真正拿到期末考試試卷這個時刻,你才能肯定自己究竟懂不懂。也就是說,如果你永久不參加考試, 那末你將永久處在1種既懂又不懂的疊加態中。
有1個現象,找不到女友的男生反而是高學歷,由于高學歷的男生大部份不會玩,不會哄女生。那些學歷不高的男生,大部份反而很會追女生,由于他們會玩,懂女生的心理。科學宅男想到1個追女生的方法,那就是援用巴甫洛夫的“條件反射”,并將之命名為“巴甫洛夫把妹法”。具體做法以下:“每天給你那位心儀的女孩的抽屜里都放上精心準備的早飯,并且保持緘默不語, 不管她如何詢問,都不要說話。如此堅持1至兩個月,當妹子已對你每天的準時早飯習以為常時,突然停止送餐,她心中1定會產生深深的疑惑及失落,同時會滿懷興趣與疑問找到你詢問,這時候再1鼓作氣將其拿下?!边@個方法用我們常人的思惟來講,就是培養習慣、慢火熬煮,逐漸攻城??茖W家的智慧在于:適當的時候忽然消失,讓妹子明白你的存在感。
“薛定諤把妹法”的靈感來自于著名的物理學假定“薛定諤的貓”。它是建立在巴甫洛夫把妹法之上的威力升級版。具體做法以下:“每天早上,你拿出1個硬幣拋擲,讓偉大的隨機性來決定今天是不是給妹子送早飯。這樣,當妹子每天打開抽屜之前,都不知道是不是有早飯,而早飯的有沒有乃是1個獨立隨機事件,完全沒法推測。每天的早飯對妹子都是1個未知的神秘存在,妹子將逐步為這1神秘的現象所吸引,終究將不可避免地對送餐人產生極大的興趣,你在她的心中蒙上了神秘的面紗?!睂Α把Χㄖ@把妹法”的總結是:“這個謎1樣的男子,這1刻薛定諤附體,帶著量子論般深沉的哀愁,讓她從此不能自拔。
對“薛定諤把妹法”,結論是,女生1定要養早起吃早餐的好習慣。
這門課也是緊縮到半學期上,1周4學時。但是,重點來了,要有期中考試。之前我們是請美國的陳植蕓教授來上這門課,她講課特別好,通俗易懂, 現在不1定能來上這門課。對學微電子的同學來講,這門課很重要。由于根據摩爾定律,每過 18 個月,芯片的集成度就要翻1番,但是現在實際上和這個規律擬合的沒有之前好了,這是由于現在的集成度已接近極限,器件的尺寸再小就要進入量子領域,所以量子力學就很重要。
電動力學 電磁場理論與微波技術的前半段來學習這里面的內容,所以在此不多講了。
1句話來總結,電子之美在于1頭霧水,電子之美在于無怨無悔。你會敬佩你自己,這么難的課都學下來了,以后還有甚么做不到的呢?
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本文部份內容取自網絡,其原作者已無從考證,在此向他們表示感謝。 另外要特別感謝電子學院 2014 級 3 班的同學們,他們是本文的第1批讀者。