¿Matemáticas avanzadas en la electrónica del día a día? [cerrado]

Lo común en general es en su mayoría álgebra básica, como la ley de Ohm, calcular una de frecuencia, resistencia y capacitancia de las otras dos, etc. La habilidad importante aquí no es tanto las matemáticas sino la comprensión intuitiva de la física detrás de lo que estás haciendo. Si puedes ver un esquema y sentir cómo aumentan los voltajes y las corrientes y cómo reaccionan cada una de ellas a las partes, puedes derivar las ecuaciones que necesitas para cuantificar las cosas.

También encuentro que la física básica es muy útil para las EE, al menos el tipo de EE que hago, que es el diseño de pequeños sistemas embebidos. Mi trabajo nunca acaba en el circuito o el firmware. Para hacer el trabajo correctamente, que es resolver el problema, no solo hacer que el circuito funcione, debe tener un buen conocimiento de lo que el circuito está controlando o midiendo. Esto requiere una buena comprensión del sistema y la física detrás de él.

Con demasiada frecuencia, encuentra que las personas que conocen el sistema y escribieron los requisitos para lo que su controlador debe hacer no tienen realmente una buena idea de qué cosas son razonablemente posibles. Ellos piensan en un medio para resolver el problema, luego especifican un circuito para hacer eso. En otras palabras, ellos conocen su mundo, pero no conocen el tuyo muy bien. Es muy valioso si puede ser el que se acerque (porque no pueden o no quieren), ver el panorama general y proponer un mejor método para resolver el problema general. Sin embargo, solo puedes hacer esto si tienes un buen conocimiento del sistema, que por lo general requiere buenas habilidades físicas básicas de tu parte.

Esto trae otra habilidad importante de ser un buen ingeniero, que es sorprendentemente raro. Siempre tómese el tiempo para comprender el sistema más grande en el que encaja su pequeño diseño, luego observe el panorama general. Creo que la gente suele estar más que contenta de hablar sobre cómo funciona su parte del sistema, así que vaya y aprenda. Luego mire la imagen general y vea si lo que le pidieron que hiciera tiene sentido o solo desde el punto de vista de la única persona con la que interactúa su gizmo y esa persona solo estaba mirando su problema aislado. Puede pensar que esto es una obviedad, pero luego se sorprenderá de la frecuencia con que esto sucede, especialmente en las grandes empresas. El tipo de personas que les gusta tener una visión estrecha y trabajar solo en su pequeño problema tienden a gravitar hacia grandes compañías. En un proyecto grande hay espacio para gente así, tener a algunos de ellos en el lugar correcto es realmente útil, pero se necesita un ingeniero jefe calificado para utilizar a estas personas y a todas las personas adecuadamente. La última parte es muy rara hoy en día, y a menudo encontrarás a Joe Blinders a cargo de cosas que no debería ser. Incluso si Joe intenta mirar un poco a su alrededor, a menudo no sabe lo que la electrónica puede y no puede hacer fácilmente. Lo peor es cuando se cree un EE, pero no sabe realmente lo que está haciendo.

En cuanto a las matemáticas más avanzadas que el álgebra común, definitivamente aprende a pensar en el espacio de frecuencias. He hecho una frecuencia detallada desde / hacia los cálculos en el dominio del tiempo varias veces, pero el concepto es valioso a menudo. Cada EE debe poder visualizar cuáles son las implicaciones de frecuencia de una señal de dominio de tiempo y viceversa. Aquí no estoy hablando de sentarse y resolver transformaciones de Fourier, sino tener un buen sentido intuitivo de ello. Para mí eso vino de hacer las matemáticas detalladas en la universidad. He hecho esas matemáticas solo en raras ocasiones desde entonces, pero la comprensión detrás de esto es útil todos los días.

Encuentro que uso sobre todo álgebra día a día. Cálculo del consumo de energía, corrientes, valores de resistencia y problemas térmicos. Para el diseño práctico de circuitos de todos los días, como si estuvieras hablando, se trata más de resolver problemas creativos que de matemáticas. Tomaría a un tipo que era un buen depurador sobre un buen matemático cualquier día;)

Dicho esto, hay días en que es útil, se le puede pedir que diseñe un sistema que requiera un nivel más alto de matemáticas para comprender. Por lo general, se trata de algún problema de control, comunicación o procesamiento de señales (para mí de todos modos). Puedo pensar en un ejemplo en el que estaba diseñando una salida de audio PWM pero sonaba "crackily". No fue hasta que leí algunos papeles y usé algunos matlab para hacer una suma de sincs que pude limpiar el sonido.

