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第22章 示波器上的弦

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周五早晨,林晚在晨光中醒来。窗帘缝隙透进的天光是那种清冷的、冬日特有的灰蓝色,像被水稀释过的钢笔墨水。他躺在床上,听着暖气片均匀的嗡鸣,脑子里自动过了一遍今天要做的实验步骤——搭建电路,测量数据,分析误差,重复验证。

手机屏幕亮着,显示一条凌晨发来的消息。来自顾阳:“手腕肿了,队医让我休息三天。教练的脸很黑。”

林晚盯着屏幕看了几秒,然后打字:“好好休息。” 发送。

没有立刻回复。大概还在睡。他放下手机,起床,洗漱。镜子里的人脸色比前几天好了一些,眼下的青影淡了些,但眼神里有种新的、锐利的东西,像被磨过的刀锋。

早餐时,林秀珍从冰箱里拿出牛奶,又放回去。“坏了,”她说,凑近闻了闻,“今天下班我去买新的。”

“不用,我放学顺路买。”林晚说,咬了一口面包。面包是超市买的袋装切片,有点干,他小口喝着水送下去。

“你爸昨晚又打电话来了,”林秀珍在餐桌对面坐下,手里拿着早报,“问你竞赛的事考虑得怎么样了。”

林晚顿了顿:“我今天会给老师答复。”

“决定参加了?”

“嗯。”

林秀珍看了他一会儿,然后点点头:“也好。有点事做,寒假不会无聊。” 她顿了顿,补充道,“需要什么实验材料,跟姑姑说。虽然我不懂物理,但钱还是有的。”

“谢谢姑姑。”

“客气什么。”林秀珍摆摆手,继续看报纸。翻页时,纸张发出清脆的声响,在安静的早晨里格外清晰。

到学校时,离早自习还有二十分钟。林晚直接去了物理实验室。门锁着,他从书包侧袋摸出钥匙——是周老师昨天给他的,用一根红色尼龙绳穿着,绳结处已经有些磨损。

“实验室的钥匙,”周老师把钥匙递给他时说,“以后你可以随时来。但记住,安全第一,做完实验一定要检查所有设备,关好水电门窗。”

林晚接过钥匙,沉甸甸的,带着金属的凉意。他把它小心地收好,像保管某种重要的信物。

现在,他用钥匙打开门。实验室里有一股特殊的味道——臭氧,松香,旧电线,还有淡淡的灰尘。晨光从高大的窗户照进来,照亮了空气中缓缓浮动的尘埃。实验台整齐地排列着,上面覆盖着灰色的橡胶垫,边缘已经磨损发白。

他走到最里面那张实验台——是周老师指定的,比其他台子大一些,靠墙有额外的电源插座和数据接口。台面上已经摆了一些设备:一台老式示波器,一台函数发生器,一套万用表,还有各种导线、电阻、电容,分门别类地放在塑料盒里。

林晚放下书包,从里面拿出那本《实验物理学》,翻到昨天做标记的一页。是关于LC振荡电路的章节,配着复杂的电路图和波形图。他的竞赛选题初步定在“RLC串联电路的暂态过程研究”——一个经典但可以深挖的题目。周老师说,简单题目做出深度,比选个花哨但做不透的题目更有价值。

他戴上实验室的白色棉线手套——手套很大,指尖空荡荡的,但能防止静电。然后开始按照电路图搭建实验装置。先连接电源,检查电压;再挑选电阻,用万用表测量实际阻值,记录与标称值的误差;接着是电容和电感,每一个元件都仔细检查,记录参数。

手指在冰冷的元件和导线间移动,动作稳定而精确。连接导线时,他习惯性地将裸露的金属头拧成整齐的螺旋,再插入接线柱,拧紧。每一个接头都检查两遍,确保接触良好,不会虚接。这是周老师强调的——实验物理,细节决定成败。

电路搭好时,早自习的铃声刚好响起。遥远而模糊,像从另一个世界传来。林晚没动,继续检查。他打开函数发生器,设置输出正弦波,频率调到1kHz,幅度调到1V。然后打开示波器,预热,调基准线,探头校准。

屏幕亮起,绿色的光迹在黑暗的背景上跳动。但波形不对——不是光滑的正弦曲线,而是出现了严重的畸变,在峰值处有明显的削顶,还叠加了高频的毛刺。

林晚皱眉。他检查了一遍电路连接,没问题。又检查仪器设置,也没问题。难道是元件有问题?他断开电路,用万用表重新测量每一个元件。电阻正常,电容正常,电感正常。

他重新连接,波形依然畸变。

实验室的门开了。周老师走进来,手里端着保温杯,看见林晚,微微一愣:“这么早?”

