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1、第一单元 元件与定律电阻器、电容器和电感器在电子电路中，电阻器、电容器和电感器是非常重要的元件。电阻器和电阻电阻器是二端口元件。电阻是阻止电流流动，更确切地说，是阻止电荷流动的能力。在国际单位制中，电阻用欧姆来度量。希腊字母是欧姆的标准符号。较大的电阻一般用千欧和兆欧来表示。模拟这种特性常用的电路元件是电阻器。图1.1表示电阻器的电路符号，R表示电阻器的电阻值。为了进行电路分析，我们必须在电阻器中指明电流和电压的参考方向。如果我们选择关联参考方向，那么电压和电流之间的关系是：这里 v 是电压，其单位是伏特， i 是电流，其单位是安培， R 是电阻，其单位是欧姆。如果选择非关联参考方向，我们必须

2、写成： 用在公式（1.1）和（1.2）中的代数式就是著名的欧姆定律。欧姆定律表示了电压作为电流的函数。然而，要表示电流是电压的函数也是非常方便的。欧姆定律是电阻两端的电压和电流间的代数关系。电容器和电容电能可以存储在电场中，存储电能的装置叫电容器。电容器存储电能的能力叫做电容。图1.2表示电容器的电路符号。电容的电路参数用字母C表示，用法拉来度量。因为法拉是相当大的电容量，实际上电容值通常位于皮法和微法之间。电压随时间变化时，电荷的位移也随时间变化，引起了众所周知的位移电流。在终端，位移电流和传导电流没有区别。当电流参考方向和电压参考方向是关联参考方向时，电流正比于电容两端电压随时间的变化率，

3、数学表达式为： 这里 i的单位是安培，C的单位是法拉，v的单位是伏特， t的单位是秒。 电感器和电感众所周知，电感是电子电路中的模块之一。所有的线圈都有电感。电感是抵抗流过线圈电流的任何变化的性质。电感用字母L表示，其单位是亨利。 图1.3表示一个电感器。当电流和电压的参考方向关联时，有这里 v 的单位是伏特，L 的单位是亨利， i 的单位是安培， t 的单位是秒。 注意公式（1.4）显示电感器两端电压与电感器中电流随时间的变化率成正比。在此，我们可以得到两条重要的结论：第一，如果电流是常数，理想电感器的端电压为0，这样电感器在恒量或直流中可以当作短路；第二，在电感器中电流不能瞬时变化，也就是

4、说，在0时间内电流不能以有限量改变。电感器和电容器一样，存储供给它的能量，但是它是以磁场的形式而不是以电场的形式存储能量。271. two-terminal element 二端口元件2. associated reference direction 关联参考方向3. Ohms Law 欧姆定律4. electric field 电场5. displacement current 转移电流6. short circuit 短路7. magnetic field 磁场8. conduction current 传导电流II1. capacitance 2. capacitor 3. resist

5、ance 4. resistor 5. Inductance6. InductorIII. 在此，我们可以得到两条重要的结论：第一，如果电流是常数，理想电感器的端电压为0，这样电感器在恒量或直流中可以当作短路；第二，在电感器中电流不能瞬时变化，也就是说，在0时间内电流不能以有限量改变。C课内阅读译文理想的基本电路元件和基尔霍夫定律理想的基本电路元件 理想的基本电路元件有三个特征：（1）它只有两个端口，这两个端口是和其他电路元件连接的端点；（2）在数学上它以电流或电压的方式被描述；（3）它不能再细分为其他的元件。我们使用单词“理想的”意味着基本电路元件不能作为一个可实现的物理元件而存在。我们使用

6、“基本的”意味着电路元件不能被进一步简化或者被细分成其他的元件。这样，基本电路元件组成了构建电路模型的模块，但是它们自己不能用其他的元件形式来模拟了。有五种理想的基本电路元件：电压源，电流源，电阻器，电感器和电容器。 基尔霍夫定律 任意一个元件中，当两端电压和电流被确定时，就说电路被解开了。欧姆定律是求解电路的一个重要等式。在简单的电路结构中，欧姆定律足能求解任意一个元件的电压降和电流。然而，对于较复杂的电路连接，我们需要使用两个更重要的代数关系式来求解所有的电压和电流，这就是著名的基尔霍夫定律。对于（流入或流出）节点的每一个电流，相对于参考方向的代数符号必须被指定。若指定电流流出节点为正号，

7、则要求电流流入节点为负号。相反，若指定电流流出节点为负号，则要求给电流流入节点为正号。我们在阐述基尔霍夫电压定律以前，必须定义闭合路径。从任意选择的节点开始，沿着电路的闭合路径（走），经过所选择（路径上）的基本电路元件，返回到起始节点，只经过任意中间节点一次。现在，可以阐述基尔霍夫电压定律可以阐述为：沿着任意闭合路径的所有电压的代数和等于零。为了使用基尔霍夫电压定律，我们必须给回路里的每一个电压设定代数符号（参考方向）。当沿着闭合路径巡行时，电压在巡行方向上显示升或降，对于电压升设定一个正的符号，则要求给电压降一个负号。相反，给电压升一个负号，则要求给电压降一个正号。第二单元 电路电 路电路通

