《电子信息专业英语（第四版）》课后参考答案

PAGEPAGE26第一单元电路元件与电路定律A．课文译文电阻器、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。电阻器和电阻电阻是物质阻止电流流动的能力，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Ω是欧姆的标准符号。较大的电阻一般用千欧和兆欧来表示。用来模拟这种行为的电路元件是电阻。电阻器是一个两端口元件。图1.1表示电阻器的电路符号，R表示电阻器的电阻值。图1.1电阻器的电路符号为了进行电路分析，我们必须在电阻器中标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：v=iR(1.1)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，我们必须写成：v=－iR(1.2)用在公式（1.1）和（1.2）中的代数式被称为欧姆定律。欧姆定律反映了电阻两端的电压和电流间的代数关系。线性电阻元件也可以用另一个参数来表示，这个参数叫做电导，它被定义为电阻的倒数，用符号G表示。电容器和电容电能可以存储在电场中，能做到这一点的装置叫做电容器。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，单位是法拉（F）。由于法拉是一个极大大的电容量，实际上电容量通常在皮法和微法范围内。图.1.2电容器的电路符号当电压随时间变化时，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无法区分。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，数学表达式为：(1.3)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。电感器和电感电感器也是电子电路中的重要元件之一。电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。所有的线圈都有电感。电感具有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。图1.3电感器的电路符号当电流和电压的参考方向关联时，有(1.4)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。公式（1.4）表明电感器两端电压与电感器中电流随时间的变化率成正比。因此，我们可以得到两条重要的结论：首先，如果电流恒定，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，电流不能在零时间内改变一定量。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。习题答案I．1.two-terminalelement二端口元件2.associatedreferencedirection关联参考方向3.Ohm’sLaw欧姆定律4.electricfield电场5.displacementcurrent转移电流6.shortcircuit短路7.magneticfield磁场8.conductioncurrent传导电流II.1.capacitance2.capacitor3.resistance4.resistor5.inductance6.inductorIII.因此，可以得出两个重要的结论。首先，如果电流恒定，理想电感器上的电压为零。因此，电感器在恒定电流或直流电流存在时表现为短路。第二，电流不能在电感器中瞬间改变，也就是说，电流不能在零时间内改变一定量。电感器，像电容器一样，储存提供给它的能量，但它以磁场而不是电场的形式储存能量。C．课内阅读译文理想的基本电路元件和基尔霍夫定律什么是理想的基本电路元件？理想的基本电路元件有三个特征。一是它只有两个端口，这两个端口是和其他电路元件连接的端点；二是在数学上它以电流或电压的方式被描述；三是它不能再细分为其他的元件。我们用“理想”这个词来暗示，一个基本的电路元件并不作为一个可实现的物理元件存在。我们使用“基本”来暗示，电路元件不能进一步简化或细分为其他元件。因此，基本电路元件构成了电路模型的基本构件，但它们本身不能用任何其他类型的元件来建模。有五种理想的基本电路元件：电阻器、电感器、电容器、电压源和电流源。电阻器、电容器和电感器在前面的部分中进行了描述。本文简要介绍了理想电压源和理想电流源。理想电压源理想电压源是一个二端理想元件，它输出的端电压总保持为给定的时间函数或某给定值，与流过它的电流无关。也就是说，电压源的端电压总是一定的，而流过它的电流可以是任何值。电流的大小和电压源本身无关，它取决于与它相连接的外电路的情况。提供恒定电压的电压源称为直流电压源（也称为时不变电压源）。提供一定时间函数的电压源称为时变电源，如正弦电压源、方波电压源等。理想电流源理想电流源也是一个二端理想元件，它输出的电流总保持为给定的时间函数或某给定值，与它的端电压无关。也就是说，电流源的电流总是一定的，而它的端电压可以是任何值。电压的大小和电流源本身无关，它取决于与它相连接的外电路的情况。提供恒定电流的电流源称为直流电流源（也称为时不变电流源）。提供一定时间函数的电流源称为时变电流源，如正弦电流源、方波电流源等。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。在一个简单的电路结构中，欧姆定律可以用来计算任何元件的电压降和电流。然而，对于更复杂的电路连接，我们需要用两个更重要的代数关系，来求解所有的电压和电流，被称为基尔霍夫电路定律。基尔霍夫电路定律包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。KCL是用来确定汇集在同一节点上各支路电流间的关系的。KCL的定义是：在集总参数电路中任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒为零。使用KCL时，必须为节点上的每个电流（输入或输出）指定相对于参考方向的代数符号。如果指定的当前流出节点为正，则当前流入节点必须为负。相反，如果将当前流出节点指定为负号，则当前流入节点需要正号。基尔霍夫电压定律（KVL）是用来确定电路任一回路中各支路电压之间的关系的。KVL的定义是：在集总参数电路中，任何时刻，沿任一回路各支路电压的代数和恒等于零。为了使用基尔霍夫电压定律，我们必须给回路中的每个电压分配一个代数符号(参考方向)。在电路中，如果电路是顺时针方向的，支路电压的参考方向与环路电压的参考方向相同时电压为正，相反时电压为负。