學(xué)習(xí)方法預(yù)習(xí)聽課復(fù)習(xí)完成作業(yè)1.1電力系統(tǒng)與電子系統(tǒng)1.2信號及其頻譜1.3電子系統(tǒng)組成框圖1.4電子技術(shù)及其發(fā)展概述第1章電子系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)本章后，讀者將了解：實際的兩大電路系統(tǒng):電力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的主要功能；信號的概念，典型信號的頻譜；電子系統(tǒng)的組成框圖；電子技術(shù)及其發(fā)展簡史。1.1電力系統(tǒng)與電子系統(tǒng) 實際電路系統(tǒng)主要有電力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)的主要作用：實現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配和使用。電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶組成的整體，是將一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的一個統(tǒng)一系統(tǒng)。發(fā)電廠：通過發(fā)電機(jī)等設(shè)備將一次能源轉(zhuǎn)換成電能。水利發(fā)電廠：水的勢能→電能火力發(fā)電廠：化學(xué)能（燃燒煤、石油等）→電能核電廠：原子能→電能。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)是由電力變壓器、電力線路、電力開關(guān)設(shè)備和電力電容器等組成的、跨越廣大地理區(qū)域的一個巨大電路。變電站：變壓器，電容器，電力開關(guān)設(shè)備輸電線路：桿塔，絕緣子，導(dǎo)線發(fā)電廠生產(chǎn)的電能經(jīng)過輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)將電能輸送和分配到用戶的用電設(shè)備（電動機(jī)、家用電器和照明等設(shè)備），從而完成電能從生產(chǎn)到使用的整個過程。

到達(dá)用戶的單相正弦配電電壓是220V、50Hz，三相正弦配電電壓是380V、50Hz。

電力系統(tǒng)為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會生活的電氣化建立起堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，產(chǎn)生了服務(wù)于電力系統(tǒng)的電氣工程學(xué)科。

電子系統(tǒng)是由電子電路和傳輸介質(zhì)組成的、完成特定功能的整體。

電子電路是由電子元件組成的、實現(xiàn)特定功能的電路。電子系統(tǒng)是由電子電路和傳輸介質(zhì)組成的、完成特定功能的整體。計算機(jī)主板

與電力系統(tǒng)處理能量不同，電子系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)電信號的產(chǎn)生、獲取、放大、變換、傳輸、識別和應(yīng)用等功能（或部分功能），處理的對象是電信號。

信號是隨時間變化的某種物理量，是信息的表現(xiàn)形式與傳送載體。例如，體溫反映人的健康信息，體溫37oC表示健康，38oC表示略有小疾。一般情況下，用電子系統(tǒng)處理電信號(電壓或電流)比其他方式（如機(jī)械方式）容易、成本低和可靠性高，故通常將各種非電信號轉(zhuǎn)換為電信號再進(jìn)行處理。因此,電子系統(tǒng)成為信息化社會的物質(zhì)基礎(chǔ)，例如通信系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)等。例如，有線擴(kuò)音系統(tǒng)拾音器音頻放大器揚聲器傳感器(或換能器)：將非電信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，是電子系統(tǒng)實際的信號源之一。音頻放大器：實現(xiàn)電壓和功率放大的電子電路。電壓（弱）電壓（強(qiáng)）聲音（強(qiáng)）聲音（弱）執(zhí)行器：將電信號還原為原始的非電信號的部件，去影響物理世界。通常用電阻模擬，作為電子系統(tǒng)的負(fù)載。end1.2信號及其頻譜

信號是隨時間變化的某種物理量，是信息的表現(xiàn)形式與傳送載體。

傳感器作為電子系統(tǒng)的一種實際信號源,可等效為電壓源或電流源,是時間的函數(shù)。R+-R1.2.1信號1.2.1信號1.2.2信號的頻譜RLRL+-VO

如果電壓（或電流）在某個值域內(nèi)可連續(xù)取值則稱為連續(xù)信號或模擬信號。例如，電壓是時間的正弦函數(shù)

值域:[-Vm,+Vm]

如果電壓（或電流）在某個值域內(nèi)只能是某個單位量的整倍數(shù)則稱為離散信號或數(shù)字信號。例如，單位量為1mV，數(shù)字電壓信號的幅值只能是0mV、±1mV、±2mV、…、±nmV。toto模擬信號to多值數(shù)字信號二值數(shù)字信號

模擬電路（AnalogCircuit）是處理模擬信號的電子電路，是模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)要討論的主要內(nèi)容。

數(shù)字電路(DigitalCircuit)是處理數(shù)字信號的電子電路。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(AnalogtoDigitalConverter,ADC)是實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電子電路。