8、常包含四个部分：电源，如电池；导体或导线，控制器件，如开关；负载。负载是一个器件或一台机器。在负载中能够发生能量转换。电灯、电阻器和电动机都是电负载的一些普通实例。任何有电子连续不断流动的导体和电动势源的组合都叫电路。一盏连接干电池的灯就是一个简单电路的实例。电流从电池的正极（）通过电灯，流向负极（），电池的作用就是通过负极（）为电子流提供一条再生通道。只要电路中任何点都保持连通，该电路就是一个闭合电路，就有电流流过。但是如果通路有断开处，则该电路就是一个开路，就无电流流过。串联电路和并联电路是电路的两种主要接法。当电器元件连接时，电流没有分流，这种连接称为串联。串联电路中的每一处电流都是相同

9、的。事实上，在日常电工操作中，最常见的是含两个或两个以上支路的电路。例如一般的家庭照明电路，电灯是并联的，每盏灯代表一条从主电路中的负极到正极的独立通路。在并联电路中，总电流量等于流过电路中各支路的电流总和。许多实用的电路是串并联混合的。这种电路能够把串联电路的不同电压与并联电路的不同电流特征结合在一个网络内。当负载对同一个电源要求有不同的电压和电流时，这种电路特别有用。为了分析电路，我们可以使用电路化简方法，也可以使用电路分析方法。 通过应用同欧姆定律结合的基尔霍夫定律，或者通过使用戴维南和诺顿等效电路化简电路结构，可以分析相对简单的阻性电路。对于所有的电路都可以使用这些方法，但是当电路结构

10、更复杂、引入更多元件的时候，这种直接求解的方法很快就变得麻烦了。此时，可以使用两种常规的分析方法。它们是节点电压法和网孔电流法，这两种方法是分析电路的两种有力的方法，目的在于复杂电路结构的分析。节点电压被定义为从参考节点到非参考节点的电压升，网孔电流是仅存在于网孔周围的电流。 I1. a circuit that the current can flow through 2. in fact 3. a circuit which is broken 4. minus 5. plus 6. be composed of 7. cellII. 1. 能量转换2. 正极3. 串联电路4. 电路化简方

11、法5. 电路分析方法6. 阻性电路7. 戴维南和诺顿等效电路8. 节点电压法9. 网孔电流法10. 参考节点III.对于所有的电路都可以使用这些方法，但是当电路结构更复杂、引入更多元件的时候，这种直接求解的方法很快就变得麻烦了。此时，可以使用两种常规的分析方法。C课内阅读译文三相电路三相电路非常重要，因为差不多所有的电功率都是按三相电产生和传输的。三相电路的基本组成是一个交流电压发电机，它产生相同峰值，但是相角相差120°的三个电压，自然地，三个电压都具有相同的频率。这些电压可以只跨三线，形成三线三相电路。或者这些电压可以跨三线和一个中性线之间，形成四线三相电路。因为三相电路有三或四

12、线，但是三个电枢绕组有六个接线端，这些端子中的一些被连在一起。连接这些绕组有两个实际的方法：Y型连接或者型连接。之所以叫Y型连接是因为实际绕组是Y的形状，表示相应的感应电压在相角上差120°。在Y型连接中，三个端子被连接到一个公共端，用N表示为中性点。实际上，第四个节点可能是地。很明显，这种Y型连接产生了一个四线电路。注意，线电流也是绕组电流，叫相电流。在Y型连接中，线电流和相电流相同，线电压的峰值是相电压峰值的倍。另一种实际的绕组连接是首尾顺次连接的闭合路径，叫连接。这种型连接显然是一个三线电路，因为没有端子连接第四条线。当然希腊字母形状和交流发电机中的电枢绕组的物理放置没有关系。

13、相反，它仅仅表明绕组电压相角差120°。在型连接中，这个线电流和相电流不一样，但是相电压和相电压一致。这种交流绕组连接不受欢迎，因为它不能提供一个方便的接地端。为什么几乎所有的电功率都用三相产生和传输，这里一定有些恰当的原因。事实上，一个平衡的三相负载吸收常量而不是脉动瞬时功率，这是三相电路优于单相电路的一个重要优点。另一个重要的优点是三相电动机或发电机显著地比相同尺寸单相电动机或发电机功率要大，而且，某些类型的三相交流电动机是自启动的，而单相不是。一个经常被提到的三相传输优于单相传输的优点是在功率线上节省铜或铝。这是一个普遍的想法，其实很容易看到这并不是真的。第三单元 集成电路集成

14、电路我们的世界充满了集成电路。你能在电脑中找到它们。例如，大部分人可能听说过微处理器。微处理器是电脑中处理所有信息的一块集成电路。如果鼠标被移动过，它可以追踪是什么键被按下了，它能计数，运行程序，游戏以及操作系统。在现代每个电子器件中几乎都能找到集成电路的身影，比如汽车、电视机、CD播放机、手提电话等。但究竟什么是集成电路以及它的历史又是什么呢？集成电路只不过是非常先进的电路。电路由不同的电子元器件组成，如晶体管、电阻、电容和二极管，这些元件以不同的方式连接在一起，它们有各自的行为特性。晶体管的行为类似开关，它对电信号有开关和放大的作用。在电脑中它被用来存储信息，或在立体声放大器中被用来放大声