D．课外阅读译文电阻读数和数字万用表本文将向你们展示如何识别电阻读数，并将使用万用表测试电阻。前言每个万用表都是不同的，所以我给你的指示可能和你的万用表不完全一样。因此，在尝试这些技术之前，了解如何使用特定型号的万用表是很重要的。如果不这样做，可能会损坏您正在测试的部件。图.1.4DT831图.1.4DT831数字万用表在测试一个电阻之前，你需要知道它的强度和误差。电阻是用颜色标记的。如果你观察一个电阻，在一端应该有金，银或白色的带子。把电阻转到带子的右边。最右边的带子代表电阻的误差。在讨论误差之前，你需要知道如何读出电阻的值。首先把彩色带子转换成数字，然后记录下这些数字。对于第一和第二色带，值如下：黑色=0；棕色=1；红色=2；橙色=3；黄色=4；绿色=5；蓝色=6；紫色=7；灰色=8；白色=9。倍增带一旦你获得头两个（色）带的值，写下它们。例如，如果你有一个红色带和一个黑色带，那么它们的值是2和0。把这两个数字放在一起然后你得到数字20。第三带是倍增环。你要乘上头两个带所代表的数字，得到电阻值。第三环的颜色表示如下：黑色=1；棕色=10；红色=100；橙色=1000（或1K）；黄色=10000（或10K）；绿色=100000（或100K0）；蓝色=1000000（or1M）。假设一个电阻有红、黑、黄和银色色带。前面部分我已经解释过红色和黑色带翻译成2和0，加在一起读作20。第三段黄色带是一个倍增器。这个倍增值为10000（或10K）。现在，20×10000表示200K欧姆。电阻读数现在我们回到200K欧姆的那个电阻。这个电阻有一个银色的误差带，意思是它的精确度为额定值的±10%，200000的10%等于20000。如果20000+200000，我们确定电阻的实际测量可能是220000欧姆。同样地，如果从200000减去20000，电阻值可能是180000欧姆。数字万用表数字万用表有许多有用的功能。数字万用表的功能之一是能完成元器件的测试。详细介绍DT831(图1.4)数字万用表，其参数见表1.1。表1.1DT831参数功能Range量程Accuracy精确度直流电压200mV-500V±(0.5%+2dgt)交流电压200-500V±(1.2%+10dgt)直流电流200uA-5A±(1.0%+2dgt)阻抗200Ω-2MΩ±(0.8%+2dgt)二极管测试Yes通断蜂鸣器Yes电源9VBattery6F22显示器尺寸16×48mm最大值1999产品尺寸126×70×24mm产品净重150g颜色Yellow,Black标准配件TestLead,Battery,Manual包装GiftBox一箱内装多少件100纸箱尺寸53*40*29cm毛重18kg测试电阻现在你知道了如何读取电阻器的估计值，让我们来看看如何用数字万用表测量电阻值。一般来说，电阻器是非常耐用的，但它们可能会被过大的电流烧焦。通常，电阻器会过热，然后开始冒烟，发出奇怪的尖叫声。这里简要介绍使用数字万用表测试电阻值的步骤。(1)连接探针与数字万用表。将黑色探针连接到com(公共)端口，将红色探针连接到标有欧姆符号的端口，该符号看起来像一个颠倒的马蹄铁。欧姆符号是希腊字母Ω。通常数字万用表有香蕉插头、螺丝接线端子或bnc插头。这里万用表用的是香蕉插头。(2)用鳄鱼夹夹住数字万用表的探针。鳄鱼夹能使人解放双手，并给组件提供更好的连接。使用红色和黑色的鳄鱼夹来配合探针。(3)进行欧姆调零，即将两个探针短接，让刻度指在零刻度，确保测量值准确。(4)估计电阻值。例如，电阻器为红色(2)、紫色(7)、橙色(x1000)和金色(5%)。这个电阻理论上应该是2700欧姆，误差为5%。误差值越小，电阻越好。电阻的估计值被用来选择合适的欧姆档。(5)将鳄鱼夹连接到电阻器的每个端子上。(6)数字万用表读数。测试显示的值是27.02k。因此电阻值是2702。这个数值在2700的5%误差范围内。数字万用表测试结果表明这是一个好的电阻器。(7)如果万用表读数是无穷大，则该电阻器断路；如果万用表读数是零，则该电阻器是短路。

第二单元电路A．课文译文电路电流的通路叫电路。电路是由各种电气设备以某种方式连接，提供动力传输路径。电路的作用是实现能量的传输和转换，以及信号的传递和处理。电路通常由四部分组成：电源（如电池）、导体或导线、控制器件（如开关）和负载。负载是一个器件或一台机器。实际的能量转换发生在负载之内。电灯、电阻器和马达都是电负载的常见例子。连接到干电池上的灯就是一个简单电路的例子。电流从电池的正极(+)通过灯流向负极(-);电池的作用是提供一个“再生”路径，电子再次流过负极(-)端子。电路的状态有三种：通路、开路和短路。有电流流过的电路就是通路。但是如果这条通路被切断，它会立刻变成一个开路，并且没有电流流动。开路通常不会对这个电路造成伤害。电源未经过任何负载而直接由导线接通成闭合回路称为短路。短路易造成电路损坏、电源瞬间损坏、如温度过高烧坏导线和电源等。串联电路和并联电路电路是电路连接的两种主要类型。串联电路只有一条路径，各处的电流相等。在串联电路中，总电压等于电路中各器件上的电压之和。并联电路中有多条路径，每一条电路之间互相独立，有一个电路元件短路则会造成电源短路。在并联电路中，总电流等于流过电路中各支路的电流总和。事实上，在日常电工操作中，我们经常涉及电流分成两条或多条路径的电路。例如，在普通的家庭照明中，灯是并联的，每根灯丝代表一条从负主线到正线的独立通道。许多实用电路是串并联的，也称为混合电路。该电路使串联电路的不同电压特性与并联电路的不同电流特性在同一网络中相结合成为可能。当负载对同一电源需要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。我们可以应用欧姆定律和基尔霍夫定律，或者应用戴维南定理和诺顿定理来化简电路结构，来分析相对简单的阻性电路。但是当电路结构更复杂的时候，这种直接求解的方法就变得很麻烦。此时，需要使用电路分析方法来求解电路。常用的电路分析方法有节点电压法和网孔电流法两种，它们是分析复杂电路的重要方法。节点电压是指电路中任一非参考节点到参考节点之间的电压；网孔电流是沿每个网孔边界自行流动的闭合的假想电流。习题答案I．1.acircuitthatthecurrentcanflowthrough2.infact3.acircuitwhichisbroken4.minus5.plus6.becomposedof7.cellII.1.能量转换2.正极3.串联电路4.电路化简方法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.但当电路结构比较复杂时，这种直接求解方法就变得非常麻烦。在这一点上，我们需要用电路分析方法来解决电路。