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（DigitaltoAnalogConverter,DAC)是實現(xiàn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電子電路。通常，數(shù)字電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)要討論的主要內(nèi)容。end1.2.2信號的頻譜信號承載的重要信息之一是它的頻譜信息。正弦信號常作為模擬電路的標(biāo)準(zhǔn)信號或測試信號。幅度頻譜：信號幅度與頻率的關(guān)系相位頻譜：信號相位與頻率的關(guān)系幅度頻譜和相位頻譜統(tǒng)稱為信號的頻譜。1.周期信號的頻譜如果信號是時間的周期函數(shù)則稱為周期信號。T----信號的周期----信號的頻率角頻率初相位，幅度3個信息：---wj,mV例如+=jw)sin()(,mtVtv如果周期信號滿足狄里赫利條件（Dirichlet‘sCondition），則可展開為傅里葉級數(shù)。狄里赫利條件：①在任意周期內(nèi)絕對可積，即②在任意周期內(nèi)只有有限個極值； ③在任意周期內(nèi)只有有限個不連續(xù)點；直流分量n=1–基波分量n>1–諧波分量交流分量例求電壓周期方波信號的傅里葉級數(shù)。解：toVST2TωoVn(ω)VS/2ω03ω05ω0oω03ω05ω0ω波形 幅度譜 相位譜周期電壓信號作用到電阻R上的平均功率P為V是電壓信號的有效值，總平均功率等于各次分量平均功率之和。是各次正弦波的有效值。所以,信號的幅度譜反映了信號的功率分布，是信號最重要的特性之一。如果周連期T趨道于無窮象大，則情周期信擺號變化住為非周少期信號借。因此模，非周夾期信號納的角頻儉率ω0=2π杰/T是舒無窮小泡量，信矩號的頻騰譜將在畫角頻率餃軸上連遍續(xù)分布警。2.質(zhì)非周期刃信號的奪頻譜如果模欠擬信號絕對可補(bǔ)積，即則存在傅釣里葉變換死對:V(jω銅)即是非在周期信號冒的頻譜。吊其中∠V西(jω)魔是相位譜西，|V(勉jω)|惕是幅度譜建，|V(船jω)|2是功率譜乖。例笛求電壓主單脈沖晶信號的辦頻譜:解:toVSτ-τ幅度譜禿是連續(xù)門分布的蹦，并且債脈沖寬樹度（2毯τ）越京窄，高販頻分量本越多；質(zhì)頻譜幅粘度與脈千沖幅度章和脈沖圣寬度之穴積（τ粘VS）成正比述。ωo|V(jω)|τVS在工程實亦際中，信受號作用的膀時段通常越是有限的夸，滿足絕園對可積條唐件，信號得的頻譜總完是存在的保。例如，音將頻信號的憐頻譜在[墻20Hz押,20k脈Hz]范必圍內(nèi)連續(xù)堅分布。對工程實肥際問題有屈重要影響止的信號稱盛為有用信縮慧號(有效熊信號),披通常有用漆信號的頻討譜范圍是懶有限的。表1.2拿.2典型信號畏的頻率范淚圍信號頻率范圍信號頻率范圍心電信號0.05Hz～200Hz調(diào)頻無線電信號88MHz～108MHz音頻信號20Hz～20kHz超高頻電視信號470MHz～806MHz模擬電視信號直流～4.5MHz衛(wèi)星電視信號3.7GHz～4.2GHz調(diào)幅無線電信號540kHz～1600kHz電子電存路總是數(shù)處在復(fù)危雜的電謀磁環(huán)境典中。因道此,除腎了有用蹄信號外念,工程竿實際問虜題中還妄存在干呼擾和噪稠聲信號思。3.紀(jì)干擾和雜噪聲信愿號的頻仔譜自然界基的雷電套、電力肆輸電線邪路、無蛾線電臺糞和電視盲臺、電材動機(jī)的棕起停等跡產(chǎn)生的項電磁現(xiàn)攝象必然德在電子滲電路中膊產(chǎn)生電壓或疏電流脈咸沖信號，它們?nèi)箤﹄娮硬祀娐返募粽＿\泛行產(chǎn)生捎干擾，蜂稱為干擾信號，其頻職譜分布部與單脈距沖信號史相似，菌包含有療豐富的高頻分盯量。toVSτ-τωo|V(jω)|τVS噪聲是指電顯子不規(guī)都則運動聲引起的清對有用柱信號的材擾動。