15、音信号。电阻起限流的作用，它能控制允许通过的电流的大小。在电视机或收音机中电阻被用来控制音量。电容收集电荷并能在一瞬间释放电荷，这就好比照相机中的小电池能为闪光灯提供足够的能量。二极管在某些条件下能阻碍电流的流动，只有当这些条件改变时才能使电流通过。例如，光电池中的光束打破触发二极管来阻止电流流过。这些元器件就像在电结构网中搭积木，视乎如何将元器件组合在一起从而建设电路，所有电路从一个防盗报警器，到计算机微处理器，均可以搭建。在以上所提到的元器件中，为现代计算机发展作出最重要贡献的是晶体管。在晶体管发明以前，工程师们使用真空管。和晶体管的作用一样，晶体管起开关和放大电流的作用。那么为什么真空管

16、会被晶体管所替代？这里有几个原因。真空管的外表和行为极像一个灯泡，它产生大量的热量，并有烧坏的可能。此外，相对于晶体管，它是速度慢，大而且笨重。当工程师试图使用真空管建立复杂的电路，他们很快意识到它的局限性。举例来说，世界上第一款数字计算机ENIAC，是一个庞然大物，它的重量超过30吨，消耗200千瓦的电力。它拥有大约18000个真空管，但由于真空管不断烧毁，使得它非常不可靠。当晶体管在1947年被发明时，它被认为是一场革命。由于它体积小，速度快，可靠性高和效率高，因此迅速取代了真空管。摆脱了真空管的种种限制，工程师们终于可以开始实现自己的梦想来进行电力建设。在1958年的夏天Jack Kil

17、by在德州仪器公司找到了解决办法。他是新雇用的，并已着手工作一个建设较小规模的电路的项目。然而，在Jack Kilby看来，德州仪器选择的使电路小型化项目的方法似乎不是正确的。 因为他是新聘的，Kilby和其余的工作人员不同，他没有休假。当他独自在实验室工作的时候，他发现了一个解决电路小型化问题的自己的方法。 Kilby的想法是，使所有元件及晶片放在相同的一块半导体材料上。当其余的同事度假回来时，Kilby向他的上级介绍了他的新想法。于是他被允许建立他的电路的一个测试版本。在1958年9月，他的集成电路制作完毕，电路通过检测，而且非常完美！虽然第一块集成电路是相当的简陋并有一些问题，但它的构想

18、是具有开创性的。通过将所有的元器件加工在相同的材料上，并通过金属丝将它们连接起来，因此不再需要单独的分立元件。电线和元器件不再需要手工组装。这种电路规模可越做越小和并且制造过程可自动进行。Jack Kilby，最有名的，就是他发明了集成电路，在2000年他凭此获得了诺贝尔物理奖。成功发明集成电路之后，Kilby仍在德州仪器公司工作，他带领的团队发明了手提式计算器。从Jack Kilby的第一个原型开始，集成电路已走过了漫长的道路。他的构思成立一个新的产业，并成为计算机化的社会背后的一个关键要素。如今大部分先进的电路包含数亿个元器件，并且面积比指甲还小。这些在芯片上的晶体管尺寸约为90纳米，即0

19、.00009毫米，这意味着你可以将数百个这样的晶体管放入一个红细胞内。计算机芯片每年都变得更加强大，但价格比前一年低很多。Gordon Moore早期集成电路的开创者和英特尔公司的奠基人曾经说过： "如果汽车工业能和半导体行业的一样发展迅速，那么如今任何人都可以拥有一辆劳斯莱斯，然后开上一季度就弃之如敝履，毫不可惜地丢掉它再换一辆新的" 。amplify currentelectronic componentcomplex circuitvacuum tubehand-held calculatorIntegrated Circuit chipsemiconductor m

20、aterialmicroprocessorT F T F从Jack Kilby发明的第一个原型开始，集成电路已走过了漫长的道路。他的构思引发了一个新的产业，并成为计算机化社会背后的一个关键要素。如今大部分先进的电路包含数亿个元器件，并且面积比指甲还小。这些在芯片上的晶体管尺寸约为90纳米，即0.00009毫米，这意味着你可以将数百个这样的晶体管放入一个红细胞内。C课内阅读译文集成电路封装由于集成电路芯片面积很小，芯片材料比较脆弱，周围环境容易对其产生破坏，以及集成电路使用者很难对它进行操作，因此，在制造过程中对集成电路芯片进行封装是一个必要的步骤。图3-1显示了从硅晶圆片开始一个非常典型的集成

21、电路封装流程。封装半导体器件所选择的封装类型需要考虑如下因素：尺寸，引脚数，功耗，现场操作条件，当然，还有封装成本。典型的集成电路封装根据焊接的方式可以分为两类：(如图3-2所示)：引脚插入法表面贴装技术引脚插入法意味着将元器件的引脚插入到印刷电路板上相应的孔中，通过焊接将元器件的引脚与PCB板上的导线相连接。为了确定元器件的物理位置，在元器件引脚和PCB板孔之间通常会使用基座，焊接点起到位置的固定以及电路连接的作用。表面贴装焊接直接焊在PCB板表面上而不是将元器件插入PCB板的孔中。与引脚插入法相比，表面贴装技术显著降低了封装尺寸和封装成本。目前，在半导体工业中所流行的封装形式如下图3-3所

22、示。第四单元 放大器运算放大器运算放大器的名字来源于它最初的用途之一，在早期的模拟计算机中加、减，常被用来完成数学运算。在现代技术中使得它有各种各样的用途。运算放大器这个名字经常缩写成Op Amp。运算放大器是直接耦合、高增益、线性的放大器。线性放大器是一种如实重现输入波形的放大器。线性放大器的输出应该是输入信号的真实复制品。因为它的高增益，所以运算放大器通常使用外部元件来减少其增益到需要的水平。运算放大器是直接耦合的，它能放大直流输入信号，也能放大交流输入信号。运算放大器的符号如图4.1a所示。它有两个输入端，一个输出端。供给运算放大器的电源通常从正负电源获得（图4.1b）。这能使输出在零伏