电路分析中常用的两种方法是节点电压法和网孔电流法，它们是分析复杂电路的重要方法。C．课内阅读译文三相电路与单相交流电相比，三相交流电在发电、输电和应用方面有着显著的特点。在发电方面，如果在输送功率相同、电压相同及距离、线路损失相等的情况下，采用三相交流电，发电机的体积可以更小、重量可以更轻，从而节省了材料。在动力传输方面，若采用横截面积相同的输电线，导线的条数可以减少三分之一甚至二分之一，极大地节省了输电线的用铜（或者用铝）量。在应用方面，使用三相电源供电的三相电动机比单相电源供电的单相电动机，具有结构简单、价格低廉、机械振动小、性能平稳、可靠性高等优点。由于这些优点，三相交流电路在国民经济中已获得广泛的应用。由三相交流电源供电的电路就是三相交流电路，简称三相电路。三相电路由三相电源和三相负载电路组成。三相电源能同时产生3个频率相同、峰值相同，但相位互差120°的正弦电压。在三相电路中，负载的联结通常也是三相的，如三相电动机。根据三相负载是否相等，则可分为三相对称负载和三相不对称负载。三相电路有星形（Y型）和三角形（型）两种接法。电源端的三个电枢绕组有六个接线端，这些端子可以按某种方式联结在一起。Y型联结是将三个绕组的负极端连在一起，这个交点称为中点（也称为零点），引出线称为中线；正极端分别引出端线，称为相线或火线。在Y型连接中，线电流和相电流相同，线电压的有效值是相电压有效值的倍。型联结是将三个绕组首尾相接连在一起，正极端引出端线，也称为相线或火线。在型连接中，线电压就是相电压，但是线电流和相电流不一样。根据三相电源与三相负载联结方式分类，可分为Y-Y、Y-、-Y和-四种联结方式。在Y-Y联结方式中，根据有无中线，又可分为三相四线制和三相三线制。在安全要求较高的场合，还可以应用三相五线制，它比三相四线制多了1根地线。我国高压交流输电采用的是三相三线制。在低压配电网中，也就是我们平时用电，输电线路一般采用三相四线制。三相四线制中有3根火线，1根零线。零线由变压器中性点引出并接地，电压为380/220V，取任意一根相线加零线构成220V供电线路供一般家庭用；三根相线间电压为380V，一般供电动机使用。D．课外阅读译文基本的整流电路概述Fig.2.1WaveofTwoDirections正如我们在讨论电源原理时所注意到的，整流部分的作用是将来自变压器或其他交流电源的交流电转换成某种形式的脉动直流。即把图2.1所示两个方向的交流电，转变成图2.2及2.3所示的一个方向的脉动直流Fig.2.1WaveofTwoDirections可能只用一个二极管就可以达到整流目的，或者可能是个十分复杂的整流电路。不过所有的整流电路都可以被划分为半波整流和全波整流两种类型。半波整流半波整流是利用二极管的单向导电性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半周，正弦波的负半周则损失掉。如图2.2所示波形。全波整流全波整流电路中，在半个周期内，电流流过一个整流器件(比如二极管)，而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。如图2.3所示波形，全波整流中利用了交流的两个半波，提高了整流器的效率，并使输出的整流电流易于平滑。FigFig.2.3FullWaveofOutput下面介绍几种实现半波整流和全波整流的装置。Fig.2.4BasicHalf-waveRectifier半波整流器Fig.2.4BasicHalf-waveRectifier图2.4是一个最简单的半波整流器，只需要一个二极管和交流输入串联。因为二极管的单向导电性，它只能流过交流输入的正半周，因此输出电压包含一个正的直流成分。半波整流器虽然也能够工作，但是它效率比较低。Fig.2.5Fig.2.5Full-waveRectifier为了提高工作效率，更希望能够充分利用输入交流电的两个半波。图2.5所示的电路中，将图2.4中二次绕组的大小增加一倍，并提供与中心的连接。然后我们可以使用两个独立的半波整流器分别在正负半波时交替工作，从而实现全波整流。次级绕组上端输出为正半波时，电流通过VD1流向负载；次级绕组下端输出为正半波时，电流通过VD2流向负载。这样在整个周期内，充分利用两个半波，来提供全波整流。全波桥式整流器Fig.2.6FullWaveBridgeRectifier图2.6所示的整流器，由四个二极管互相接成桥式结构，是一种全波整流电路。四个二极管的菱形结构和惠斯登电桥的电阻器的结构相同。在这种结构中任何一组组件被确定为桥式，因此这种Fig.2.6FullWaveBridgeRectifier当输入正弦波为正半周时，二极管VD3和VD4导通，VD2和VD1截止，在负载上得到正电压输出；当输入正弦波为负半周时，VD2和VD1导通，VD3和VD4截止。由于VD2和VD1是反接的，所以输出仍然可以得到正弦波的正半周。因此，利用变压器的一个二次绕组和四个二极管，在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。

第三单元集成电路A．课文译文集成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JackKilby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JackKilby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。JackKilby，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JackKilby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0.00009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。GordonMoore——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”。习题答案amplifycurrentelectroniccomponentcomplexcircuitvacuumtubehand-heldcalculatorIntegratedCircuitchipsemiconductormaterialmicroprocessorTFTF从JackKilby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所示。D．课外阅读译文第一个晶体管的发明1947年11月17日，WalterBrattain将他的整个实验装置扔进了水中。这个他制作的硅的新发明是他想用来帮助他学习电子在半导体表面是如何作用的，但是无论他们怎么做，都不可能制作成一个放大器。