【正文】 以將數(shù)百個這樣的晶體管放入一個紅細胞內(nèi)。計算機芯片的功能每年都變得更加強大，但價格卻比前一年低很多。早期集成電路的開創(chuàng)者和因特爾公司的奠基人Gordon Moore曾經(jīng)說過：“如果汽車工業(yè)能和半導體行業(yè)一樣發(fā)展迅速，那么如今任何人都可以擁有一輛勞斯萊斯，然后開上一季度就棄之如敝屣，毫不可惜地丟掉它，再換一輛新的?！绷曨}答案I.1. amplify current2. electronic ponent3. plex circuit4. vacuum tube5. handheld calculator6. integrated circuit chip7. semiconductor material8. microprocessorII.1. T 2. F 3. T 4. FIII.從Jack Kilby發(fā)明的第一個原型至今，集成電路已走過了漫長的道路。他的構(gòu)思開創(chuàng)了一個新的產(chǎn)業(yè)，并成為社會計算機化背后的一個關(guān)鍵要素。如今大部分先進的電路在 比指甲還小的面積上都包含有數(shù)億個元器件。在芯片上的晶體管的尺寸約為90納米，這意味著你可以將數(shù)百個這樣的晶體管放入一個紅細胞內(nèi)。C．課內(nèi)閱讀譯文第一個晶體管的發(fā)明——1947年11月17日~12月23日1947年11月17日，Walter Brattain將他的整個實驗裝置扔進了裝有水的熱水瓶中。這個他制作的以硅為原料的新發(fā)明是用來幫助他研究電子在半導體表面是如何作用的，但是無論他們怎么做，都不可能制作成一個放大器。水汽不斷凝結(jié)在硅的表面使整個實驗一團糟。為了擺脫水汽凝結(jié)，Brattain原來想將硅放入真空中，但是他認為那樣會花太長時間，于是他將整個實驗裝置放入水中——這肯定避免了水汽凝結(jié)。出乎意料，這個濕的器件產(chǎn)生了迄今為止他所看到的最大的功放。他和另外一位科學家Robert Gibney吃驚地盯著這個實驗。他們開始撥動不同的旋鈕和按鈕，通過增加正電壓，這一效應更加明顯，而加負電壓則會使這個現(xiàn)象完全消失。這樣看來，電子在半導體表面上阻止放大的功能已在某種程度上被水的效果抵消——建立一個放大器的最大障礙已經(jīng)被克服了。當John Bardeen獲悉所發(fā)生的事情之后，他又想出一種新方法來制作放大器。11月21日，Bardeen建議給蒸餾水中的硅加上一個金屬接觸點。水消除電子阻礙放大的問題，這就和這個接觸點是一樣的原理。在這個粗糙的裝置中，接觸點不能接觸水，必須只能接觸硅。一如既往，Brattain是一個天才，在實驗室中他可以制作任何東西。當該放大器建成，它很好地工作了。當然，雖然只有較小的功放——但它是工作的。當Bardeen 和Brattain用一小滴水獲得微弱的放大之后，他們認為他們正在做一些有實用價值的事情。他們嘗試著用不同材料、不同裝置、不同的電解液來代替水從而獲得更大的電流。12月8日，Bardeen建議用鍺來代替硅。他們得到了電流的跳轉(zhuǎn)——330倍的電流放大——正是他們所期望的反向電流。電解液使得空穴運動起來，而不只是電子的運動。但是放大器仍然是放大器，這只是一個開始。很不幸的是，這個大的放大功能只能放大頻率非常低的電流。它們不能在電話線中使用，因為人的聲音頻率相當復雜。所以下一步要做的就是使放大器能運用于所有的頻率 范圍。Bardeen 和Brattain認為問題在于液體，所以他們用本質(zhì)是鍺銹的氧化鍺來代替液體。Gibney準備了一塊特殊的鍺片，鍺片的一面上有一層綠色的氧化層。12月12日，Brattain開始插入接觸點。事實上，該器件工作和沒有氧化層的情況是一樣的。