23、特处上下振荡运算放大器通常由四个串联级组成。每一级是一个完成特定功能的放大器。输入是一个具有两个浮置输入V1和V2的微分放大器。微分放大器放大两个输入之间的电压差 (V1和 V2)。这种类型电路具有非常高的输入阻抗，也可以提供高的共模抑制。 第二级是一个高增益放大器，提供设备的主要增益。第三级是输出放大器，它提供一个低输出阻抗。它能传送一个大输入信号电流或电压。输出电压可以在正负电源的几伏特范围中振荡。所有各级连接起来可产生非常高的增益。这个增益叫做“开环增益”。在实际电路中，输出电压的一小部分以相反极性被反馈到某个输入端，从而减少总的增益。这个过程叫做“负反馈”。随着负反馈的应用，这个增益被

24、减少，并且运算放大器被认为具有一个“闭环增益”。理想运算放大器有如下特性：1. 无穷大输入阻抗。这是两个输入端之间的阻抗。连接时输入不会加载任何电路。2. 零输出阻抗。输出阻抗应该为0。这确保放大器能提供的输出功率没有限制。3. 无穷大的开环增益。应用负反馈以前，放大器的增益在理想上是无穷大的。4. 无穷带宽。理想运算放大器的开环带宽被认为是无穷大的。在实际情况下，运算放大器不能达到这些理想的特性。然而，我们通常假定它们是理想的，以便更容易使用它们。I1. direct-coupled 2. operational amplifier 3. linear amplifier 4. common

25、 mode rejection5. negative feedback 6. zero output impedance 7. buffer 8. differential amplifierII. 在实际电路中，输出电压的一小部分以相反极性被反馈到某个输入端，从而减少总的增益。这个过程叫做“负反馈”。C课内阅读译文反馈放大器理想反馈放大器的信号流程图如图4.3所示。输入信号xi和输出信号xo可以是相电压，或者是相电流，或者一个是相电压，一个是相电流。如图所示，按照反馈结构的特殊类型决定它们的定义。图中的箭头表示在理想系统中，从输入到输出的前向传输通过基本的放大器，而反向传输通过反馈网络。我们

26、假设阻性网络运行在中频区域。输入信号xi和通过反馈B网络的信号Bxo 有相同的量纲，也就是，他们都是电压或者都是电流。对于负反馈，它们在时间相位上，xi大于Bxo。求和网络输出是xi-Bxo的差，小于xi。放大器输出xo是这个差值的A倍，A表示基本放大器的增益。因为当反馈回路断开时，使Bxo为零，A也是系统的增益。A被作为开环增益。相反，反馈放大器xo/xi的比率是闭环增益Af，下标f表示带有反馈的增益。对于这个讨论，我们假设A只依赖于基本放大器内部的组成，包括可用的负载，反馈系数B只依赖于反馈网络的参数。采样网络抽取想得到的输出量，这个输出量是输出电压或者输出电流，然后提供这个信号给反馈网络

27、。有四种不同的组合方式，每一种都是重要的。其中之一是xi 和xo都是电压，开环增益A, 闭环增益Af, 和反馈系数B都是电压比，这个系统通常被称作电压采样电压求和。如果xi 和xo 都是电流，A, Af和B都是电流比，系统被认为是电流采样电流求和。第三种可能性是xi 表示电流，xo表示电压，A和Af 都是跨导倒数，每一个都是电压对电流的比， B是导纳。这就是常说的电压采样电流求和。最后一种，如果xi是电压，xo是电流，A和Af 是导纳，B是跨导倒数则反馈是电流采样电压求和。第五单元 振荡器和射频振荡器振荡器是用来产生信号的装置。它们不需要输入信号就能产生输出信号。振荡器是电子装置中自然且不可或

28、缺的一部分。它们出现在许许多多应用场合中，使电路和子系统完成非常有用的功能成为可能。振荡器可用在扩频通信，射频和无线系统中因此设计者应该先了解它们。当我们不想要振荡时，有时振荡也会发生如果杂散反馈路径存在，放大器就能振荡。没有振荡器我们很有可能生活在一个非常枯燥的世界中。当放大器带有反馈路径，并且满足两个条件，振荡就发生了：放大条件通过放大器/反馈网络的级联增益和损耗必须大于1！相位条件振荡频率在附加相移为360度（或0度）的点处！在大多数振荡器电路中，在线性电路下，提供能量振荡以0开始建立。然而，限制的放大器饱和度和其他非线性（因素）影响着结果，不确定地抑制振荡器的振幅无限增长了。因此，在精

29、确的设计、仿真或者建模方面，振荡器不是最简单的装置。优良而稳定的振荡器设计是一项真正的艺术。当你对振荡器了解更多的时候，你一定更加赏识它们！ 电子振荡器有两种主要类型：调谐振荡器和张驰振荡器。调谐振荡器产生正弦波输出。松弛振荡器产生非正弦波输出，如方波、矩形波和锯齿波。调谐振荡器是最简单的模型，但也是振荡主流中最重要的一个模型。在工程系统中经常遇到，一般是由于旋转机械、绝缘、地震、桥梁、建筑、控制和自动化装置中的不平衡产生，正如所举例子。尽管纯调谐振荡和在任意类型激励周期振荡相比并不易于发生一般周期振荡，但是理解在调谐振荡下系统的行为是必要的，这有助于理解系统怎样响应更一般类型的激励。调谐振荡

