电气工程及其自动化专业课

电气工程及其自动化这个专业，名字听起来挺厉害的，但学起来真的就是另一回事了。很多人觉得我们毕业了就是去国家电网，实际上方向多得很。这个专业的核心，就是电。但是电这个东西又分强电和弱电，自动化又是另一个大块头。所以整个大学期间，你会感觉自己一直在学新东西，什么都沾点边。

最开始，所有人都得从《电路原理》这门课开始。这门课是整个专业的基础，就好像房子的地基。 如果这里学不明白，后面的课基本就不用听了。电路这门课，就是研究电流、电压、电阻这些东西在一个圈圈里怎么跑来跑去。听起来简单，但是加上电容、电感，再弄个交流电，各种定理和公式就来了。比如基尔霍夫定律（KCL和KVL），这是分析电路最基本的工具，必须掌握。 还有叠加原理、戴维南定理，都是用来简化复杂电路的。很多人在这门课上第一次挂科，就是因为觉得它只是物理课的延伸，没当回事，结果发现里面的计算和分析逻辑完全是另一个层面的。

学完电路，马上就进入了《模拟电子技术》和《数字电子技术》，也就是传说中的“模电”和“数电”。 这两门课是弱电方向的核心。模电研究的是连续变化的信号，比如声音信号，怎么通过电路放大、过滤。 里面的三极管、运算放大器是重点，也是难点。特别是三极管，三种工作状态（截止、放大、饱和）和各种偏置电路的计算，能把人绕晕。数电就好理解一点，它研究的是不连续的、只有0和1的信号。 计算机内部就是用这种信号工作的。数电的核心是逻辑门电路（与门、或门、非门），还有触发器、计数器这些东西。 学数电就像搭积木，用最基本的东西，一层一层搭出复杂的系统。这两门课的实验特别多，需要亲手焊接电路板、用示波器看波形，很有意思，但也很折磨人，经常是为了一个怎么也出不来的波形，在实验室熬到半夜。

然后是《自动控制原理》，这门课是“自动化”这个名字的由来。 它研究的是怎么让一个系统自动运行，并且稳定地运行。比如空调，你设定一个温度，它就能自动加热或制冷，让房间保持这个温度。这背后就是自动控制的功劳。这门课非常数学化，全是传递函数、状态空间方程、稳定性判据这些东西。学起来很抽象，很多人觉得枯燥。但是一旦你理解了，就会发现它在机器人、无人机、工业生产线上无处不在。我当时为了理解一个叫“根轨迹法”的分析方法，在草稿纸上画了几十张图，才慢慢明白系统参数变化时，系统的稳定性是怎么跟着变的。

前面说的都是偏弱电和控制的，电气工程当然也离不开强电。强电方向的核心课程包括《电机学》和《电力系统分析》。 《电机学》就是研究各种电动机和发电机。 我们家里用的风扇、洗衣机，工厂里的大型设备，都离不开电机。这门课的难点在于，它不仅涉及电路，还涉及磁路，很多东西是空间立体的，需要很强的空间想象能力。比如同步发电机的运行原理，里面的电枢反应、磁动势，想弄明白得花不少功夫。

《电力系统分析》这门课，宏观一些，研究的是电能从发电厂出来，怎么通过电网送到我们家里的整个过程。 这门课会讲到电网的潮流计算、故障分析和稳定运行。 比如，一个地方突然用电量大增，怎么调整发电机的输出，保证电网电压不掉下来。或者，一条输电线被雷劈断了，怎么让保护装置立刻动作，把故障线路切掉，避免大面积停电。这门课的计算量很大，特别是潮流计算，手算基本不可能，都要用计算机编程来解决。所以，学这门课的同时，也得学一些编程和仿真软件，比如MATLAB。

除了这些硬核的专业课，还有很多配套的课程。比如《电力电子技术》，教你怎么用半导体器件去变换电能，充电器、变频器里都是这个技术。《微机原理与接口技术》和《嵌入式系统》，教你怎么用单片机或者更复杂的处理器去控制一个设备，这是做智能化产品的基础。《高电压技术》则研究电的绝缘和保护问题，毕竟我们打交道的东西电压很高，安全是第一位的。

总的来说，电气工程及其自动化专业的课程体系，就是从最基础的电路开始，然后分成几个主要方向：以模电、数电为基础的电子技术方向；以自动控制原理为核心的控制方向；以及以电机和电力系统为核心的强电方向。 整个学习过程就是不断地从理论到实践，再从实践回到理论。虽然过程很辛苦，要学的东西又多又杂，但当你亲手让一个LED灯亮起来，让一个小车自动循迹，或者看懂一张复杂的电网结构图时，那种成就感是什么也替代不了的。