本书主要介绍了电子技术、通信技术及互联网的基础知识，涵盖了工程、物理、化学和其他应用科学领域的电子与通信专业内容。全书共由九章组成，每一章在内容上都是彼此独立的，都是对专业技术的基础知识总结。本书主要内容有电路基础知识、交流电路、二极管应用、半导体二极管和晶体管、实用放大器电路、运算放大器、数字电路、数字计算机和数字系统。本书与其他教材在内容篇幅、结构安排和讲述重点方面都有所不同，优势在于可以使用一本教材介绍和讲述电路、电子学和数字通信等重要课题。本书适用于需要了解现代电子和通信技术的学生及工程技术人员。

目录
译者序
前言
致谢
第1章　电路基础　1
1.1　引言　1
1.2　量纲和单位　1
1.3　基本概念　2
1.3.1　电场　2
1.3.2　电压　2
1.3.3　电流　3
1.3.4　功率　3
1.3.5　欧姆定律　3
1.3.6　焦耳热定律　4
1.3.7　基尔霍夫定律　5
1.4　电路元件　6
1.4.1　电阻　6
1.4.2　电容器　7
1.4.3　电感器　10
1.4.4　电池　12
1.4.5　电压源和电流源　15
1.4.6　电源等效变换　16
1.5　串联与并联电路　17
1.6　电路简化　20
1.6.1　等效定理　20
1.6.2　叠加定理　20
1.6.3　戴维南定理　21
1.6.4　诺顿定理　22
1.6.5　最大功率传输和匹配　23
1.7　网孔或回路方程　25
1.8　RC电路和RL电路中的暂态和
时间常数　28
1.8.1　RC电路　28
1.8.2　时间常数　30
1.8.3　RL电路　31
1.9　RLC电路　33
1.9.1　引言　33
1.9.2　并联RLC电路：无源
情况　34
1.9.3　式（1-64）的三种不同解　36
1.9.4　三种情况的全解　38
1.9.5　并联RLC电路的其他
示例　42
1.9.6　串联RLC电路：无源
情况　45
1.9.7　存在信号源时的电路
响应　49
1.9.8　小结　54
1.10　总结　55
习题　56
第2章　交流电路　62
2.1　引言　62
2.2　正弦激励函数　63
2.2.1　相量分析　64
2.2.2　R、L和C的阻抗和相量
关系　67
2.2.3　导纳　69
2.3　高通滤波器和低通滤波器　69
2.3.1　RC滤波器　70
2.3.2　高通RC滤波器　71
2.3.3　RL滤波器　71
2.3.4　高通RL滤波器　72
2.4　谐振和带通滤波器　73
2.4.1　串联谐振　73
2.4.2　并联谐振　75
2.4.3　Q因子和带宽　77
2.5　交流和射频电路中的电源　81
2.5.1　平均功率　81
2.5.2　功率计算中的有效值或
均方根值　83
2.5.3　功率因数　84
2.6　变压器和阻抗匹配　86
2.6.1　磁链和理想的变压器　87
2.6.2　阻抗转换　90
2.7　总结　91
习题　92
第3章　二极管的应用　97
3.1　引言　97
3.2　整流　97
3.2.1　理想和实际的二极管　97
3.2.2　半波整流　98
3.2.3　全波整流　99
3.2.4　整流滤波器　100
3.2.5　滤波后残留的纹波电压　101
3.2.6　倍压器　102
3.3　削波和钳位电路　102
3.3.1　削波　102
3.3.2　限幅器　103
3.3.3　钳位　104
3.4　齐纳二极管稳压　105
3.5　可控硅整流器　106
3.5.1　引言　106
3.5.2　可控硅整流器特性　107
3.6　总结　109
习题　110
第4章　半导体二极管和晶体管　112
4.1　引言　112
4.2　半导体中的空穴和电子传导　112
4.2.1　本征半导体　112
4.2.2　非本征半导体　114
4.2.3　N型半导体　114
4.2.4　P型半导体　115
4.2.5　掺杂半导体中的导电　115
4.3　PN结、二极管结和二极管　116
4.3.1　正向偏置　118
4.3.2　反向偏置　119
4.3.3　整流器方程　119
4.4　PN结和晶体管　121
4.4.1　双极结型晶体管　121
4.4.2　场效应晶体管　123
4.4.3　传输特性　126
4.4.4　其他类型的场效应
晶体管　126