當Brattain反復地戳金接觸點時，他意識到根本沒有氧化層，因為他不小心把它洗掉了。當時他很生自己的氣，但仍然決定讓接觸點接觸鍺，此時意外的事情發(fā)生了，他得到了放大的電壓——更重要的是，它能夠放大所有頻率的電壓。金點接觸在鍺表面留下小孔，這些小孔抵消了電子在表面的效用，這和用水的原理是一樣的。但是這個方法好于使用水做電解液，因為它能放大所有頻率下的電流。之后的一個月里，Bardeen 和Brattain設(shè)法獲得了在一些特定頻率下的大的放大效果，以及適用于所有頻率的小的放大效果——現(xiàn)在他們只需要將這兩個效果合并起來。他們知道問題的關(guān)鍵是使鍺片和兩個金接觸點的距離小于1毫米。Walter Brattain在塑料三角片上粘上金箔，在一個點上剪開金箔。通過三角片的點接觸到鍺上，他們看到了出乎尋常的效果——信號從一個金點流過，通過另一個金接觸點被放大。這樣，第一個點接觸晶體管就這樣誕生了。第四單元 放大器A．課文譯文運算放大器運算放大器的名字來源于它最初用途之一，在早期的模擬計算機中加、減常被用來完成數(shù)學運算?，F(xiàn)代技術(shù)中使得它有各種各樣的用途。運算放大器的名字經(jīng)?？s寫成OPA。運算放大器是直接耦合、高增益、線性的放大器。線性放大器是一種如實重現(xiàn)輸入波形的放大器。線性放大器的輸出應該是輸入信號的真實復制品。因為它的高增益，所以運算放大器通常使用外部元件來減少其增益到需要的水平。運算放大器是直接耦合的，它能放大直流輸入信號，也能放大交流輸入信號。它有兩個輸入端，一個輸出端。供給運算放大器的電源通常從正負電源獲得（）。這能使輸出在零伏特處上下振蕩（）。 運算放大器符號運算放大器通常由四個串聯(lián)級組成。每一級是一個完成特定功能的放大器。 運算放大器各級裝置輸入是一個具有兩個浮置輸入V1和V2的微分放大器。微分放大器放大兩個輸入之間的電壓差 (V1和 V2)。這種類型電路具有非常高的輸入阻抗，也可以提供高的共模抑制。 第二級是一個高增益放大器，提供設(shè)備的主要增益。第三級是輸出放大器，它提供一個低輸出阻抗。它能傳送一個大輸入信號電流或電壓。輸出電壓可以在正負電源的幾伏特范圍中振蕩。所有各級連接起來可產(chǎn)生非常高的增益。這個增益叫做“開環(huán)增益”。在實際電路中，輸出電壓的一小部分以相反極性被反饋到某個輸入端，從而減少總的增益。這個過程叫做“負反饋”。隨著負反饋的應用，這個增益被減少，運算放大器被認為具有一個“閉環(huán)增益”。理想運算放大器有如下特性：1. 無窮大輸入阻抗。這是兩個輸入端之間的阻抗。連接時輸入不會加載任何電路。2. 零輸出阻抗。輸出阻抗應該為零。這確保放大器能提供的輸出功率沒有限制。3. 無窮大的開環(huán)增益。在應用負反饋以前，放大器的增益在理想上是無窮大的。4. 無窮帶寬。理想運算放大器的開環(huán)帶寬被認為是無窮大的。在實際情況下，運算放大器不能達到這些理想的特性。然而，我們通常假定它們是理想的，以便更容易使用它們。習題答案I．1. directcoupled 2. operational amplifier 3. linear amplifier 4. mon mode rejection5. negative feedback 6. zero output impedance 7. buffer 8. differential amplifierII. 在實際電路中，輸出電壓的一小部分以相反極性被反饋到某個輸入端，從而減少總的增益，這個過程叫做“負反饋”。C．課內(nèi)閱讀譯文反饋放大器。輸入信號xi和輸出信號xo可以是相電壓，或者是相電流，或者一個是相電壓，一個是相電流。如圖所示，按照反饋結(jié)構(gòu)的特殊類型決定它們的定義。