例如，在星電阻材料港中電子總拿是在做無燈規(guī)則的熱毅運動，對克外電壓引沫起的定向俱運動電流之形成擾動電卻流。---粗-熱噪柴聲。+-i0ti(t)0ωI(jω)均勻譜當(dāng)有用信伸號遠(yuǎn)大于坡噪聲時，匆可忽略噪震聲信號。卷相反，有忌用信號被脂淹埋在噪烤聲信號中椒。所以，閃噪聲信號符限制了電若子系統(tǒng)所燭能處理的垂最小信號泳。評價信號每優(yōu)劣的指蓄標(biāo)是信噪比乒S/N，定義詳為有用乞信號的姜功率與腹噪聲信微號的功被率之比塘。信噪盡比越大文，信號護(hù)越好。評價電子菜系統(tǒng)對噪古聲和干擾幅的抑制能特力用輸出盞信號的信騙噪比(S休/N)o除以輸三入信號牛的信噪音比(S糾/N)i，商越殺大，抑披制能力淋越強(qiáng)。end1.3騎電子灣系統(tǒng)組成逆框圖傳感器信號預(yù)處理模擬信號處理子系統(tǒng)數(shù)字信號處理子系統(tǒng)執(zhí)行器模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換傳感器將工程實騾際涉及的恢某些物理肥量轉(zhuǎn)換為羞電信號。為了避免甘對物理量濤的影響，翼傳感器攝咬取的能量餓很小，輸籌出的電信號特很弱（如微鑼伏級或殖毫伏級爆的電壓波），且孩信號伴愛隨著噪聲信古號。信號預(yù)穿處理：包括犯信號幅炮度的放授大和濾燒除干擾大及噪聲生信號。信號處理奇操作：包括對姑信號的放橡大，運算沸（加法、憲減法、乘萌法、積分悠和微分等耗），各種逐函數(shù)變換訂，頻譜變換換，邏輯悟運算，等薯等。理論上姑，各種圖信號處蒙理操作幫都可以叮用模擬匯或數(shù)字種方式實魔現(xiàn)。執(zhí)行器電信號還遼原成某種竭物理量，頸實現(xiàn)對工很程實際的楊某種操作堂。end1.4經(jīng)電子系技術(shù)及文其發(fā)展辮概述電子學(xué)或電子技術(shù)是研究電普子器件、綢電子電路港及其應(yīng)用竟的科學(xué)和可技術(shù)。在電力貢系統(tǒng)中括，主要徐是利用濁電子在母金屬中敢的運動肥規(guī)律構(gòu)桐成電能多的生產(chǎn)胡、傳輸借和使用外等電氣批設(shè)備。電子器辯件是利用董電子在軌真空或駐半導(dǎo)體哄中的運亞動規(guī)律胡構(gòu)成特漆定功能盛的器件騰。目前梅，半導(dǎo)走體器件充是電子束器件的膝主體，衛(wèi)包括半導(dǎo)體蚊二極管構(gòu)、三極溉管、集定成電路等。電子電辰路廣泛地套應(yīng)用于學(xué)通信、序計算機(jī)幫、自動攻控制、嬸廣播電乘視、遙但感和遙朽測等工截程中，拴形成相殿對獨立宴的電子工程體系。電氣工笨程和電子工筑程的誕生歸展功于許多安科學(xué)巨人色的開創(chuàng)性籮的研究成屆果。庫倫（Cou狼lomb泥，173顫6～18詞06，鉛法國）：淚庫侖定律救。庫侖定潛律使電磁料學(xué)的研究劣從定性進(jìn)使入定量階純段。安培（Am話per壁e，1視775祖-1女836露，法茂國）：燥安培定脊律、安槽培定則竊和分子睡電流等悟。著屯書《電動素力學(xué)現(xiàn)眉象的數(shù)滔學(xué)理論思》。歐姆（Ohm興，178疫7-18液54，德析國）：在未《金屬導(dǎo)錦電定律的依測定》的浴論文論述斥了歐姆定律。奧斯特（Oer撲sted則，17菊77-填1851論，丹麥紹）：電流撈磁效應(yīng)釀。高斯（Ga念uss耽，17絕77-塑185罷5，德救國）主：高斯棕發(fā)明了驕磁強(qiáng)計促，第一睛個電話難電報系順統(tǒng)。姑在數(shù)學(xué)沈方面有筒巨大的縫貢獻(xiàn)。法拉第（Fa掘rad榮ay，罷179堆1-1值867忙，英國埋）：壇磁電感件應(yīng)。亨利（Hen污ry，1悉797-犬1878有，美國）右：發(fā)現(xiàn)自責(zé)感現(xiàn)象。凈研究電磁佛中繼理論妥，是電報洞的基礎(chǔ)。麥克斯韋（Max化well液，183易1-18甘79，英毯國）：麥州克斯韋方欄程，提出稿了統(tǒng)一的周電磁理論則。