4.5　晶体管作为放大器　127
4.5.1　放大器的元件　127
4.5.2　基本设计注意事项　128
4.5.3　双极结型晶体管作为
放大器　129
4.5.4　直流自偏置设计和热失控
保护　131
4.5.5　固定电流偏置　133
4.5.6　场效应晶体管作为
放大器　134
4.5.7　图形方法　134
4.5.8　Q点近似法　135
4.5.9　场效应晶体管的偏置　136
4.5.10　偏置电阻导致的增益
损失　136
4.5.11　晶体管作为通断开关　138
4.6　安全考虑和接地　139
4.7　总结　141
习题　141
第5章　实用放大器电路　145
5.1　引言　145
5.2　理想放大器　146
5.3　小信号放大器　148
5.3.1　小信号模型（FET）　148
5.3.2　小信号模型（BJT）　150
5.3.3　放大器比较　154
5.4　增益的分贝符号　155
5.5　放大器的频率响应　156
5.5.1　低频增益损失　156
5.5.2　高频增益损失　159
5.5.3　组合频率响应　160
5.5.4　放大电路的级联　161
5.6　时间响应和脉冲放大器　161
5.6.1　傅里叶级数　162
5.6.2　脉冲放大器　162
5.6.3　上升时间　163
5.6.4　倾斜　164
5.6.5　方波测试　164
5.7　功率放大器　165
5.7.1　变压器耦合的A类
放大器　165
5.7.2　B类推挽放大器　167
5.7.3　B类互补放大器　168
5.8　AM无线电接收机　170
5.8.1　射频级　172
5.8.2　混频器　172
5.8.3　音频放大　175
5.8.4　小结　175
5.9　总结　175
习题　176
第6章　运算放大器　180
6.1　引言　180
6.2　运算放大器：几乎理想的
放大器　180
6.2.1　反相放大器　181
6.2.2　同相放大器　183
6.3　电压跟随器和单位增益
缓冲器　184
6.4　求和器、减法器和数/模
转换器　185
6.5　差分放大器　187
6.5.1　实际与理想　188
6.5.2　干扰信号　189
6.6　差分、积分和对数放大器　192
6.7　有源RC滤波器　194
6.8　比较器和模/数转换器　195
6.8.1　比较器　195
6.8.2　模/数转换器　196
6.9　模拟计算机　197
6.10　总结　200
习题　201
第7章　数字电路　204
7.1　引言　204
7.1.1　数字化的原因　204
7.1.2　模拟世界中的数字信号　204
7.2　数字信号表示　205
7.3　组合逻辑　207
7.3.1　“与”门　207
7.3.2　“或”门　208
7.3.3　“非”门　208
7.3.4　“与非”门和“或非”门　210
7.3.5　布尔代数　211
7.4　组合逻辑电路　214
7.4.1　加法器电路　214
7.4.2　半加器　214
7.4.3　全加器　216
7.4.4　编码器和解码器　216
7.4.5　七段显示器　218
7.5　时序逻辑电路　219
7.5.1　触发器：一种存储设备　219
7.5.2　时钟触发器　220
7.5.3　具有清零和预设功能的
时钟RS触发器　221
7.5.4　边沿触发器　221
7.5.5　D触发器　222
7.5.6　JK触发器　222
7.5.7　移位寄存器　224
7.5.8　“串行输入-并行输出”
移位寄存器　224
7.5.9　“并行输入-串行输出”
移位寄存器　225
7.5.10　十进制计数器　228
7.5.11　同步计数器　229
7.6　存储器　231
7.6.1　RAM单元　232
7.6.2　RAM　232
7.6.3　解码　233
7.6.4　重合解码　234
7.6.5　ROM　234
7.7　总结　234
习题　235
第8章　数字计算机　240
8.1　引言　240
8.2　计算机的力量：存储程序的
概念　240
8.2.1　计算科学和计算机的其他
主要用途　241
8.2.2　微控制器、微处理器和
微型计算机　242
8.2.3　与计算机通信：编程
语言　243
8.3　计算机的组成部分　244
8.3.1　中央处理器　245
