【正文】 以將數(shù)百個(gè)這樣的晶體管放入一個(gè)紅細(xì)胞內(nèi)。計(jì)算機(jī)芯片的功能每年都變得更加強(qiáng)大，但價(jià)格卻比前一年低很多。早期集成電路的開(kāi)創(chuàng)者和因特爾公司的奠基人Gordon Moore曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“如果汽車(chē)工業(yè)能和半導(dǎo)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(kāi)上一季度就棄之如敝屣，毫不可惜地丟掉它，再換一輛新的。”習(xí)題答案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(gè)原型至今，集成電路已走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。他的構(gòu)思開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，并成為社會(huì)計(jì)算機(jī)化背后的一個(gè)關(guān)鍵要素。如今大部分先進(jìn)的電路在 比指甲還小的面積上都包含有數(shù)億個(gè)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(gè)這樣的晶體管放入一個(gè)紅細(xì)胞內(nèi)。C．課內(nèi)閱讀譯文第一個(gè)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(gè)實(shí)驗(yàn)裝置扔進(jìn)了裝有水的熱水瓶中。這個(gè)他制作的以硅為原料的新發(fā)明是用來(lái)幫助他研究電子在半導(dǎo)體表面是如何作用的，但是無(wú)論他們?cè)趺醋?，都不可能制作成一個(gè)放大器。水汽不斷凝結(jié)在硅的表面使整個(gè)實(shí)驗(yàn)一團(tuán)糟。為了擺脫水汽凝結(jié)，Brattain原來(lái)想將硅放入真空中，但是他認(rèn)為那樣會(huì)花太長(zhǎng)時(shí)間，于是他將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置放入水中——這肯定避免了水汽凝結(jié)。出乎意料，這個(gè)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(xué)家Robert Gibney吃驚地盯著這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他們開(kāi)始撥動(dòng)不同的旋鈕和按鈕，通過(guò)增加正電壓，這一效應(yīng)更加明顯，而加負(fù)電壓則會(huì)使這個(gè)現(xiàn)象完全消失。這樣看來(lái)，電子在半導(dǎo)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(gè)放大器的最大障礙已經(jīng)被克服了。當(dāng)John Bardeen獲悉所發(fā)生的事情之后，他又想出一種新方法來(lái)制作放大器。11月21日，Bardeen建議給蒸餾水中的硅加上一個(gè)金屬接觸點(diǎn)。水消除電子阻礙放大的問(wèn)題，這就和這個(gè)接觸點(diǎn)是一樣的原理。在這個(gè)粗糙的裝置中，接觸點(diǎn)不能接觸水，必須只能接觸硅。一如既往，Brattain是一個(gè)天才，在實(shí)驗(yàn)室中他可以制作任何東西。當(dāng)該放大器建成，它很好地工作了。當(dāng)然，雖然只有較小的功放——但它是工作的。當(dāng)Bardeen 和Brattain用一小滴水獲得微弱的放大之后，他們認(rèn)為他們正在做一些有實(shí)用價(jià)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(lái)代替水從而獲得更大的電流。12月8日，Bardeen建議用鍺來(lái)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(yùn)動(dòng)起來(lái)，而不只是電子的運(yùn)動(dòng)。但是放大器仍然是放大器，這只是一個(gè)開(kāi)始。很不幸的是，這個(gè)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?yàn)槿说穆曇纛l率相當(dāng)復(fù)雜。所以下一步要做的就是使放大器能運(yùn)用于所有的頻率 范圍。Bardeen 和Brattain認(rèn)為問(wèn)題在于液體，所以他們用本質(zhì)是鍺銹的氧化鍺來(lái)代替液體。Gibney準(zhǔn)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(kāi)始插入接觸點(diǎn)。事實(shí)上，該器件工作和沒(méi)有氧化層的情況是一樣的。當(dāng)Brattain反復(fù)地戳金接觸點(diǎn)時(shí)，他意識(shí)到根本沒(méi)有氧化層，因?yàn)樗恍⌒陌阉吹袅?。?dāng)時(shí)他很生自己的氣，但仍然決定讓接觸點(diǎn)接觸鍺，此時(shí)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(diǎn)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(gè)方法好于使用水做電解液，因?yàn)樗芊糯笏蓄l率下的電流。之后的一個(gè)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(gè)效果合并起來(lái)。他們知道問(wèn)題的關(guān)鍵是使鍺片和兩個(gè)金接觸點(diǎn)的距離小于1毫米。Walter Brattain在塑料三角片上粘上金箔，在一個(gè)點(diǎn)上剪開(kāi)金箔。通過(guò)三角片的點(diǎn)接觸到鍺上，他們看到了出乎尋常的效果——信號(hào)從一個(gè)金點(diǎn)流過(guò)，通過(guò)另一個(gè)金接觸點(diǎn)被放大。這樣，第一個(gè)點(diǎn)接觸晶體管就這樣誕生了。第四單元 放大器A．課文譯文運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器的名字來(lái)源于它最初用途之一，在早期的模擬計(jì)算機(jī)中加、減常被用來(lái)完成數(shù)學(xué)運(yùn)算?，F(xiàn)代技術(shù)中使得它有各種各樣的用途。運(yùn)算放大器的名字經(jīng)常縮寫(xiě)成OPA。