30、可以以自由振荡的形式存在或者在系统的某一点施加激励的作用下而产生，正如我们在后面将看到的。确实，调谐振荡器是单自由度系统（象一个振荡模型），它主要由一个理想弹簧与理想的（不是保护性的）粘滞阻尼器并联组成，一端粘在一起，另一端接地。张驰振荡器是一种其电容器被逐渐充电，然后快速放电的振荡器。通常由一个电阻器或者电流源，电容器和一个“阀门”装置，如氖灯、两端交流开关、单结晶体管或者耿式效应二极管来实现。因为下面进行了简化，单“阀门”装置将由一套比较器和一个RS锁存器代替。电容器通过电阻器被充电，使电容器的两端电压以指数曲线接近充电电压。和电容器并联的是阀门装置。这样的装置直到端电压达到某一个阀值（触

31、发）电压才导通。然后电容器强烈导电、快速放电。当电容两端的电压降到阀值电压时，装置停止导电，电容器又开始充电，然后重复这个过程。如果阀门元件是一个氖灯，在每一次电容器放电时，电路也会提供短脉冲闪光。I.1. spread spectrum2. harmonic oscillator 3. rectangular wave 4. single degree of freedom system 5. neon lamp 6. viscous damper 7. unijunction transistor 8. exponential curve II.张驰振荡器是一种其电容器被逐渐充电，然后快速

32、放电的振荡器。通常由一个电阻器或者电流源，电容器和一个“阀门”装置，如氖灯、两端交流开关、单结晶体管或者耿式效应二极管来实现。因为下面进行了简化，单“阀门”装置将由一套比较器和一个RS锁存器代替。C课内阅读译文射频频谱和分贝定义射频频谱术语射频（RF或rf）是指当交流电流被输入给天线时产生的电磁场。这个场，也叫射频场或无线电波，可以被用于无线广播和通信，是整个电磁辐射频谱重要的一部分从大约9千赫 (kHz) 到成千吉赫 (GHz)。这部分为射频频谱。当频率增加到射频频谱以上时，电磁能量以红外线、可见光、紫外线和伽马射线的形式出现。许多类型无线装置使用射频场收音机、电视机、无线和蜂窝电话、卫星通

33、信系统以及许多用于制造业的测量和仪表系统。一些无线装置，如远程控制箱和无线鼠标，运行在红外线或可见光频率。射频频谱被分成几个范围或波段。除了最低频波段，每一个波段，相应的数量级（十分之一功率）表示频率的增加。下面的图表描述了射频频谱的八个波段，表示频率和带宽范围。国际上，射频频谱被国际电信联盟（ITU）按照世界不同地区分配成不同业务类型。在美国和它的领地中，射频频谱被进一步分配给非政府和政府用户。英国联邦通信委员会（FCC），在国会监管下负责分配频率给非政府用户。国家电信和信息管理局（NTIA）负责分配频率给美国政府部门和代理机构。NTIA通过内部无线电顾问委员会（IRAC）的协助完成它的功能

34、。IRAC也负责维护频分配率的国家。射频频谱的非政府和政府用户之间的协调通过FCC和NTIA的联合会议来完成。分贝定义分贝是用于表达信号强度相对差别的单位。用两个信号功率比的、以10为底的对数来表示：信号振幅也能用dB表示。因为功率和信号振幅的平方成正比（例如，功率比的100等于振幅比的10），dB表达式如下所示: 对数作为测量单位是有用的，因为：（1）信号的功率通常跨过几个数量级；（2）信号衰减损耗和增益可以用减法和加法来表示。例如，假设一个信号通过两个信道，通过第一个信道切率损耗为20比1，第二个信道损耗为7比1，则信号总的损耗为140比1。用dB表示，变成备注：许多dB的倍数比率使用三个

35、字母来表示，例如dBm第三个字母是对数运算的参考标准。例如，dBm 被用于定义在50或更多欧姆射频系统中的dB 标准，使用1毫瓦参考标准。第六单元 半导体半导体半导体是一种固体材料，它的导电性介于导体和半导体之间。在现代电子器件中，半导体器件，半导体材料做的元器件在科技运用中发挥着相当大的作用，例如计算机、手机及数字音频播放器等。硅是使用最广泛的半导体材料，但数十种其他材料也使用。硅和锗是元素半导体，砷化镓，磷化铟是化合物半导体，而锗硅、砷化镓铝则是合金半导体。有三种常用方式可以描述晶体的电子结构。第一种是单原子描述法。对一孤立原子而言，电子的能级是分离的。当两个原子相互靠近时，它们的能级离开

36、原位会分裂成一个较高的能级和一个较低的能级。当有很多原子聚集在一起，能级会形成能带。半导体含有很多能带。如果在最高能态和最低能态之间存在很大的距离，那么即使在能带形成之后在占有能带和非占有能带之间仍然可能存在间隙。第二种方式是自由电子波描述法。第三种方式是两个原子的描述法。在两个原子之间电子自旋向上和自旋向下，分裂的能态形成共价键。当越来越多的原子在一起时，并不会导致能带分裂，而是形成更多的共价键。这是硅形成的典型方式。通过使一个电子从较低能级移动到较高能级，从而形成带隙。这种方式称为反键结，但是大量的硅并不容易失去电子。同样这种方式不适合描述异质结的带隙形成。和其他固体一样，半导体中的电子只