8.3.2　时钟　246
8.3.3　RAM　247
8.3.4　ROM　248
8.3.5　接口　249
8.3.6　中断　250
8.3.7　三条总线　250
8.3.8　外围设备：硬盘驱动器、
键盘、显示器和网络
连接　253
8.3.9　与外部设备的连接　257
8.4　CPU　258
8.5　十六进制数和内存寻址　260
8.5.1　十六进制数字　260
8.5.2　内存寻址　262
8.5.3　缓存　267
8.6　操作系统　268
8.6.1　控制器和驱动程序　269
8.6.2　操作系统稳定性　273
8.6.3　云计算　274
8.7　总结　274
习题　275
第9章　数字系统　278
9.1　引言　278
9.2　数字通信与计算机　278
9.3　信息　279
9.3.1　交通灯　279
9.3.2　电传打字机　280
9.3.3　语音信号　280
9.3.4　电视信号　281
9.4　信息率　282
9.4.1　交通灯　282
9.4.2　电传打字机　282
9.4.3　语音信号　283
9.4.4　语音的信息率　289
9.4.5　电视信号信息率　290
9.5　数字通信网络　292
9.5.1　带宽　293
9.5.2　信号带宽　293
9.5.3　系统带宽　294
9.5.4　数字信号的带宽　295
9.5.5　传输信道　296
9.5.6　信噪比、信道带宽和数据
速率　303
9.5.7　数字化产生的噪声　310
9.5.8　AM、FM和脉冲编码
调制　312
9.5.9　多路复用　322
9.5.10　ISDN、早期的互联网
服务　325
9.5.11　电路交换和分组交换　328
9.5.12　宽带ISDN和异步传输
模式　329
9.5.13　互联网体系结构：传输
控制协议/网络互联
协议　331
9.5.14　ATM与TCP/IP的比较以及为什么IP现在很常见　335
9.5.15　数字用户线　336
9.5.16　调制解调器和路由器　338
9.5.17　以太网　341
9.5.18　互联网　342
9.6　从模拟电视到数字电视　345
9.6.1　电视的带宽要求　345
9.6.2　黑白模拟电视　346
9.6.3　彩色模拟电视　348
9.6.4　数字彩色电视　350
9.7　人工智能　352
9.7.1　神经网络和深度学习　353
9.7.2　用梯度下降训练神经
网络　356
9.8　量子计算机　357
9.9　总结　366
习题　367

前　言
关于本书
本书的内容与其他电气工程专业教材的内容基本相同，但本书的层次、结构和重点却有所差别。传统的非电气工程专业教材先介绍电路和电子学,然后介绍电气机械,但我们认为，对于当今的学生而言，对数字技术的了解比对电气机械的了解更为重要。本书先介绍电路和模拟电子技术，然后是数字电子技术，最后以关于数字计算机和数字通信的章节作为结束，这些章节通常不包括在非电气工程的书籍之中。
本书适用于需要了解现代电子和通信技术的学生。本书中的许多内容都是从基本原理发展而来的，因此不需要预先学习其他电路课程，仅需要学习大学数学、物理学及其中包含的电路基础知识。全书重点放在应用和对基本原理的理解上，例如，第8章从用户的角度来理解计算机的各个子系统，包括操作系统和应用程序等硬件和软件的关系，从而将计算机设计方面的专业知识留给更高级的课程。类似地，关于数字通信的第9章详细地介绍了数字信号处理、音频CD和互联网相关领域所必需的信息采样和脉冲编码调制，同时将通信方面的专业知识留给其他更专业的教材。
本书主要面向非电气工程专业学生开设的电气工程相关课程，在一本教材中介绍电路、电子学和数字通信，适合当下许多学校开展的教学改革。
本书的目的
电气工程始于电力工业，在20世纪60年代迅速发展为电子和通信技术，随后进入计算机时代。如今，电气和电子设备已成为计算机工程、生物医学工程、光学工程以及金融市场和互联网等各个领域的核心技术，如现代飞机制造中的电子设备约占总成本的50%。
