一本銷售長達50年且有6個版本的書肯定是的。我要感謝John Wiley & Sons陪我度過了這么多年。我要感謝我的新編輯Brett Kurzman為我找到了一份合同。我要感謝我的妻子伊麗莎白一直以來的支持。我要感謝所有這些年來一直支持我的讀者。如果沒有NXP半導體公司的丹·比克的催促,就不會有第5版,更不會使第6版成為可能。為此,我欠他一個“謝謝”。我一直在想如何使這個版本更有效,我覺得我的開場白是關鍵。我需要講述這個故事,這樣讀者才會明白我的做法。
“接地(grounding)”和“屏蔽(shielding)”有許多含義。對于以英語為母語的人來說,ground這個詞可以包括多種含義,如磨碎咖啡(coffee grounds)、解雇理由(grounds for dismissal)、游樂場(play grounds)、碎牛肉餡(ground round)或地面(ground floor)。shield這個詞可以包括諸如擋風玻璃(windshield)、警徽(police badge)、金屬盔甲(metal armor)或防護服(protective clothing)等含義。在電學上,接地可以指接大地、電池的負極、電路板上的導電平面、中性電導體或金屬柜。人們經常把這些詞與防止電干擾聯系起來。書名旨在傳達這一意義。本書的每位讀者都將從與這些詞相關的獨特體驗開始,這也是我寫作此書的用意。
我參與電氣接地和屏蔽領域的研究工作已經過50年了。我對該領域的理解來自于我的經歷、興趣和教育。1967年以來,由于電子技術的不斷變化,我每10年就重寫這本書。此外,我一直在學習相關書的寫作方式。接地和屏蔽是一個重要的課題,因為它幾乎涉及現代電氣技術的方方面面。
首先,相對于電路容量來說,接地與屏蔽與導體的幾何形狀關系密切。進一步地講,通過慣例傳遞的很多信息只是簡單的知識,甚至有些是的或誤導性的。這意味著工程師常常有先入為主的想法,并且需要做一些工作把事情弄清楚。在某些情況下,用戶必須遵循的基本規則被印在紙上時,很容易假定它們是有效的。不幸的是,并非所有的規則都是有效的或實用的。如果這些規則是的,那么反對會是非常令人沮喪的。
學校并不開設社會需要的科目,工程師常常需要自己尋找答案。我還發現,質量控制人員將會遵循書面的規則,而不是一個外部工程師或作者的意見。他們尊重,這也是他們被期望做的。我有一些持續多年的爭論仍受到質疑。僅憑這個事實,我就知道有些觀點是根深蒂固的。
接地和屏蔽技術應用在大多數設計中。因為這不是一門的科學,所以對于在什么地方連接屏蔽和參考信號可能有多種方法。有的方法是很好的,通過復制以前的設計或口頭講授即可實現。在大多數情況下,不能通過簡單的說明某種方法是否有效。我們可能知道如何一塊電子硬件,但如何一幢建筑物卻是另一回事。
必須問自己:想做些什么測量?把電壓探頭放在哪里?即使可以進行,對大型來說改動也是非常困難的。在許多情況下,設計中的想法在某些范圍下是有效的。一個對某事有誤解的人可能會發現很難接受不同的解釋,當許多不同的意見被提出時尤其如此。我發現,工程師對于新觀點持懷疑態度,他們不知道相信什么或相信誰。另一個問題是,工程術語是不斷變化的,有時有效的解釋卻達不到溝通的目的。
接地和屏蔽這個主題介于貿易實踐與物理學之間,內容廣泛,這是一個不適合學術界的學科領域。對一些經理來說,接地技術似乎是一個技術人員的工作。在現實中,它往往是非常復雜的。由于這些原因,現在我想改寫第6版,為的設計師傳達一些信息,盡可能地將重點放在與主題相關的基本原理上來。我想用物理學作為解釋的基礎而不是讓解釋過于數學化。
我自認為在接地和屏蔽技術方面的見解是獨到的。電路原理已經明確表明導體攜帶信號。事實上,導體引導能量場的流動,而能量場能夠攜帶信號、干擾和操作部件。自然界并不區分這三種功能。我們確實需要電路來描述我們的想法,需要電路理論分析這些電路。當電路理論不夠用時,我們需要應用基礎物理學。我們必須把電源、信號和干擾區分開。我們需要認識到,幾乎所有的電活動都發生在導體之間的空間中。
本書的目的就是明確指出這個非常關鍵的想法是如何解決問題的。場傳遞的想法已經涵蓋在物理學課程中。這些想法與實際設計之間的聯系,在教材中和課堂上經常被忽略。導體之間的空間排列可以保持各個場的分離。導體幾何的控制是設計者的工作,這是本書的核心。
本書不是對電路理論的介紹(假定讀者已熟悉電路是如何工作的),也不是應用物理學導論,而是理論與實踐相結合的一本書。教科書中所解決的問題與從事設計工作的新手所面臨的問題完全不同。畢業后,周圍沒有老師可以求助。
通過直覺和過去的經驗,我解決了很多實際問題。漸漸地,我的理解力增強了。隨著時間的推移,很明顯,我應該更多地使用我的經驗,而不是我的直覺。這很容易說到卻不容易做到。在現實世界中,問題必須被解決而不只是被研究。大多數問題是多維的,并不僅僅適合一個學科。在迷宮中找到一條路可能不是很有效的方法,但是人們并不能夠經常做到用迷宮試驗學習更多的知識。這需要時間,需要耗費資源。
我在大學里了解到了位移電流。直到我開始寫“數字電路”這節內容之前,我才意識到這個概念的價值。然后我發現一種解釋電流是如何流入傳輸線里分布電容的方法。在閱讀相關文獻時,我從未見過有關解釋。我在本書中提出這個方法,希望它有助于讀者解釋真實世界。
現在看來本書第5版的第1章過于嚴肅,讀者閱讀起來有點吃力。即使我的初衷是好的,并且興奮地進行了講述,但是內容并不吸引人。為了改進,我決定結合我的一些經驗開始寫作第6版,說明為什么這個基本物理知識對于理解接地和屏蔽是至關重要的。
我認為歷史既有趣又有洞察力。
拉爾夫·莫里森于加利福尼亞州圣布魯諾
編輯:黃飛
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原文標題:接地與屏蔽技術
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