水汽凝结在硅表面使整个实验一团糟。为了摆脱水汽凝结，Brattain原打算将硅放入真空中，但是他认为并不可行，于是他将整个实验装置放入水中——这肯定避免了水汽凝结。出乎意料，这个湿的器件产生了迄今为止他所看到的最大的功放。他和另外一位科学家RobertGibney吃惊地盯着这个实验。他们开始乱动不同的旋钮和按钮：通过增加正电压，这一效应更加明显，而加负电压则会使这个现象完全消失。看来，无论这些电子在表面上如何运动阻止功放已在某种程度上被取消，由水的最大障碍，建立一个放大器已经被克服。当JohnBardeen获悉发生了什么事之后，他又想出一种新方法来制作放大器。11月21日，Bardeen建议给水中的硅加上一个金属接触点。水消除电子恶化问题就和这个接触点一样。这个粗糙的装置中，接触点不能接触水，必须只能接触硅。但一如以往，Brattain是一个天才，在实验室中他可以制作任何东西。而当该放大器建成，它很好地工作了。当然，虽然只有较小的功放-但它是工作的。当Bardeen和Brattain用一小滴水获得微弱的放大之后，他们开始考虑做一些有实用价值的事情。他们尝试着用不同材料，不同装置，不同的电解液来代替水从而获得更大的电流。12月8日，Bardeen建议用锗来代替硅。他们得到了电流的跳转——330倍的电流放大。电解液使得空穴运动起来，而不只是电子的运动。但是放大器仍然是放大器，这只是一个开始。很不幸的是这个大的放大功能只能放大频率非常低的电流。它们不能使用在电话线中，因为人的声音频率相当复杂。所以下一步就是使放大器能运用于所有的频率范围。Bardeen和Brattain认为液体可能是个问题，所以他们用氧化锗也代替液体。Gibney准备了一块特殊的锗片，锗片的一面上有一层绿色的氧化层。12月12日，Brattain开始插入点接触。事实上该器件工作和没有氧化层是一样的。当Brattain反复地戳金接触点时，他意识到氧化层不起作用。他是在一次偶然的清洗时发现的。当时他感到很迷惑，但仍然决定让接触点接触锗时，意外的事情发生了，他得到了放大的电压——更重要的是，它能够放大所有频率的电压。金点接触在锗表面留下小孔，这些小孔抵消了电子在表面的效用，这和用水的原理是一样的。但是这个方法好于使用水做电解液，因为它能放大所有频率下的电流。在过去的一个月里，Bardeen和Brattain已经设法获得了在一些特定频率下的大的放大效果，以及适用于所有频率的小的放大效果——现在他们只需要将这两个效果合并起来。他们知道问题的关键是使锗片和两个金接触点的距离在1毫米。WalterBrattain在塑料三角片上粘上金箔，在一个点上剪开金箔。通过三角片的点接触到锗上，他们看到了出乎寻常的效果——信号从一个金点流过，通过另一个金接触点放大。这样，第一个点接触晶体管就这样诞生了。

第四单元放大器A．课文译文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，它被用来进行加、减等数学运算。运算放大器通常缩写为OPA。运算放大器是一种高放大率的电路单元，既可以在分立器件中也可以在半导体芯片中实现。随着半导体技术的发展，大多数运算放大器都以单芯片的形式存在。运算放大器种类繁多，在电子工业中应用广泛。运算放大器是一个高增益的多级直接耦合放大器。因为它的高增益，所以通常使用外部元件将增益降低到所需的水平。因为它是直接耦合的，所以它既能放大直流输入信号，也能放大交流输入信号。集成运算放大器的符号如图4.1a所示。它有两个输入端和一个输出端。一个输入端是同相输入端，用“+”表示，一个输入端是反相输入端，用“-”表示。在图4.1a中，“∞”表示运算放大器是一个理想化的设备。“”表示信号传输的方向。提供给运算放大器的电力通常来自双电源(图4.1b)。这使得输出在零伏上下摆动(图4.1c)。Fig.4.1运算放大器符号OPA通常由三级放大器级联组成，每一级都是一个独特的放大器。三个放大器分别是差动放大器、中间放大器和输出放大器。还有辅助电路，如偏置电路(为放大器的每个级别提供静态偏置)。运算放大器框图见图4.2。Fig.4.2运算放大器组成框图输入是一个差动放大器，有两个浮动输入V1和V2。这个差动放大器，放大了两个输入(V1和V2)之间的电压差。这种电路的输入阻抗很高。它还提供高共模抑制。中间级是高增益放大器，可以由一个或多个级组成。运算放大器的总收益主要由中间级提供。第三级是输出放大器，它提供低输出阻抗。它可以输出较大的输出信号电流或电压，为负载提供一定的功率。输出电压可以在正负电源的几伏范围内波动。偏置电路作用是为各级放大电路提供合适的静态工作电流，它由各种电流源电路组成。所有这些级结合起来产生非常高的增益，这就是所谓的“开环”增益。在实际电路中，一小部分输出电压以相反的极性反馈到一个输入端，以降低整体增益。这就是所谓的“负反馈”。应用负反馈，增益降低，运算放大器被称为有一个“闭环”增益。理想的运算放大器应具备以下特点。一个是两个输入端之间的输入阻抗是无限的。其次，输出阻抗应该为零。这保证了放大器可以提供一个开环增益的输出功率没有任何限制。第三，在使用负反馈前，放大器的增益应该是无穷大。另外，我们认为理想运放的开环带宽是无限的，没有偏移。在实践中，OPA可能无法实现这些理想。不过，我们通常假定它们是理想的，以便更容易使用它们。习题答案I．1.operationalamplifier2.direct-coupled3.differentialamplifier4.auxiliarycircuit5.negativefeedback6.biascircuit7.zerooutputimpedance8.commonmoderejectionII.在实际电路中，一小部分输出电压以相反的极性反馈到一个输入端，以降低整体增益。这就是所谓的“负反馈”。C．课内阅读译文反馈放大器理想化反馈放大器的信号流程框图如图4.3所示。输入信号xi和输出信号xo可以是相量电压，或者它们可以是相量电流，或者一个是电压，一个是电流。正如我们将看到的，它们的定义是根据特定类型的反馈配置来选择的。方框图上的箭头表明，在理想系统中，从输入到输出的前向传输是通过基本放大器完成的，而反向传输是通过反馈网络完成的。Fig.4.3理想反馈放大器框图让我们假设工作在中频区域电阻性网络。通过B网络反馈的输入信号xi和信号Bxo具有相同的物理特性，也就是说，它们都是电压或者都是电流。对于负反馈，它们处于时间阶段xi大于Bxo。求和网络的输出是它们的差分xi-Bxo，比xi小。放大器输出xo是这个差的A倍，A表示基本放大器的增益。因为A也是反馈回路断开时系统的增益，使Bxo为零，A被称为开环增益。相反，反馈放大器的xo/xi比为闭环增益Af，带下标f表示反馈增益。