本书是“电子设备的应用”课程讲义的补充，该课程是为非电气工程专业的学生开设的选修课，引导学生深入地理解电子设备的应用，使学生能够与专业工程师进行有效的交流与互动。本书的目的不是要教授如何设计电气电路，而是深入介绍相关的基础知识，使学生可以理解和掌握运算放大器、数字计算机和数字通信网络的应用。典型的电气工程专业教材省略了电路和通信，在其他内容上过于详尽，而针对非专业读者的电气工程专业教材又过于广泛，其中机械和电力工程的内容与电子和通信无关。此外，在一个学期内开设的课程中，由于学时限制通常无法涵盖教材的全部内容，从而使讲述的内容显得比较混乱。最后，其他可用于设计电路的参考手册对于非电气工程专业的学生又太高阶。因此，需要一本适合一学期课程的简明教材，从有关交流和直流电路的章节开始，到模拟和数字电子技术，最后以关于当代主题的应用章节（例如数字计算机和数字通信网络）结尾，充分展示电子技术在现代技术中的重要性和基础性。本书的编写指南正是基于以上这些视角。
本书的组织
本书包括三个基本部分：电路、电子和通信。因为电子学基本上是电阻、电感、电容与有源器件（例如晶体管）等电路元器件的组合，所以我们从研究电路开始。第1章介绍了电路基础以及最简单的直流电路，随后逐步介绍戴维南定理、最大功率传输和匹配等基本原理。由欧姆定律定义的电阻器被视为能量转换元件，电容器和电感器则是能量存储元件。在引入环路方程作为求解电路中任意位置的电流和电压的方法之前，需要强调理想电源和实际电源之间的区别。在第2章中讨论了交流电路，首先介绍了电路中电流和电压的变化，该变化是随着所施加电源频率的变化而发生的，谐振、带通响应和带宽是这种变化的结果。第2章的内容包括平均功率、交流以及周期波形的有效值、变压器和阻抗匹配。前两章提供了对直流电路和交流电路的瞬态分析和频率响应的基本理解，是本书其余部分的基础。
在第3章中，我们将一个新器件（二极管）添加到电路中，省略冗长的理论，仅将二极管定义为快速通/断开关，将其与RLC元件组合使用可构成削波器、钳位器、稳压器、可控硅整流器等。电源是计算机、电视机等设备中的重要组件，而大多数电子设备使用直流电源，所以我们强调将二极管用于将交流转换为直流的电源中。本章设计了一种由整流器和电容滤波器组成的简单电源。尽管现代电源大多是相当复杂的电路，但这种简单的设计可以使学生对该概念有基本的理解。
在第4章中，我们将从PN结的基本物理学原理开始研究电子学，这可以为因这些复杂设备而困扰的学生解释二极管和晶体管的作用。我们对放大器电路进行图形分析来解释晶体管的放大能力，给出由外部电路施加给晶体管的负载线的概念，并绘制在晶体管特性图上。这些内容是学生比较容易接受的，因此很容易理解放大器的作用。负载线和静态工作点Q还有助于说明直流偏置，这是放大器正常工作所必需的。只有这样，学生才能掌握小信号放大器的数学模型。第5章在介绍频率响应、方波测试和功率放大器之后，给出了一个完整的系统。作为示例，我们剖析了AM无线电接收机，介绍这些部件如何为整个系统服务，进一步说明了当前大多数电子设备都使用集成电路芯片构建。第3～5章涵盖了模拟电子技术，如果选择不强调模拟部分，将更多的学时分配到数字电子技术中，可以忽略这些章节的大部分内容。
第6章的主要内容是运算放大器。本章在很大程度上独立于第3～5章关于模拟电子技术的内容，因此可以单独学习。本章介绍了标准的反相运算放大器电路，该电路的特点是通过向运算放大器施加大量负反馈来获得适度稳定的增益。随后我们考虑了各种常用的运算放大器，包括加法器、比较器、积分器、差分放大器、滤波器、A/D转换器和D/A转换器。本章给出的最后一个例子是模拟计算机，主要是因为它适用于控制，并且涉及很多微分方程的知识，并展示了如何通过电路有效地对机械系统进行建模与求解。
最后3章讨论了数字电子技术的主题。这些章节的目的是使学生对数字计算机和互联网有更深入的了解，这些是数字革命的基石。在第7章中对门电路、组合逻辑和时序逻辑、触发器以及微处理器这些更复杂系统的组成部分进行了讨论。在第8章中介绍了数字计算机，在第9章中介绍了数字系统及通信网络。这些章节并不是为了教授设计技能，而是让学生对基础知识有透彻的了解，以便与专家进行有效的互动。从这种意义上讲，关于数字计算机的章节聚焦于用户交互的内容，如编程语言、RAM、ROM、中央处理器和操作系统。同样，在第9章中，我们介绍了采样过程、奈奎斯特定理、信息速率、多路复用和脉冲编码调制，这些对于理解数字信号处理和数字通信网络都是必不可少的。