圖中的箭頭表示在理想系統(tǒng)中，從輸入到輸出的正向傳輸通過基本的放大器，而反向傳輸通過反饋網(wǎng)絡(luò)。 理想反饋放大器的框圖我們假設(shè)阻性網(wǎng)絡(luò)運行在中頻區(qū)域。輸入信號xi和通過反饋B網(wǎng)絡(luò)的信號Bxo 有相同的量綱，也就是，他們都是電壓或者都是電流。對于負反饋，它們在時間相位上，xi大于Bxo。求和網(wǎng)絡(luò)輸出是xiBxo的差，小于xi。放大器輸出xo是這個差值的A倍，A表示基本放大器的增益。因為當反饋回路斷開時，使Bxo為零，A也是系統(tǒng)的增益。A被作為開環(huán)增益。相反，反饋放大器xo/xi的比率是閉環(huán)增益Af，下標f表示帶有反饋的增益。對于這個討論，我們假設(shè)A只依賴于基本放大器內(nèi)部的組成，包括可用的負載，反饋系數(shù)B只依賴于反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。采樣網(wǎng)絡(luò)抽取想得到的輸出量，這個輸出量是輸出電壓或者輸出電流，然后提供這個信號給反饋網(wǎng)絡(luò)。有四種不同的組合方式，每一種都是重要的。其中之一是xi 和xo都是電壓，開環(huán)增益A, 閉環(huán)增益Af, 和反饋系數(shù)B都是電壓比，這個系統(tǒng)通常被稱作電壓采樣電壓求和。如果xi 和xo 都是電流，A, Af和B都是電流比，系統(tǒng)被認為是電流采樣電流求和。第三種可能性是xi 表示電流，xo表示電壓，A和Af 都是跨導倒數(shù)，每一個都是電壓對電流的比， B是導納。這就是常說的電壓采樣電流求和。最后一種，如果xi是電壓，xo是電流，A和Af 是導納，B是跨導倒數(shù)則反饋是電流采樣電壓求和。第五單元 振蕩器與射頻A．課文譯文振蕩器振蕩器是用來產(chǎn)生信號的裝置。它們不需要輸入信號就能產(chǎn)生輸出信號。振蕩器是電子裝置中自然且不可或缺的一部分。它們出現(xiàn)在許許多多應用場合中，使電路和子系統(tǒng)完成非常有用的功能成為可能。振蕩器可用在擴頻通信、射頻和無線系統(tǒng)中——因此設(shè)計者應該先了解它們。當我們不想要振蕩時，有時振蕩也會發(fā)生——如果雜散反饋路徑存在，放大器就能振蕩。沒有振蕩器我們很有可能生活在一個非?？菰锏氖澜缰?。當放大器帶有反饋路徑，并且滿足兩個條件，振蕩就發(fā)生了：放大條件——通過放大器/反饋網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)增益和損耗必須大于1！相位條件——振蕩頻率在附加相移為360度（或0度）的點處！在大多數(shù)振蕩器電路中，在線性電路下，提供能量振蕩以0開始建立。然而，限制的放大器飽和度和其他非線性（因素）影響著結(jié)果，不確定地抑制振蕩器的振幅無限增長了。因此，在精確的設(shè)計、仿真或者建模方面，振蕩器不是最簡單的裝置。優(yōu)良而穩(wěn)定的振蕩器設(shè)計是一項真正的藝術(shù)。當你對振蕩器了解更多的時候，你一定更加賞識它們！ 電子振蕩器有兩種主要類型：調(diào)諧振蕩器和張馳振蕩器。調(diào)諧振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出。松弛振蕩器產(chǎn)生非正弦波輸出，如方波、矩形波和鋸齒波。調(diào)諧振蕩器是最簡單的模型，但也是振蕩主流中最重要的一個模型。在工程系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，一般是由于旋轉(zhuǎn)機械、絕緣、地震、橋梁、建筑、控制和自動化裝置中的不平衡產(chǎn)生，正如所舉例子。