“嗯。”林晚没抬头,眼睛盯着示波器屏幕。

周老师走过来,站在他身后,也看着屏幕。“畸变很严重。你检查过接地吗?”

“检查了。”

“探头补偿调了吗?”

“调了。”

周老师沉默了一会儿,然后伸手:“把探头给我。”

林晚递过去。周老师把探头接到示波器的校准信号输出端——那是一个标准的1kHz、0.5V的方波。屏幕上出现的却不是方波,而是严重畸变的波形,上升沿和下降沿都变成了缓慢的斜坡。

“探头坏了。”周老师下了结论,把探头拔下来,对着光仔细看。探头的金属头有点松动,塑料外壳有一道细微的裂纹。“实验室的老设备,该淘汰了。我去找找有没有备用的。”

他走到储物柜前翻找。林晚继续盯着示波器屏幕,脑子里飞快地过着可能的故障点。探头坏了,但也许不只是探头的问题。他断开所有连接,重新从最基础的检查开始:示波器本身的校准信号输出是否正常。

他换了一根普通的同轴电缆,直接连接示波器的校准输出和输入通道。屏幕上出现了标准的方波,清晰,规整,上升沿陡峭。

确实是探头的问题。但林晚没有停下来。他从实验台抽屉里找出一套简易的工具——小螺丝刀,镊子,放大镜。然后小心地拆开坏探头的塑料外壳。

内部结构比他想象的复杂。小小的电路板上密密麻麻地焊接着一系列微型元件:电阻,电容,还有一个小小的、像芝麻一样的芯片。放大镜下,能看见电路板上有细微的裂纹,就在那个芝麻芯片旁边。裂纹很细,像头发丝,但足以导致信号传输异常。

“你会修这个?”周老师的声音在身后响起,他拿着一个新探头走过来,看见林晚的动作,有些惊讶。

“试试。”林晚说,声音很平静。他用镊子轻轻触碰那个裂纹区域,放大镜下,能看见裂纹两侧的铜箔有微小的错位。是虚焊,加上机械应力导致的断裂。

他从工具盒里找到最小号的焊笔和焊锡丝。接通焊台的电源,调到最低温度,等待烙铁头升温。这个过程需要耐心,温度太高会损坏电路板,太低又焊不牢。

焊笔尖泛起橙红色的光时,他屏住呼吸,用镊子夹起一点极细的焊锡丝,轻轻点在裂纹处。锡丝融化,流动,填补了裂纹的缝隙。他迅速移开焊笔,用嘴轻轻吹气,帮助冷却。

然后重新组装探头,连接示波器,测试。

屏幕上,方波依然有些畸变,但比之前好多了。上升沿和下降沿恢复了陡峭,只是顶部还有些振荡。林晚再次拆开,检查。发现探头内部的匹配电阻似乎有些氧化,阻值可能发生了变化。他用万用表测量,果然,标称10kΩ的电阻实际只有8.7kΩ。

实验室的元件盒里没有这么小封装的精密电阻。他想了想,从自己的文具袋里找出一支2B铅笔,用小刀小心地刮下一些石墨粉,在纸上调成糊状,然后用牙签蘸着,一点点涂抹在那个氧化电阻的表面,增加它的导电截面。

这是一个冒险的做法,石墨的电阻率不稳定,温度系数也差。但他没有别的选择。涂抹均匀后,他用吹风机低温吹干,重新测量。阻值变成了9.8kΩ,接近标称值。

重新组装,测试。这一次,方波几乎完美。上升时间,下降时间,平顶,都符合标准。

周老师全程站在旁边看着,没说话。直到林晚完成最后一步测试,他才开口,声音里有一种复杂的情绪:“谁教你的这些?”