運(yùn)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(shí)重現(xiàn)輸入波形的放大器。線性放大器的輸出應(yīng)該是輸入信號(hào)的真實(shí)復(fù)制品。因?yàn)樗母咴鲆?，所以運(yùn)算放大器通常使用外部元件來(lái)減少其增益到需要的水平。運(yùn)算放大器是直接耦合的，它能放大直流輸入信號(hào)，也能放大交流輸入信號(hào)。它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。供給運(yùn)算放大器的電源通常從正負(fù)電源獲得（）。這能使輸出在零伏特處上下振蕩（）。 運(yùn)算放大器符號(hào)運(yùn)算放大器通常由四個(gè)串聯(lián)級(jí)組成。每一級(jí)是一個(gè)完成特定功能的放大器。 運(yùn)算放大器各級(jí)裝置輸入是一個(gè)具有兩個(gè)浮置輸入V1和V2的微分放大器。微分放大器放大兩個(gè)輸入之間的電壓差 (V1和 V2)。這種類(lèi)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(jí)是一個(gè)高增益放大器，提供設(shè)備的主要增益。第三級(jí)是輸出放大器，它提供一個(gè)低輸出阻抗。它能傳送一個(gè)大輸入信號(hào)電流或電壓。輸出電壓可以在正負(fù)電源的幾伏特范圍中振蕩。所有各級(jí)連接起來(lái)可產(chǎn)生非常高的增益。這個(gè)增益叫做“開(kāi)環(huán)增益”。在實(shí)際電路中，輸出電壓的一小部分以相反極性被反饋到某個(gè)輸入端，從而減少總的增益。這個(gè)過(guò)程叫做“負(fù)反饋”。隨著負(fù)反饋的應(yīng)用，這個(gè)增益被減少，運(yùn)算放大器被認(rèn)為具有一個(gè)“閉環(huán)增益”。理想運(yùn)算放大器有如下特性：1. 無(wú)窮大輸入阻抗。這是兩個(gè)輸入端之間的阻抗。連接時(shí)輸入不會(huì)加載任何電路。2. 零輸出阻抗。輸出阻抗應(yīng)該為零。這確保放大器能提供的輸出功率沒(méi)有限制。3. 無(wú)窮大的開(kāi)環(huán)增益。在應(yīng)用負(fù)反饋以前，放大器的增益在理想上是無(wú)窮大的。4. 無(wú)窮帶寬。理想運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)帶寬被認(rèn)為是無(wú)窮大的。在實(shí)際情況下，運(yùn)算放大器不能達(dá)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(xí)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(shí)際電路中，輸出電壓的一小部分以相反極性被反饋到某個(gè)輸入端，從而減少總的增益，這個(gè)過(guò)程叫做“負(fù)反饋”。C．課內(nèi)閱讀譯文反饋放大器。輸入信號(hào)xi和輸出信號(hào)xo可以是相電壓，或者是相電流，或者一個(gè)是相電壓，一個(gè)是相電流。如圖所示，按照反饋結(jié)構(gòu)的特殊類(lèi)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(guò)基本的放大器，而反向傳輸通過(guò)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(yùn)行在中頻區(qū)域。輸入信號(hào)xi和通過(guò)反饋B網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)Bxo 有相同的量綱，也就是，他們都是電壓或者都是電流。對(duì)于負(fù)反饋，它們?cè)跁r(shí)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(gè)差值的A倍，A表示基本放大器的增益。因?yàn)楫?dāng)反饋回路斷開(kāi)時(shí)，使Bxo為零，A也是系統(tǒng)的增益。A被作為開(kāi)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(biāo)f表示帶有反饋的增益。對(duì)于這個(gè)討論，我們假設(shè)A只依賴(lài)于基本放大器內(nèi)部的組成，包括可用的負(fù)載，反饋系數(shù)B只依賴(lài)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(gè)輸出量是輸出電壓或者輸出電流，然后提供這個(gè)信號(hào)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(kāi)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(gè)系統(tǒng)通常被稱(chēng)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(rèn)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(dǎo)倒數(shù)，每一個(gè)都是電壓對(duì)電流的比， B是導(dǎo)納。這就是常說(shuō)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(dǎo)納，B是跨導(dǎo)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(lái)產(chǎn)生信號(hào)的裝置。它們不需要輸入信號(hào)就能產(chǎn)生輸出信號(hào)。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(yīng)用場(chǎng)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(kuò)頻通信、射頻和無(wú)線系統(tǒng)中——因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該先了解它們。當(dāng)我們不想要振蕩時(shí)，有時(shí)振蕩也會(huì)發(fā)生——如果雜散反饋路徑存在，放大器就能振蕩。沒(méi)有振蕩器我們很有可能生活在一個(gè)非?？菰锏氖澜缰?。