盡管純調(diào)諧振蕩和在任意類型激勵周期振蕩相比并不易于發(fā)生一般周期振蕩，但是理解在調(diào)諧振蕩下系統(tǒng)的行為是必要的，這有助于理解系統(tǒng)怎樣響應更一般類型的激勵。調(diào)諧振蕩可以以自由振蕩的形式存在或者在系統(tǒng)的某一點施加激勵的作用下而產(chǎn)生，正如我們在后面將看到的。確實，調(diào)諧振蕩器是單自由度系統(tǒng)（像一個振蕩模型），它主要由一個理想彈簧與理想的（不是保護性的）粘滯阻尼器并聯(lián)組成，一端粘在一起，另一端接地。張馳振蕩器是一種其電容器被逐漸充電，然后快速放電的振蕩器。通常由一個電阻器或者電流源，電容器和一個“閥門”裝置，如氖燈、兩端交流開關(guān)、單結(jié)晶體管或者耿式效應二極管來實現(xiàn)。因為下面進行了簡化，單“閥門”裝置將由一套比較器和一個RS鎖存器代替。電容器通過電阻器被充電，使電容器的兩端電壓以指數(shù)曲線接近充電電壓。和電容器并聯(lián)的是閥門裝置。這樣的裝置直到端電壓達到某一個閥值（觸發(fā)）電壓才導通。然后電容器強烈導電、快速放電。當電容兩端的電壓降到閥值電壓時，裝置停止導電，電容器又開始充電，然后重復這個過程。如果閥門元件是一個氖燈，在每一次電容器放電時，電路也會提供短脈沖閃光。習題答案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.張馳振蕩器是一種其電容器被逐漸充電，然后快速放電的振蕩器。通常由一個電阻器或者電流源，電容器和一個“閥門”裝置，如氖燈、兩端交流開關(guān)、單結(jié)晶體管或者耿式效應二極管來實現(xiàn)。因為下面進行了簡化，單“閥門”裝置將由一套比較器和一個RS鎖存器代替。C．課內(nèi)閱讀譯文射頻頻譜和分貝定義射頻頻譜術(shù)語射頻（RF或rf）是指當交流電流被輸入給天線時產(chǎn)生的電磁場。這個場，也叫射頻場或無線電波，可以被用于無線廣播和通信，是整個電磁輻射頻譜重要的一部分——從大約9千赫 (kHz) 到成千吉赫 (GHz)。這部分為射頻頻譜。當頻率增加到射頻頻譜以上時，電磁能量以紅外線、可見光、紫外線和伽馬射線的形式出現(xiàn)。許多類型無線裝置使用射頻場——收音機、電視機、無線和蜂窩電話、衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及許多用于制造業(yè)的測量和儀表系統(tǒng)。一些無線裝置，如遠程控制箱和無線鼠標，運行在紅外線或可見光頻率。射頻頻譜被分成幾個范圍或波段。除了最低頻波段，每一個波段，相應的數(shù)量級（十分之一功率）表示頻率的增加。下面的圖表描述了射頻頻譜的八個波段，表示頻率和帶寬范圍。 射頻頻譜的八個波段國際上，射頻頻譜被國際電信聯(lián)盟（ITU）按照世界不同地區(qū)分配成不同業(yè)務類型。在美國和它的領(lǐng)地中，射頻頻譜被進一步分配給非政府和政府用戶。英國聯(lián)邦通信委員會（FCC）在國會監(jiān)管下負責分配頻率給非政府用戶。國家電信和信息管理局（NTIA）負責分配頻率給美國政府部門和代理機構(gòu)。NTIA通過內(nèi)部無線電顧問委員會（IRAC）的協(xié)助完成它的功能。IRAC也負責維護頻分配率的國家。射頻頻譜的非政府和政府用戶之間的協(xié)調(diào)通過FCC和NTIA的聯(lián)合會議來完成。分貝定義分貝是用于表達信號強度相對差別的單位。用兩個信號功率比的、以10為底的對數(shù)來表示：dB = 10 log (P1/P2)信號振幅也能用dB表示。因為功率和信號振幅的平方成正比（例如，功率比的100等于振幅比的10），dB表達式如下所示: dB = 20 log (A1/A