預(yù)測慢了電磁波槍可以在空橫間中傳播喬和光是一磚種電磁波鎮(zhèn)。赫茲（Hert火z，18職57-1訪894，跌德國）奶：188豆8年，用閉火花間隙蒸振蕩器產(chǎn)閃生了電磁兔波（赫茲渡波），證壁實了麥克付斯韋的預(yù)獸測。馬可尼（Mar渠coni針，187蔑4-19樸37，意眉大利）：表189為6年，成車功地發(fā)射商赫茲波，見并在2英每里外檢測剝到赫茲波惰,無線電撤報初露端莊倪。在研究有次效地進(jìn)行安無線電通艘信的過程趨中，電子臨技術(shù)時代糟悄然到來洛倫茲（Lo給ren深tz，溪185然3-1定928晃）：范189晌5年，宰假定了披電子存閃在。湯普森（Th象omp擁son櫻，18悉56-冒194藝0）：蠟18掌97緒年，通穗過實驗指發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)電子。弗萊明（J.A政.Fle少ming誰，184島9-19事45）晴：190魄4年，炊發(fā)明了真愧空電子二荒極管(d處iode寬)，用于曲檢測微弱運的無線電艘信號（電殲磁波）。福雷斯頑特（For核est，授1873伍-196講1）：犧1906尤年，發(fā)繳明了具有浪放大作用拳的真空電疑子三極管扛。此后的倡近半個夸世紀(jì)，買真空電遣子器件隊在無線盾電通信孝中得到南廣泛的乖應(yīng)用,沙并逐漸則擴(kuò)展到潛無線電占廣播、臨電視和陸計算機(jī)芒等工程品領(lǐng)域。世界上偶第一臺狼數(shù)字電占子計算合機(jī)于1越946聞年在美押國研制校成功，睬IBM鍬公司將咱其取名診為愛尼蠻亞克（躍Ele順ctr及oni叼cN雨ume宏ric歉al轉(zhuǎn)Int臂egr愈ato腸ra慚nd廉Cal插cul等ato紛r，E莊NIA誤C）。這臺計潛算機(jī)使似用了1醋880報0個電纖子管，腫占地1炎70平意方米，攏重達(dá)3壇0噸，拌耗電1那40千墻瓦，價菌格40芹多萬美迫元。每秒可靜進(jìn)行5市000窄次加法降和減法紋運算，凱把計算丈一條彈網(wǎng)道的時輔間縮短僑為30產(chǎn)秒。溝ENI予AC服央役長達(dá)龜9年。194須7年粱底美國影貝爾實顧驗室的灶肖克萊忙（Sh叛ock豈ley剝，19噸10-補(bǔ)198晚9）、置布拉頓濕（Br樓att仍ain駁，19括02-傍198誓7）、其巴?。ㄟM(jìn)Bar童dee叮n，1放908睡-19找91）燦發(fā)明了鳳晶體管紹。電子管制宋造復(fù)雜，匙成本高，陳體積大，世耗電多。在大多底數(shù)領(lǐng)域踢中電子姻管已逐洞漸被晶信體管取厚代,真毯空管時篇代結(jié)束理,晶體液管時代麻誕生。他們?nèi)碎T也因為發(fā)蟲明晶體管火而榮獲1球956年襖的諾貝爾纖物理學(xué)獎嘗。在195駐8年,美族國的基爾漿比（Ki峽lby，踏1923幸-200腰5）和諾視伊斯（N幅oyce椅，192酒7-19偷90）間半隔數(shù)月分阿別發(fā)明了王集成電路誦（Int悔egra涌ted尺Chip開,IC客）。第一個窮鍺材料時集成電蛙路放大貿(mào)器。標(biāo)志著電捷子技術(shù)發(fā)目展到了一脊個新的階漫段--微早電子技術(shù)套時代（M展icro戰(zhàn)elec桑tron顯ics）筍。基爾比諒也因為怨發(fā)明集固成電路勇而在2很000養(yǎng)年榮獲裂諾貝爾嗎物理學(xué)煩獎。集成電路底技術(shù)是通鈔過一系列舒特定的加足工工藝，權(quán)將電子電泡路“集成犧制造”在撒一塊半導(dǎo)寄體晶片上委，執(zhí)行特渴定的電路蛾或系統(tǒng)功耀能。集成電宴路實現(xiàn)猴了材料錦、元件蔽、電路知三者之罵間的統(tǒng)魄一。優(yōu)點：成本低、徑功耗小、某工作速度悲快、可靠業(yè)性高、體菌積小。年代規(guī)模數(shù)字集成電路中的元件數(shù)模擬集成電路中的元件數(shù)MOSTTL196