对于这个讨论，我们假设A仅仅依赖于基本放大器内部的元件，包括效负载，而反馈因子（反馈系数）B仅仅依赖于反馈网络的参数。所述采样网络对所需的输出量（输出电压或电流）进行采样，并将该信号提供给所述反馈网络。有四种不同的组合，每一种都很重要。其中一种情况就是xi和xo都是电压。开环增益A、闭环Af和反馈因子B都是电压比，系统通常称为电压采样，电压求和。如果xi和xo都是电流，量A，Af和B都是电流比，这个系统被称为电流采样，电流求和。第三种可能是xi表示电流，xo表示电压。A和Af都是跨阻抗，每一个都是电压和电流的比值，B是跨导纳。这就是所谓的电压采样，电流求和。最后一种，如果xi是电压，xo是电流，A和Af是跨导纳，B是跨阻抗，则这个反馈是电流采样，电压求和。D．课外阅读译文积分器、微分器和对数放大器积分器正如我们已经说过的，运算放大器反馈元件的选择与电路的行为有很大关系。因此，我们应该探索，如果我们使用不同类型的反馈组件会发生什么。在这个例子中，我们将用电容替换反馈电阻，并记录结果。在图4.4所示的电路中，我们用一个电容器代替了反馈电阻。因此，任何反馈电流都必须基于输出电压的变化。当反馈电流流过时，电容器将获得一个电荷，该电荷将根据输出信号的累积效应而变化。如果输入电压为零，则输入电流不会流动。因此，没有反馈电流可以流动，那么输出电压将保持不变。如果输入电压为非零，则输出电压的基本方程为，其中R是输入电阻，单位是欧姆。C是反馈电容，单位是法拉兹。而K是一个固定常数，表示过去的累积电压。如果输入电压不断变化，任一时刻的输出电压将是过去所有输入电压值的积分。例如，一个双极正弦波的输入实际上会产生另一个正弦波作为其输出，与输入正弦波成90°的相位角。准确地说，输出是反余弦波。有几个因素与这些电路有关：如果输入是一个恒定的正直流电压，输出将是一个负的线性斜坡。OPA积分器中没有指数因子。斜坡的方程式是，式中，t是以秒为单位的时间。在模拟计算机中，“初始条件”可以在积分过程开始时作为电容器的起始电压。积分器具有自动和自然的倾向，以消除可能出现在输入信号的任何高频噪声。必须避免输入电压中的任何长期直流偏移；如果存在这样的偏移，将导致输出电压逐渐偏移到一个极端或另一个极端，并停留在那里。在模拟计算机中，通过限制允许积分过程继续的时间来避免这种偏移问题。在这段时间结束时，电路复位到初始状态，然后才允许重复操作。微分器为了得到一个OPA积分器，我们用一个电容器代替了反馈电阻。如果我们保留反馈电阻而使用输入电容器呢？我们能得到一个不同的结论吗？图4.5的电路显示了一个作为微分器连接的OPA。由于输入电路元件是一个电容器，因此该电路只会随着输入电压的变化而经历输入电流——输入电压的变化越快、越大，输入电流就越大，因此输出电压的响应也就越大。因为输出电压会反映输入的变化率，所以这个电路确实会执行微分。输出电压的一般公式为：“d/dt”表示与时间有关的微分。如果你不熟悉微分计算，不要在这里担心，你不会需要它在这些页面。OPA微分器不用于任何模拟计算机应用，实际上也一般不用。其基本原因是高频噪声信号不会被该电路抑制，而是被放大到远远超出所需信号的放大范围。在某些应用中，可以加串联输入电阻，如图4.6的示意图所示。这就限制了电路的高频增益到rf/rin的比值。低频增益仍然是由Rin和C设置的，和以前一样。根据表达式:fco=1/2πRinC,这两种效应达到的截止频率由Rin和C决定。高频信号仍然比低频信号放大得多，因此电路中存在的任何噪声仍然比所需信号放大得多。如果一个应用程序能够抑制这种噪声，并且不需要更高频率的元件，这种改进的电路可以满足需要。在其他情况下，如果绝对需要微分，则通常使用无源RC电路代替，并且随后补偿不可避免的信号损失。对数放大器有时我们不希望OPA电路产生线性响应。例如，如果我们想让输出电压代表输入电压的自然对数呢？我们可以为反馈元素做些什么来实现这一点？答案是使用一个电子元件，施加在它上面的电压和流过它的电流之间有对数关系。这种元件是半导体二极管，它可用作反馈元件，如图4.7所示。半导体二极管的特性是，通过它的电流随着外加电压的线性增加而指数增加。一般情况下，这意味着硅二极管在合理的电路电流范围内会经历大约0.65到0.7伏的内部电压降。（对于锗二极管，电压约为0.3伏。）然而，这也意味着如果我们控制施加的电流而不是电压，电压将以对数增长。这是运算放大器的正常行为，所以这是一种非常实用的产生对数的方法。在所示的电路中，施加的输入电压必须是正的，而输出电压将是负对数表示。这在数学上是合适的；你找不到负数的对数。然而，有时你需要一个任意极性的对数响应。在这种情况下，可以将第二个二极管与所示二极管并联，但方向相反。简单二极管的一个实际问题是任何半导体材料的固有内阻。这种电阻也会随着温度的变化而变化，在某些应用中可能会导致内部发热。为了减少问题，可以用晶体管代替二极管，如图4.8所示。在这个电路中，晶体管相对较高的基极电阻被旁路，因为大部分发射极电流将流过集电极区。尽管如此，发射极-基极结的对数电压/电流特性仍然有效，因此该电路的性能相当好，可以作为对数放大器。使用二极管电路，如果将PNP晶体管与所示NPN晶体管并联，则可以获得双极性行为。

第五单元振荡器和射频A．课文译文振荡器振荡器是用来产生重复信号的装置。它们在没有输入信号的情况下产生输出信号。振荡器是一个自然和预期的电子场景的一部分。它们出现在许多应用中，使电路和子系统能够执行非常有用的功能。振荡器几乎用于所有扩频、射频和无线系统，因此设计者应该对它们有所了解。振荡器有时甚至在我们不需要的时候也会出现——如果存在杂散反馈路径，放大器也会振荡。如果没有振荡器，我们可能会生活在一个非常沉闷的世界里！当放大器配备有满足两个条件的反馈路径时，就会发生振荡：振幅条件——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——振荡频率将在环路相移总计360度（或零度）处！在大多数振荡器电路中，在线性电路操作下，当首次通电时，振荡从零开始建立。然而，限制放大器饱和和其他非线性效应最终会阻止振荡器的振幅无限增大。因此，振荡器不是世界上精确设计、模拟或建模的最简单设备。好的、稳定的振荡器设计是一门真正的艺术。随着你对振荡器的了解越来越多，你一定会越来越欣赏它们！有两种主要类型的电子振荡器：谐波振荡器和弛张振荡器。谐波振荡器产生正弦波输出。弛张振荡器产生非正弦波输出，如方波、矩形波和锯齿波输出。谐振子是最简单的模型，也是最重要的振动系统之一。它在工程系统中经常遇到，通常由旋转机械、隔震、地震、桥梁、建筑物、控制和自动化装置中的不平衡引起，仅举几个例子。尽管通过任意类型的激励作用，纯谐波振荡比一般周期性振荡更不可能发生，但了解发生谐波振荡的系统的行为对于理解系统将如何响应更一般类型的激励是至关重要的。