37、在基态能带和自由电子能带之间的特定能带上具有能量，基态能是指电子紧紧束缚于原子核上能量，而自由电子能是指电子脱离整个原子所需要的能量。每个能带对应了大量的电子离散量子态，在较低能带的所有能态将被电子填满，这一特别的能带称为价带。半导体和绝缘体与导体的区别在于，在一般的操作条件下，半导体材料中的价带填满电子，这样才有可能使电子运动至导带。半导体和绝缘体十分相似，这两种固体的主要区别在于绝缘体的带隙更大。半导体在室温下和绝缘体一样，几乎没有电子能够获得足够的热能从价带迁移到导带，从而形成电流。基于这个原因，在无外加电场的情况下，纯净半导体和绝缘体有相似的电阻值。但是，半导体的带隙相对较小，除了温度

38、条件以外，还有其他方式可以控制它的电特性。半导体的本征电特性通常是通过掺杂的方式掺入杂质而得到永久的改变。通常，杂质原子多一个电子或空穴，这样就能在半导体中自由流动。由于杂质掺杂的这种特性，使得半导体的导电特性接近金属。取决于杂质的不同类型，如果半导体掺杂区电子多，则该材料称为N型半导体材料，反之，如果空穴较多，则称为P型半导体材料。N型和P型半导体之间的结能产生电场，导致电子和空穴能够在该电场中流动，这种效应是半导体器件工作的重要方式。同样，掺杂物质的密度差也会产生小的电场，从而使非平衡态的电子和空穴加速运动。除了掺杂永久改变半导体特性之外，半导体的电阻值通常随着所施加的电场动态地改变大小。

39、这种能够通过电场动态控制半导体材料的电阻或导电性的特性使得半导体材料相当有用，从而产生了一系列的半导体器件，如晶体管和二极管。晶体管能构成微处理器这样的集成电路器件。这些有源半导体器件(晶体管)和用半导体材料做成的无源器件，如电容和电阻，可以制作完整的电子电路。I.1. 电导性2. 磷化铟3. 自由电子波4. 异质结5. 静电势6. 半导体器件7. 导带8. 价带9. 发光二极管IIimpurity dopantssemiconductor deviceN-type semiconductorband gapcovalent bondat room temperature半导体是一种固体材料，

40、它的导电性介于导体和半导体之间。在现代电子器件中，半导体器件，半导体材料做的元器件在科技运用中发挥着相当大的作用，例如计算机、手机及数字音频播放器等。硅是使用最广泛的半导体材料，但数十种其他材料也使用。C课内阅读译文如何制造芯片如今，到处都是芯片。芯片是由一些最复杂的设备所制造，需要先进的制造技术。当走进一个现代化的制造工厂时，你会发现在这个近一百万平方英尺的空间中进行着一系列复杂的工艺流程。设计如何设计芯片的晶体管和栅极以及芯片的最终使用效果是设计最重要的部分。设计规范包括了芯片尺寸，晶体管的数量，测试，和生产要素，这些规范被用来创建晶体管和控制芯片电流连线的电路图和符号图。设计者将这种模型

41、板称之为掩膜板。设计者使用计算机辅助设计工作站来执行芯片功能的仿真测试。为了使设计的芯片可用于制造，需要上百名相关的工程师来设计、测试及微调芯片。制造及测试制造芯片的秘诀取决于芯片的使用目的。芯片制造是一个复杂的过程，需要数百步精确控制的步骤使每一层材料制造在另一层材料之上。 光刻“印刷”过程用于形成在一块硅晶圆上芯片的多层晶体管和互连（电路）。相同的处理器上是建立在一个单一的硅晶圆批次。在一块硅晶圆上可以制造数百块相同的处理器芯片。一旦所有的层都制造完成后，计算机将执行晶圆测试，该测试确保所制造的芯片执行设计规范。高性能封装制造完成后，就开始芯片的封装。晶圆被切割成单个的小块称为裸芯片。裸芯

42、片在封装基板和散热器之间进行封装，形成一个完整的处理器。当把芯片放入电脑电路板或移动设备，如智能手机或平板电脑等设备中时，封装起到保护裸芯片和提供关键电源和电气连接的作用。一些公司制造的芯片有很多不同的应用场合，他们使用各种不同的封装技术。封装必须经过最后的功能，性能和功率测试。芯片完成打码，目视检查和外部的保护性包装后，通过海运运送给客户和零售商。第七单元 互联网因特网在世纪之交，信息，包括接入到因特网的信息，将成为个人，经济和政治进步的基础。热门名词因特网是信息高速公路。无论你是要找最新的财经新闻，浏览图书馆目录，还是与同事交流信息，或者参加现场政治辩论，因特网是一种工具，它将带您超越电话

43、，传真，和独立的计算机到一个新兴的网络信息边疆。因特网补充了你所用的传统工具，它用以搜集资料，数据图表，新闻以及与其他人进行通信联系。通过熟练地使用因特网，能大大缩小世界，并为你带来信息，知识，以及你所能想象地到的每一个主题。什么是因特网？因特网链接通过遍布全世界各地的计算机网络，使用户实现资源共享和相互沟通。一些计算机，比如大学里的，可直接进入因特网上的所有设施。而另一些计算机，比如私人计算机，通过商业服务供应商提供的部分或全部上网设施可间接进入因特网。为了连接到因特网上，你必须通过服务供应商。许多选项需要每月花钱支付才能使用。根据所选择的选项，访问时间可能会有所不同。因特网就是我们所说的网