當(dāng)放大器帶有反饋路徑，并且滿(mǎn)足兩個(gè)條件，振蕩就發(fā)生了：放大條件——通過(guò)放大器/反饋網(wǎng)絡(luò)的級(jí)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(diǎn)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(kāi)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(wú)限增長(zhǎng)了。因此，在精確的設(shè)計(jì)、仿真或者建模方面，振蕩器不是最簡(jiǎn)單的裝置。優(yōu)良而穩(wěn)定的振蕩器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)真正的藝術(shù)。當(dāng)你對(duì)振蕩器了解更多的時(shí)候，你一定更加賞識(shí)它們！ 電子振蕩器有兩種主要類(lèi)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(jiǎn)單的模型，但也是振蕩主流中最重要的一個(gè)模型。在工程系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，一般是由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、絕緣、地震、橋梁、建筑、控制和自動(dòng)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(lèi)型激勵(lì)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(yīng)更一般類(lèi)型的激勵(lì)。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(diǎn)施加激勵(lì)的作用下而產(chǎn)生，正如我們?cè)诤竺鎸⒖吹降?。確實(shí)，調(diào)諧振蕩器是單自由度系統(tǒng)（像一個(gè)振蕩模型），它主要由一個(gè)理想彈簧與理想的（不是保護(hù)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(gè)電阻器或者電流源，電容器和一個(gè)“閥門(mén)”裝置，如氖燈、兩端交流開(kāi)關(guān)、單結(jié)晶體管或者耿式效應(yīng)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄旅孢M(jìn)行了簡(jiǎn)化，單“閥門(mén)”裝置將由一套比較器和一個(gè)RS鎖存器代替。電容器通過(guò)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(mén)裝置。這樣的裝置直到端電壓達(dá)到某一個(gè)閥值（觸發(fā)）電壓才導(dǎo)通。然后電容器強(qiáng)烈導(dǎo)電、快速放電。當(dāng)電容兩端的電壓降到閥值電壓時(shí)，裝置停止導(dǎo)電，電容器又開(kāi)始充電，然后重復(fù)這個(gè)過(guò)程。如果閥門(mén)元件是一個(gè)氖燈，在每一次電容器放電時(shí)，電路也會(huì)提供短脈沖閃光。習(xí)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(gè)電阻器或者電流源，電容器和一個(gè)“閥門(mén)”裝置，如氖燈、兩端交流開(kāi)關(guān)、單結(jié)晶體管或者耿式效應(yīng)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄旅孢M(jìn)行了簡(jiǎn)化，單“閥門(mén)”裝置將由一套比較器和一個(gè)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(yǔ)射頻（RF或rf）是指當(dāng)交流電流被輸入給天線時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。這個(gè)場(chǎng)，也叫射頻場(chǎng)或無(wú)線電波，可以被用于無(wú)線廣播和通信，是整個(gè)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(dāng)頻率增加到射頻頻譜以上時(shí)，電磁能量以紅外線、可見(jiàn)光、紫外線和伽馬射線的形式出現(xiàn)。許多類(lèi)型無(wú)線裝置使用射頻場(chǎng)——收音機(jī)、電視機(jī)、無(wú)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(cè)量和儀表系統(tǒng)。一些無(wú)線裝置，如遠(yuǎn)程控制箱和無(wú)線鼠標(biāo)，運(yùn)行在紅外線或可見(jiàn)光頻率。射頻頻譜被分成幾個(gè)范圍或波段。除了最低頻波段，每一個(gè)波段，相應(yīng)的數(shù)量級(jí)（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(gè)波段，表示頻率和帶寬范圍。 射頻頻譜的八個(gè)波段國(guó)際上，射頻頻譜被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）按照世界不同地區(qū)分配成不同業(yè)務(wù)類(lèi)型。在美國(guó)和它的領(lǐng)地中，射頻頻譜被進(jìn)一步分配給非政府和政府用戶(hù)。英國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）在國(guó)會(huì)監(jiān)管下負(fù)責(zé)分配頻率給非政府用戶(hù)。國(guó)家電信和信息管理局（NTIA）負(fù)責(zé)分配頻率給美國(guó)政府部門(mén)和代理機(jī)構(gòu)。NTIA通過(guò)內(nèi)部無(wú)線電顧問(wèn)委員會(huì)（IRAC）的協(xié)助完成它的功能。IRAC也負(fù)責(zé)維護(hù)頻分配率的國(guó)家。射頻頻譜的非政府和政府用戶(hù)之間的協(xié)調(diào)通過(guò)FCC和NTIA的聯(lián)合會(huì)議來(lái)完成。分貝定義分貝是用于表達(dá)信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)差別的單位。用兩個(gè)信號(hào)功率比的、以10為底的對(duì)數(shù)來(lái)表示：dB = 10 log (P1/P2)信號(hào)振幅也能用dB表示。因?yàn)楣β屎托盘?hào)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(dá)式如下所示: dB = 20 log (A1/A