此类谐波振荡可能是以自由振动的形式，或通过在系统某个点施加激振力的作用，我们将在后面看到。事实上，谐振子是一个单自由度系统（就像一个振动模块），它是由一个理想弹簧和一个理想（但不是保守的）粘滞阻尼器并联而成的，两者一端连接一个物体上，另一端接地。弛张振荡器是一种振荡器，其中电容器逐渐充电，然后迅速放电。它通常由一个电阻器或电流源、一个电容器和一个“阈值”装置（如霓虹灯、diac、单结晶体管或耿氏二极管）来实现。为了下面的简化，单个“阈值”设备将被一组比较器和RS锁存器所取代。电容器通过电阻器充电，使电容器两端的电压接近指数曲线上的充电电压。与电容器并联的是阈值装置。这种装置在电压达到某个阈值（触发）电压之前根本不导电。然后，它们进行大量导电，迅速放电电容器。当电容器两端的电压降到某个较低的阈值电压时，设备停止传导，电容器可以重新开始充电，重复这个循环。如果阈值元件是一个霓虹灯，电路还提供了一个闪光与每次放电的电容器。习题答案I.1.spreadspectrum2.harmonicoscillator3.rectangularwave4.singledegreeoffreedomsystem5.\o"Neonlamp"neonlamp6.viscousdamper7.\o"Unijunctiontransistor"unijunctiontransistor8.\o"Exponentialdecay"exponentialcurveII.弛豫振荡器是一种振荡器，其中电容器逐渐充电，然后迅速放电。它通常由一个电阻器或电流源、一个电容器和一个“阈值”装置（如霓虹灯、diac、单结晶体管或耿氏二极管）来实现。为了下面的简化，单个“阈值”设备将被一组比较器和RS锁存器所取代。C．课内阅读译文射频频谱和分贝术语射频（缩写为RF）是指当交流电输入天线时产生的电磁场。该场也称为射频场或无线电波，可用于电磁辐射频谱相当大一部分的无线广播和通信——从大约9千赫兹（kHz）到数千千兆赫兹（GHz）。这部分被称为射频频谱。随着频率的增加，电磁能量以红外线、可见光、紫外线（UV）、X射线和γ射线的形式存在。许多类型的无线设备利用射频场——无线电、电视、无绳电话和蜂窝电话、卫星通信系统以及制造业中使用的许多测量和仪表系统。一些无线设备，如遥控箱和无绳鼠标，在红外或可见光频率下工作。射频频谱分为几个范围或波段。除最低频率段外，这些频带中的每一个表示对应于一个数量级（10的幂）的频率增加。下图描述了射频频谱中的八个波段（图5.1），显示了频率和带宽范围。Fig.5.1EightBandsintheRFSpectrum从图5.1中可以看出，这八个频带分别是甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频和极高频。其对应的波段名称分别是特长波、甚长波、长波、中波、短波、米波、分米波和厘米波。国际上，射频频谱由国际电信联盟（ITU）根据世界不同地区的不同业务类别分配。在我国，国家无线电监测中心承担国家无线电频谱管理，将频谱资源分配给中国电信、中国移动、中国联通三大运营商。根据《中华人民共和国民法典》，无线电频谱资源属于国家所有，实行有偿使用。和所有科学学科一样，射频工程涉及相当多的专业术语。在射频领域工作时，需要使用的最重要的单词是分贝（dB）。分贝是用来表示信号强度相对差异的单位。它表示为两个信号功率比的10进制对数：可见，dB表示一个相对值。当计算A的功率P1相比于B的功率P2大或小多少个dB时，可按上面公式计算。信号幅度也可以用分贝（dB）表示，如电压或电流的幅值，由于功率与信号振幅的平方成正比（例如，100的功率比等于10的振幅比），dB表示如下：还需要知道一个表示功率绝对值的单位——dBm，其定义的是miliwatt(毫瓦特)。计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg1mW/1mW=0dBm。您一定要熟悉dBm的概念，因为这是现实生活中的射频系统开发中使用的标准单位。为什么要用dB？不使用dB的情况下也可以设计和测试射频系统。但是实际工程中到处应用dB。主要是因为dB允许我们不用很大的数字就能表达非常大的比率，另外就是dB标度很方便。D．课外阅读译文DS1000E,DS1000D系列数字示波器产品综述DS1000EDS1000D系是一款高性能指标、经济型的数字示波器其中DS1000E系列为双通道加一个外部触发输入通道的数字示波器。D10D系列为双通道加一个外部触发输入通道以及带16通逻辑分析仪的混合信号示波器。图5.2DS1000E,DS1000D系列数字示波器应用领域电子线路的测试电路功能测试信号逻辑关系验证混合信号电路测量教育培训和技术培训主要特色提供双模拟通道和16道逻辑分析仪，最大100MHz带1GSa/s时采样率25GSa/s等效采样率5.6英寸4色TFTCD，波形显示更加清晰具有丰富的触发功能：边沿、脉宽、视频、斜率、交替、码型、持续时间触发独一无二的可调触发灵敏度，适合不同场合的需求自动测量20种波形参数，具有自动光标跟踪测量功能人性化设计嵌入式帮助菜单，方便信息获取多国语言菜单显示，支持中英文输入支持U盘及本地存储器的文件存储模拟通道波形亮度可调波形显示可以自动设置（UO）弹出式菜单显示，方便操作功能精细的延迟扫描功能内嵌FFT功能，拥有实用的数字滤波器ass/ail检测功能，可输出检测结果多重波形数学运算功能功能强大的上位机应用软件UltaScope标准配置接口：USBDevice，USBHost，R-22，持U盘存储和PictBridge印标准独特的锁键盘功能，满足工业生产需要支持远程命令控制自动测量种波形参数DS1000E,DS1000D系列数字示波提供20种自动测量的波形参数，包括10种电压参数和10种时间参数。光标模式允许用户通过移动光标进行测量操作。光标测量有3种方式：自动测量方式、手动测量方式和追踪测量方式。丰富的触发功能DS1000E,DS1000D系列数字示波器拥有丰富的触发功能，包括：边沿、脉宽、视频、斜率、交替、码型、持续时间触发。其中持续时间触发是码型触发和脉宽触发完美结合的新型触发方式。DS1000E,DS1000D系列独特的可调触发灵敏度功能，可以有效滤除有可能叠加在触发信号上的噪声，防止误触发。16通道逻辑分析仪DS1000D系列混合信号示波器（MSO）配备16通道逻辑分析仪，可配合2路模拟通道，实现混合信号测量。您可以打开（或关闭）单个通道或以8个为一组（D7-D0和D15-D8）接通或关闭，还可以设置波形大小，改变数字通道在屏幕上的显示位置以及选择门限类型。波形录制DS1000E,DS1000D系列数字示波器的波形录制功能不仅可以录制2个通道的输入波形，还可以录制Pass/Fail检测输出的波形。最大可以录制1000帧，并可通过回放和保存功能达到更好的波形分析效果。通过/失败检测功能通过/失败检测功能通过判断输入信号是否在创建规则范围内来监测信号变化情况。其检测结果可以通过屏幕显示或通过光电隔离的Pass/Fail端口进行输出，用户也可打开系统声音设置，对结果进行报警提示。上位机软件应用RIGOL为用户提供功能强大的上位机应用软件UltraScope。该软件提供的控制和分析功能，以.bmp格式保存波形，以.txt或.xls形式保存文件，打印波形。锁键盘功能锁键盘功能可广泛应用于生产中。该模式下除菜单键F1-F5及MENUON/OFF键外全部被锁定。键盘锁定使用菜单操作；解锁则需要密码，并且密码可以重设。