44、中网，即是一个网络遍布全球的网络。它不可能给出一个确切的数目算出到底有多少网络或用户组成因特网，但它很容易就是在几千几百万。在因特网上采用了一套标准化协议，允许在因特网上不同类型的计算机进行相互通信时可以共享资源。这些标准，有时被称为互联网协议套件，是开发商为因特网创建新的功能时准则。在因特网上，不存在中央档案馆，因此也被称之为分布式系统。在技术上，没有人管理因特网。相反，因特网是由数以千计的小型网络组成。因特网的壮大和发展，得益于许多用户找到新的方法来创造，显示和检索信息从而为因特网的发展作出了贡献。因特网的历史和发展在其发展初期，因特网最初的设想和作用是由国防部控制，在发生军事打击时以保障

45、政府的通信系统。最初的网络，ARPANet（高级研究计划局开发），逐渐演变成在承建商，军事人员，以及为ARPA项目作出贡献的大学研究人员之间的一种通信信道。该网络采用了一套标准的协议，为人们通信和共享数据创建了一种有效的方法。ARPANet在研究人员之间渐渐流行，八十年代，美国国家科学基金会建立国家科学基金网，并链接上了几台高速计算机，负责的网络就是因特网。在80年代末期，数以千计的合作网络参与到因特网中。 1991年，美国高性能计算条例建立了NREN网 （国家研究与教育网络）。NREN网的目标是为研究和教育发展和保持高速网络，并探讨商业用途的因特网。其余的，正如人们所说，是历史的缔造。因特网

46、通过浏览器和万维网服务的发展而不断改进。虽然因特网是作为一个面向研究为主的网络，但它继续成长为一个信息，创意及商业资源。什么使因特网工作？因特网独特的一点是，它允许许多不同的计算机互相连接和通信。有一套标准，通常称为议定书。TCP/IP协议（传输控制协议/因特网协议）可以支配整个网络的数据传输。大多数使用因特网的人对相关的这些协议的细节不那么感兴趣。但是，他们确实想知道这些协议在互联网上可以做什么以及和怎样有效的完成。客户/服务器模型：最流行的互联网工具是客户/服务器系统运作。您正在运行的程序称为Web客户端。这个软件为您显示文件和执行您的要求。如果有必要连接到另一种类型的服务-也就是说，成立

47、一个电话网络会话，或下载文件-您的网络客户端同样会照顾到这一点。您的网络客户端连接（或“通信” ）到网络服务器，代表您来索取要求的信息。Web服务器是一台运行另一种类型网络软件的计算机，这些网络软件可以提供数据，或“服务”一个信息资源到您的网络客户端。所有基本的互联网工具-包括的电话网络，文件传输协议，基于菜单驱动的互联网信息查询工具，和万维网-基于一个客户端和一个或多个服务器来合作。在每种情况下，您与客户端程序互动，而它管理数据的细节，包括如何将数据呈现给您和它的方式，使您可以在其中寻找资源。反过来，客户端与一个或多个有信息驻留的服务器互动。服务器收到一个请求，执行它，并发出了一个结果，而不

48、需要知道您的计算机系统的细节，因为您的计算机系统上的客户端软件处理了这些细节。客户端/服务器模型的优势在于分配工作，使每一个工具，可以集中或专门处理特定的任务：服务器给许多用户提供信息，而客户端软件为每个用户处理各自的界面和其他要求及结果的细节。本地客户端的应用：每台电脑都具备基本的客户端软件套件，它允许您履行一些职能，例如电子邮件，电话网络，文件传输协议，和基于菜单驱动的互联网信息查询工具等。I.F F T FII.Advanced Research Projects Agency Network 美国国防部高级研究计划网络World Wide Web万维网file transfer pro

49、tocol文件传输协议Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网协议National Research & Education Network国家研究和教育网National Science Foundation 国家科学基金III因特网链接遍布全世界各地的计算机网络，使用户实现资源共享和相互沟通。一些计算机，比如大学里的，可直接进入因特网上的所有设施。而另一些计算机，比如私人计算机，通过商业服务供应商提供的部分或全部上网设施可间接进入因特网。为了连接到因特网上，你必须通过服务供应商。许多服务选项需每月花钱支付。

50、根据所选择的选项，访问时间可能会有所不同。C课内阅读译文互联网新技术云存储云存储是一种网络在线存储的模式，即把数据存放在通常由第三方托管的多台虚拟服务器，而非专属的服务器上。托管公司营运大型的数据中心，需要数据存储托管的人，则通过向其购买或租赁存储空间的方式，来满足数据存储的需求。数据中心营运商根据客户的需求，在后端准备存储虚拟化的资源，并将其以存储资源池的方式提供，客户便可自行使用此存储资源池来存放文件或对象。实际上，这些资源可能被分布在众多的服务器主机上。文件的安全性取决于托管公司以及云存储的应用程序上。云存储这项服务乃通过Web服务应用程序接口（API）, 或是通过Web化的用户界面来访