“书上看的。”林晚说,开始收拾工具,“《电子设备维修基础》,图书馆三楼左边书架,编号TP-47的那本。”

周老师沉默了一会儿,然后笑了。是那种很淡的、但眼睛里有光的笑。“那本书是二十年前的版本,早该下架了。”

“但原理是一样的。”林晚说,把修好的探头小心地放回工具盒。

“是,原理是一样的。”周老师重复他的话,然后拍了拍他的肩,“今天上午的课你不用上了,就在这里做实验。我会跟你们班主任说。”

“谢谢老师。”

周老师走了。实验室里重新安静下来。林晚接好电路,重新测试。这一次,示波器上的正弦波光滑而规整,频率稳定,幅度准确。他记录下第一组数据,在实验笔记本上工整地写下:时间,2023年12月8日,上午8点47分;室温,18.5℃;湿度,42%。

然后他开始系统地改变参数。改变电阻值,记录波形变化;改变电容值,记录谐振频率偏移;改变电源电压,记录幅度响应。每一个数据点都测量三次,取平均值,计算标准偏差。实验笔记本上很快写满了密密麻麻的数字和图表。

中途,手机震动了几次。是顾阳发来的消息:

“醒了,手腕还是肿,但没那么疼了。”

“队医给了新的膏药,味道很冲。”

“你在干嘛?”

“做实验。”

“这么早?”

“嗯。”

对话简短,像某种默契的报备。林晚每次回完消息,就立刻放下手机,继续实验。注意力必须高度集中,读数时要屏住呼吸,手腕悬空,避免触碰实验台带来的震动误差。

十点左右,实验室的门又开了。进来的是张明宇——高二一班那个物理竞赛一等奖的男生。他个子不高,戴黑框眼镜,背着鼓鼓囊囊的书包,看见林晚,愣了一下。

“周老师说让我来实验室。”张明宇说,声音有点紧绷,“你是林晚?”

“嗯。”林晚抬起头,手上的动作没停,正在调整函数发生器的频率旋钮。

“我是张明宇。”对方走到旁边的实验台,放下书包,“周老师说让我们俩组队参加那个创新大赛。”

林晚这才停下手,转身看着他。张明宇的脸有点圆,眼镜片很厚,嘴唇抿得很紧,是那种典型的、把所有精力都放在学习上的学生。他的校服穿得一丝不苟,连最上面的扣子都扣着。

“你的选题是什么?”张明宇问,语气直接,甚至有点生硬。

“RLC电路的暂态过程。”林晚说。

张明宇皱了皱眉:“太普通了。我打算做量子计算基础的模拟研究,虽然只能做很初级的,但题目新颖,容易吸引评委注意。”

“周老师说,简单题目做出深度更有价值。”林晚说,转回去继续调整仪器。

“那是保守的做法。”张明宇的语气里有一丝不易察觉的轻蔑,“竞赛要的是亮点,是创新。你做RLC电路,做得再好,能比得上那些大学实验室的精度吗?”

林晚没接话。他完成了这组数据测量,记录,然后才开口:“你的量子计算模拟,打算用什么平台?”

“Qiskit,IBM开源的量子计算框架。可以在经典计算机上模拟小型量子电路。”

“你懂量子力学?”

“自学过一些。狄拉克符号,薛定谔方程,量子逻辑门,这些基础的我都会。”张明宇的语气里带着明显的骄傲。

林晚点点头,没评价。他重新接了一个电路,这次是并联谐振电路,测量它的阻抗频率特性。示波器屏幕上,随着频率变化,电压幅度出现一个尖锐的峰值——那是谐振点。他仔细调整频率旋钮,找到峰值对应的准确频率,记录。

张明宇在旁边看了一会儿,然后也开始忙自己的。他从书包里拿出笔记本电脑,接上电源,打开那个量子计算模拟软件。屏幕上出现复杂的电路图和数学符号,他专注地敲击代码,时不时推一下滑下来的眼镜。

两人各自工作,实验室里只有仪器运行的嗡鸣、键盘敲击声、和示波器扫描线移动的细微嘶嘶声。阳光在移动,从东边的窗户慢慢爬到实验台上,照亮了空气中浮动的尘埃,像一场缓慢的、无声的舞蹈。

中午,林晚的肚子叫了一声。他这才意识到已经十二点半了。他保存好数据,关闭仪器,准备去食堂。张明宇还坐在电脑前,眉头紧锁,手指在键盘上飞快地敲打。

“不去吃饭?”林晚问。

“等会儿,这个bug马上调完。”张明宇头也不抬。

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