第六单元半导体A．课文译文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。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。习题答案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II．impuritydopantssemiconductordeviceN-typesemiconductorbandgapcovalentbondatroomtemperatureIII.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。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。D．课外阅读译文半导体器件基础半导体材料如此有用的主要原因是由于半导体可以通过掺杂的方式改变其特性。通过曝光，加压和加热的方式，产生的电场可以控制半导体的导电性，因此，半导体可以制作传感器。半导体的导电性取决于自由电子和空穴，也就是电荷载流子。在硅中掺入少量的杂质原子，如磷或硼，可以极大地增加半导体中自由电子或空穴的数量。当掺杂半导体中空穴多，则把它称为p型，反之，如果自由电子多则称为n型，p型和n型是载流子电性的标志。n型半导体和p型半导体结合在一起，它们之间形成的结称为p-n结。二极管p-n结能形成p-n结二极管器件。p型和n型半导体形成结的区域称为耗尽区，耗尽区阻止电流从n型区流如p型区，但是允许电流从p型区流至n型区。当二极管器件正偏时，p区电势较高，二极管能够很容易的导电；当二极管器件反偏时，电流就会变得很小。将半导体曝光时，能产生电子-空穴对，这会增加自由载流子和导电性，利用这种现象制作而成的二极管称为光电二极管。化合物半导体二极管也可以制作成发光二极管和激光二极管。晶体管双极型晶体管由两个p-n结构成，可形成n-p-n型或p-n-p型。结之间的中间的区域或称为基区较窄，另外两个区域的终端称为发射极和集电极。当一小电流注入结之间的基区和发射区时会改变基集结的特性，这样即使基集结反偏，仍然能够传导电流。受到基极和发射极电流的控制，将在集电极和发射极之间产生一个更大的电流。另一种晶体管的类型称为场效应晶体管，它的工作原理是半导体的导电性由电场控制。半导体中的电场能增加自由电子和空穴的数量，从而改变其导电性。若电场由反偏p-n结控制则形成结场效应管，若由绝缘氧化层控制则形成金属氧化物半导体场效应管。

第七单元人工智能A．课文译文人工智能人工智能是由机器展示的智能，不同于人类和动物展示的自然智能，它涉及意识和情感。前一类和后一类之间的区别通常通过所选的首字母缩略词来体现。强人工智能通常被称为AGI（通用人工智能），而模仿自然智能的人工智能被称为ABI（人工生物智能）。主流的人工智能教科书将这一领域定义为“智能代理”的研究：任何感知其环境并采取行动，最大化成功实现目标的设备。通俗地说，“人工智能”一词通常用来描述机器（或计算机）模仿人类及人类思维的“认知”功能，例如“学习”和“解决问题”。由于机器的能力越来越强，被认为需要“智能”的任务常常从人工智能的定义中删除，这种现象被称为人工智能效应。特斯勒定理（Tesler'sTheorem）中的一句妙语说：“人工智能是尚未完成的事情。”例如，光学字符识别经常被排除在人工智能之外，已经成为一种常规技术。现代机器能力通常被归类为人工智能，包括成功理解人类语言，在策略游戏系统（如象棋和围棋）中处于最高水平的竞争，自主驾驶汽车、内容分发网络（CDN）中的智能路由以及军事模拟。人工智能作为一门学科创立于1955年，此后的几年经历了几次乐观的浪潮，接着是失望和资金的流失（被称为“人工智能的冬天”），再接着是新的方法、取得的成功和资金的重新注入。继AlphaGo在2015年成功击败职业围棋选手后，人工智能再次引发全球广泛关注。在其历史的大部分时间里，人工智能研究一直被划分为许多子领域，这些子领域之间往往无法相互沟通。这些子领域是基于技术考虑的，如特定目标（如“机器人学”或“机器学习”），特定工具的使用（如“逻辑”或人工神经网络），或深刻的哲学差异。子领域也基于社会因素（特定机构或特定研究人员的工作）。人工智能研究的传统问题（或目标）包括推理、知识表示、规划、学习、自然语言处理（NLP）、感知以及移动和操纵物体的能力。实现通用智能是人工智能领域的长期目标之一。方法包括统计方法、计算智能和传统的符号人工智能。人工智能中使用了许多工具，包括搜索和数学优化、人工神经网络（ANN）以及基于统计学、概率论和经济学的方法。人工智能领域涉及计算机科学、信息工程、数学、心理学、语言学、哲学和许多其他领域。这个领域建立在这样一个假设上：人类的智能“可以如此精确地描述，以至于可以让一台机器来模拟它”。这引发了关于创造具有类似人类智能的人造生物的思想和伦理的哲学争论。这些问题自古以来就被神话、小说和哲学所探讨。有些人还认为，如果人工智能的发展有增无减，它将对人类构成威胁。还有些人认为，人工智能不同于以往的技术革命，它将造成大规模失业的风险。二十一世纪，随着计算机能力、大数据和理论认识的同步发展，人工智能技术重新兴起；人工智能技术已成为科技产业的重要组成部分，有助于解决计算机科学、软件工程和运筹学中许多具有挑战性的问题。习题答案I.FFTTII.ArtificialIntelligence 人工智能ArtificialGeneralIntelligence 通用人工智能ArtificialBiologicalIntelligence 人工生物智能NaturalLanguageProcessing 自然语言处理ArtificialNeuralNetworks 人工神经网络MachineLearning 机器学习III．二十一世纪，随着计算机能力、大数据和理论认识的同步发展，人工智能技术重新兴起；人工智能技术已成为科技产业的重要组成部分，有助于解决计算机科学、软件工程和运筹学中许多具有挑战性的问题。C．