51、问，如云桌面存储、云存储闸道或者基于Web的管理系统。云存储是基于高度虚拟化的基础设施并且具有和云计算相同的特征，如敏捷性、可扩展性、灵活性和多租户，并提供了租用设备和在线设备两种形式。很难为云存储架构作出一个典型的定义，但对象存储是相当类似的。云存储软件如OpenStack Swift，云存储产品如EMC Atmos和日立Content平台，以及分布式存储研究项目如OceanStore或VISION Cloud都是对象存储的实例。他们遵循以下的准则。云存储是：由许多分散资源组成，但仍然作为一个整体数据冗余及分布的高度容错性文件版本副本创建的高度耐用性数据副本最终的一致性这项新技术有很多优势：

52、1. 企业只需要依实际使用的存储空间支付费用，特别是将费用分配到每个月。这并不意味着云存储是不贵的，只是它会带来经营费用，而不是资本性支出。2. 公司可以在租用设备和使用设备的云存储选项中选择，或者是这两个方式的混合选线，这取决于公司对初始成本节约相关的决策标准。3. 对象存储结构对于存储的可用性和数据保护是根本，因此，只需取决于选用的云存储程序，额外的技术，努力和成本增加的可用性和保护数据都转移给托管的服务提供商。4. 日常维护工作，如备份、数据复制、或是增加存储设备添购等工作，都转移给托管的服务提供商。5. 云存储，通过Web服务接口，为用户提供了直接访问范围广泛的资源和应用程序，这些都托

53、管在另一个组织的基础设施中。6. 云存储可用于从云在线设备或从在线设备到云图像库导入虚拟机图像来复制虚拟机图像。此外，云存储可用于用户帐户之间或数据中心之间移动虚拟机图像。但是，云存储还存在一些潜在隐忧，主要表现如下：当数据分布在云服务器时，它被存储在多个位置，增加了数据被未经授权的物理访问时的风险。例如，在基于云的架构里，数据复制和移动频繁，使未经授权的数据复制的风险急剧增加。数据被复制的方式依赖于顾客选择的服务水平和云供应商所提供的服务上。不同的云供应商提供不同的服务级别。通过使用加密技术，将加密应用到数据的存储，使它成为云服务的一部分，或通过内部部署设备，将数据加密后再上传到云，就可以减

54、轻数据被未经授权的访问的风险。访问数据时会导致带有危害的人数可能急剧增加。一个单一的公司可能有一个小管理员团队，网络工程师团队和技术人员团队，但一个云存储公司将有许多客户和数千台服务器，因此会一个更大的技术人员队伍，他们会对几乎所有的设施内的数据或者整个公司的数据进行物理方式和电子方式的访问。加密密钥要由服务使用者保存，相反的，服务提供者要限制自己的雇员对数据的访问。因为与许多其他用户/客户共享了存储和网络，导致可能其他客户会访问您的数据。这种情况的发生有时因为误操作或是设备故障或是一个漏洞又或是有时因为犯罪意图。这种风险会发生于所有类型的存储，不仅是云存储。通过加密技术可以减轻在数据传输过程

55、中数据被读取的风险。在数据传输过程中的加密技术可以保护发送至云服务器和从云服务器中读取的数据。加密技术也可以保护存储在服务提供商那里的数据。上匝道系统的内部部署的云服务中的数据加密，可以提供以上两种加密保护。第八单元 处理器ARM 架构ARM 架构是精简指令集计算机（RISC）的指令集合结构（ISA），例如当前正在市场销售的64位ARM v8和32位ARM v7和 ARM v6（及微处理器的变种），由英国的安谋国际科技公司开发，该公司曾经设计和授权了一系列使用这些指令集结构的计算机处理器。另一些公司也曾设计过使用ARM架构的处理器；32位结构是在20世纪80年代首先被安康计算机公司（Acorn

56、 Computers Ltd）开发出来的，用于提高他们台式机的性能，随后被分拆出来成为了一家独立的公司，即现在的安谋国际科技股份有限公司（ARM Holdings）。到2013年，从生产数量来看它成为全球最广泛应用的32位指令集合结构。根据安谋国际科技股份有限公司（ARM Holdings）的数据，仅仅2010这一年，ARM架构芯片的生产商记录表明，ARM处理器出货量达到了61亿颗，占有智能手机的95%，数字电视和机顶盒的35%和移动电脑的10%。ARM就是来源于Acorn RISC Machine首字母缩略词，随后，Acorn这个名字被丢弃，被Advanced代替，变为Advanced RI

57、SC Machine（进阶精简指令集机器）。对于技术知识产权处理器（IP核）业务，安谋国际科技公司（ARM Holdings）本身并不制造芯片，而是将其设计授权给其他的半导体生产商。ARM也把其指令集结构授权出去，允许被授权人设计他们自己的处理器核以运行ISA。基于ARM架构的处理器包括了Cortex系列处理器，和片上系统，包括了高通的骁龙处理器（应用了Krait和Scorpion CPU）、Nvidia的Tegra处理器、Marvell的Xscale处理器、Freescale的i.MX处理器和德州仪器的OMAP处理器，以及苹果的片上系统（应用于iPhone、iPad、iPod和 Apple 电视）。使用精简指令集计算机近似于计算机设计，ARM处理器需要的晶体管元件远少于传统计算机中的元件数。这种方法的好处是，与较复杂的芯片相比减少了成本、降低了发热和能量消耗，其令人满意的特质是使得电池驱动设备如智能手机和平板电脑变得轻薄、便携。减少复杂程度和更简单的设计允许各家公司构建低能耗的片上系统，嵌入式系统合并存储器、接口、无线电等功能。最早的应用是苹果公司的牛顿个人数字助理（PDA），同样的方法应用在