Ciertamente hay muchas matemáticas avanzadas detrás de las herramientas que usamos, como los solucionadores de campo de EM para cosas como el Análisis de integridad de señales, especias y otros modelos.

Tengo amigos que trabajan en ASIC que toman algoritmos de los "matemáticos" y los ponen en forma de ASIC, hay un poco de matemática involucrada allí.

Probablemente encontrará más matemáticas de tipo físico en el sector de robótica avanzada, pero de nuevo eso es más sobre los sistemas de control.

Estoy seguro de que hay muchos más lugares en los que no he pensado, pero en general me parece que todos los días no hay tantas matemáticas. Cuando hay, generalmente puedo recurrir a uno de los muchos libros de referencia para encontrar la ecuación que necesito.

Realizo diseño de circuitos, programación de microcontroladores y diseño de electrónica de potencia de 1-1000 kW. He hecho un poco de álgebra bastante compleja para derivar las ecuaciones de ganancia del sistema convertidor a veces. Álgebra básica para implementar rutinas de calibración para valores A / D. El cálculo fue necesario para calcular la corriente promedio a través de un rectificador de fase controlada mientras se carga un capacitor. La descarga de potencia constante de un condensador no ideal fue una gran ecuación diferencial no lineal fea. Tratar de analizar el timbre en una fuente de modo de conmutación fue cuatro grandes feos. (Todavía estoy trabajando en eso). Y estimar las pérdidas en un convertidor de modo de conmutación de alta frecuencia involucró un par de integrales simples.

Probablemente sea la mayor parte de lo que he hecho en cinco años, y supongo que estoy haciendo más cálculo que la mayoría. El 98% de lo que hago no requiere matemáticas complejas. El otro 2%, probablemente sea el mejor equipado de la compañía para manejar, así que definitivamente es una habilidad que vale la pena. Lo más importante probablemente no sea los detalles oscuros de cómo resolver todos los tipos posibles de ecuaciones. Puedes mirar ese tipo de cosas. Lo que es más importante es entender los conceptos fundamentales de todo esto. ¿Qué es una integral? ¿Cómo hago uso de uno? ¿Cómo, en general, es una puesta en marcha? ¿Y qué recursos tengo o necesito para evaluarlos una vez que estén configurados?

Además, tener esa comprensión te hace confiar en que puedes calcular las cosas, y que el universo realmente tiene sentido. Personalmente, creo que este tipo de confianza es muy útil, a veces más que los resultados reales de las ecuaciones.

No estoy seguro de qué significa matemática avanzada en contexto. Pero a diario utilizo PDE, cálculos (incluidas las integrales de línea) y cuando preparo artículos para publicación, puede haber un levantamiento muy pesado y, a veces, usar las matemáticas para desarrollar nuevos análisis / modelos de sistemas. Pero en el día a día usaré ingeniería mecánica (flexión de haz), flujo de calor, modelado de semiconductores, mecánica cuántica, óptica, teoría de transistores, teoría de circuitos, etc., por lo que es una auténtica bolsa de diferentes campos que son sorprendentemente similares. Tiendo a orientarme más a la investigación ahora, y me traen para resolver problemas críticos en los problemas de producción de primera línea.

La mayoría de las matemáticas avanzadas fueron atendidas por los científicos e ingenieros que desarrollaron las piezas que juntamos, por lo que la matemática avanzada no es necesaria de nuestra parte en muchos casos. Hacemos estrictamente el lado de ingeniería de las cosas donde las matemáticas avanzadas no siempre son necesarias porque ya se encargaron de eso y nos proporcionaron los datos necesarios para conectar todas las partes.

Si uno quisiera seguir involucrado en matemáticas avanzadas, es más probable que lo use en el diseño de transistores e circuitos integrados que en la soldadura de esas partes para formar un circuito.