课内阅读译文自然语言处理自然语言就是人类所说的语言。与之不同的是编程语言，如java或C++。自然语言处理（NLP）或语音识别处理计算机程序，使机器能够理解人类的语言，包括口头和书面。这是自动模式识别的一种特殊形式，称为语言智能。自然语言处理分为以下几种应用类型：•文本到语音（TTS）这个应用程序基于数字文档创建文本的口语版本。电子邮件、短信和其他内容可以通过这种方式“大声朗读”。语音对话系统中的声学公告也属于这一类。这个功能对视障人士特别有用，因为他们可以“阅读”屏幕信息。•文本到文本（TTT）在TTT应用程序中，一个电子文本被转换成另一种语言，也可以使用一个翻译程序，比如DeepL或GoogleTranslate（谷歌翻译）。对人工智能系统来说，处理这类数据是一种特殊的挑战。究其原因，是因为每个人都有各自的口头和书面表达形式。这包括方言、口音、词汇、音位学、形态学、句法、语义和语用学。自然语言处理应用程序必须能够理解一句话的“真实”含义，就像人脑一样，尽管在这些方面存在差异。如果在交流中使用了机智、反语、讽刺、双关语和修辞短语，那么对于许多人工智能系统来说，仍然无法正确翻译。人工智能处理口语的过程称为自然语言理解（NLU）。特别的挑战不仅在于一个句子的单纯含义，而在于与之相关的多层含义。这里可以用所谓的四边形模型的例子来说明。每个口头信息可以包含四种不同的信息：•事实信息这是关于具体的，“纯粹”的信息的一种说法。•自我启示通过一条消息，发送者同时有意或无意地传递关于他自己的信息，这些信息他（她）想或不想与另一个人分享。•情感关系通过我们使用的术语和强调的类型，我们还“揭示”了我们对另一个人的看法以及我们与那个人的关系。•感染力通常，一条消息还包含着一个发送给另一个人的请求或邀请。因此，没有明确定义收件人如何处理我们的信息。我们的谈话伙伴可能会用四只耳朵倾听，并下意识或有意识地决定他或她（想要）从信息中听到哪个维度。D．课外阅读译文机器学习机器学习的概念最早出现在20世纪50年代，这是人工智能时代的先驱。1950年，艾伦·图灵发表了《机器能思考吗》论文，提出了著名的人工智能评估测试，我们今天称之为图灵测试。1959年，亚瑟·塞缪尔创造了“机器学习”这个词。机器学习（ML）可以广义地定义为利用经验来提高性能或做出准确预测的计算方法。我们将机器学习定义为对重要数据进行的一系列数学操作，以获得有价值的见解。它是从实例和经验中学习的算法，而不是硬编码的规则。通常，机器学习问题主要有三种类型：有监督学习、无监督学习和强化学习。•有监督机器学习问题是我们希望基于一组例子进行预测的问题。•无监督机器学习问题是这样的问题：我们的数据没有一组定义的类别，相反，我们正在寻找机器学习算法来帮助我们组织数据。也就是说，有监督机器学习问题是有一组我们想用来预测未来的历史数据点，无监督机器学习问题是有一组我们想用机器学习来帮助我们组织或理解的数据点。强化学习包括系统必须完成的特定任务或目标。在整个过程中，它接收反馈学习所需要的行为。例如，系统在执行操作时遇到错误或获得最有利结果的奖励。因此，程序能够通过强化信号学习最有效的方法。虽然数据库中的数据挖掘和知识发现（KDD）似乎只解决了数据科学的主要问题，但机器学习提高了它的业务效率。机器学习技术大致可以分为四个不同的领域：分类、聚类、关联学习和数值预测。应用于文本的分类是文本分类的主题，它是将一组文档从预定义的集合自动分类为类别（或类或主题）的任务。文档的直接分类被用于信息检索系统的文档索引、文本过滤（包括防止电子邮件是垃圾邮件）、网页分类和许多其他应用程序。根据具体应用，分类也可以用于文本的较小部分（段落、句子、单词），如文档分割、主题跟踪或词义消歧。在机器学习方法中，对看不见的文本进行分类之前，分类算法（分类器）是在预先分类的标记数据上进行训练的。文本聚类技术的使用可以在两个层次上实现。通过识别相似的聚类来分析文档集合只需要使用已知的聚类算法和文档相似性度量。在文档内聚类可能更具挑战性，因为它需要对文本进行预处理，并隔离要聚类的对象，如句子、单词或某些需要派生的结构。关联学习本质上是分类的一种推广，其目的是捕捉数据集中实例的任意特征（也称为属性）之间的关系。从这个意义上说，分类只捕获所有特征与指定类别的一个特征之间的关系。直接将关联学习应用于文本是不太可行的，因为文档表示具有高维性，即相当多的特征（其中许多特征可能不是很有用）。对从文本中提取的信息使用关联学习（例如，使用分类和/或聚类）是另一回事，可以产生许多有用的见解。数值预测（广义上也叫回归）是分类的另一种推广，分类特征不是离散的而是连续的。这种定义上的微小变化导致了分类和回归算法内部的巨大差异。然而，通过将预测的数字特征划分为有限个区间，每个回归算法也可以用于分类。相反的情况通常是不可能的。同样，与关联学习一样，除了用于分类（特别是当需要信念度量时，但这也可以通过大多数分类算法实现），在文本上简单地应用回归并不是特别有用。数据挖掘和非常流行的机器学习是有区别的。尽管如此，机器学习仍然是关于创建算法以提取有价值的见解，它非常注重在动态变化环境中的持续使用，并强调根据以前的经验对算法进行调整、再培训和更新。机器学习的目标是不断地适应新的数据，并在其中发现新的模式或规则。有时，它可以实现没有人类的指导和明确的重新编程。由于最近一些理论和技术的突破，机器学习是当今数据科学中发展最为活跃的领域。它们引发了自然语言处理、图像识别，甚至机器产生新的图像、音乐和文本。机器学习仍然是构建人工智能的主要“工具”。要将机器学习应用于实际，甚至学习机器学习，有两种方法。首先，学习如何使用提供不同功能的黑盒子。其次，学习如何编写算法和找到系数，拟合模型，找到优化点等等，这样你就可以根据你的需求来管理应用程序。但是，如果你只是想配合使用，那么有一些库和应用程序编程接口可以帮助你完成工作。企业正在使用机器学习技术来分析客户的购买历史，并为下一次购买提供个性化的产品建议。这种捕获、分析和使用客户数据以提供个性化购物体验的能力是销售和营销的未来。在运输部门，基于旅行历史和跨各种路线旅行的模式，机器学习可以帮助运输公司预测某些路线上可能出现的潜在问题，并据此建议客户选择不同的路线。运输公司和物流公司正逐渐利用机器学习技术进行数据分析和数据建模，以做出明智的决策，帮助客户在出行时做出明智的决策。

第八单元处理器A．课文译文AT89C51（单片机）AT89C51是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，带有4KB可编程、可擦除的只读闪存（PEROM）。把通用的8位CPU与Flash内存集成在了一块单独的芯片上，AT89C51是一种功能强大的微控制器，它为许多嵌入式控制应用提供了具有高度灵活性和成本效益的解决方案。AT89C51具有以下标准特点：4KB闪