专业英语课文翻译

,Unit 6

6.5.1 电路

当你揿下开关，打开灯，电视，真空吸尘器或计算机时，你有没有好奇地想，到底里面是怎么回事？其实这时你正闭合（接通）一个电路，使电流（电子流）能够从导线中流过。

图6.1是一个手电筒的简单电路，其一端是电池，另一端是手电筒灯泡。当开关断开时，电路没有闭合，电路中没有电流，当开关合上时，构成了闭合电路，电流流过灯泡使它发光。

电路可能是庞大的电力系统，通过数千英哩输送几百万瓦特的电能，也可能是含有数百万晶体管的微型芯片。就是有这些特别小的电路才有可能造出台式计算机。最前沿的可能是纳米电子电路，其器件尺寸在纳米级（十亿分之一米）。

6.3.2 欧姆定律

如果把某种材料连接到一个理想电压源u(t)的两端（如图6.2所示），假设u(t)=1V，则材料顶部的电势（电位）比其底部的电势高出1V，因为电子是携带负电荷的，在材料中的电子将从材料的底部流向顶部，即有电流i(t)从材料的顶部通过材料流向底部。

因此，当电源极性给定时，当u(t)为正时，电流正方向如图6.2所示，如果u(t)=2V，同理材料顶部的电势（电位）比其底部的电势高出2V，所以电流i(t)仍为正的（当材料为“线性”材料时，电流是原来的两倍）。对任意给定的电压函数u(t)，如果产生的电流总是正比于给定的电压函数u(t)，则该材料被称为线性电阻。

对一个线性电阻有：

和

电阻的单位（伏特每安培）被称做欧姆，并用大写希腊字母“ ”表示，上面的两个方程都被称为欧姆定律。

6.3.3 基尔霍夫定律

德国物理学家基尔霍夫Gustav Kirchhoff（1824—1887）得出了基尔霍夫定律，我们可以用它来分析任何电路元件（电压源、电流源和电阻）以及其他电子器件构成的相互连接。我们把这种相互连接称为一个电路或一个网络。

现在我们给出基尔霍夫两个定律中的第一个——基尔霍夫电流定律（KCL），它是根据电荷守恒的定律给出的:

对一个给定的电路，两个或更多的元件的连接点称为节点(图 6.3)。对电路的任何一个节点，在每一瞬时流入节点的电流之和总是等于流出节点的电流之和。

如果考虑电流的流向，取流入节点为正，流出节点为负，则基尔霍夫电流定律也可以等价表达成：

对电路中的任一节点，电流的代数和为0。

现在给出基尔霍夫第二定律——电压定律。我们先引入“闭合回路”的概念。从电路的任一节点开始，通过电路中每一个元件再回到电路的出发节点且其它每个节点只能通过一次，形成一个闭合回路(图6.4)。

基尔霍夫电压定律（KVL）是：

沿着电路的任一闭合回路，每一瞬时的（某一极性）上升电压之和等于（其相反极性）下降电压之和。

假定定义元件两端的电压极性从正到负为正电压，从负到正为负电压（反之亦然即定义电压极性从负到正为正电压，从正到负为负电压也可以），基尔霍夫电压定律也可以表述成下列形式：

绕电路中的任一闭合回路，电压的代数和等于0。

6.3.4 电路分析方法

求出一个电路的变量（无论是电压还是电流）的过程称为电路分析。虽然一些简单的电路就已经十分有用了，对这些简单的单级放大电路，只要直接运用欧姆定律、KCL和KVL就可以求解。

但是我们必须学会分析更加复杂的电路，在复杂电路中显然不可能直接列出和求解线性代数方程组。

我们可采用几种不同的分析方法去分析复杂电路，其中一种是：列出一组瞬时方程，方程组中的变量全是电压，这种方法称为节点电压法。另一种方法是：列出一组变量全是电流的瞬时方程，这种方法称为网孔电流法。

节点电压法可以适用于任何电路，但网孔电流法却不是，网孔电流法不适用于“非平面网络”。但还有一种与网孔电流法相似的，也以电流为变量的分析方法——回路电流法却可以适用于任何电路。

6.3.5 正弦电路

在讨论电路突然接通电源或电路的输入信号是突变或不规则的时候，可用阶跃函数和脉冲函数输入信号来分析电路的响应，这就是暂态分

析过程。

但如果想了解对一个有规律的或周期性的输入信号，电路是如何响应的，则到目前为止最有用的是正弦函数输入信号，这种分析称为稳态分析。

正弦函数是特别重要和常见的函数，首先日常用电的电压是（时间的）正弦（函数）的，其次无线电传输所用的信号不是调幅信号就是调频信号。

调幅（AM）信号即一个其电压的幅度是按照一些信息信号的规律变化或称调制的正弦信号，调频（FM）信号即一个其频率被调制的正弦电压信号。

对于正弦电量，我们有如下结论：

1）如果一个线性、时不变电路的输入是一个正弦信号，则它的响应是一个同频率的正弦信号。

2）通过用实数或复数求解我们可以求出一个正弦稳态响应的幅值和相位角。

3）如果一个正弦电路的输出响应比输入信号先达到峰值，则称此电路是超前网络，否则就称为滞后网络。

4）用相量和阻抗的概念，在同一频域的正弦电路可以采用类似于分析电阻电路的方法用基尔霍夫的电流、电压定律，节点电压分析法，网孔电流分析法和回路分析法的相量（复数）形式进行分析。

8.3.1我们最熟悉的数字系统是以10为基即十进制系统。但近年来科技的发展却需要产生其它的数字系统，如电子计算机需要开发可

以适应电子处理的数字系统，这些数字系统是二进制（基为2），八进制（基为8）和十六进制（基为16）。

二进制系统是计算机的基本语言,而八进制和十六进制系统通常在计算机通信和计算机储存信息时用。因为计算机只能处理二进制数据或其它系统如八进制和十六进制中的二进制编码，所以十进制系统必须先转换成这些系统才能用计算机进行处理。当计算机对所给的信息处理完毕后，输出的信息是以非十进制形式打印或显示出来，因此这些输出信息也必须再转换，这次是转换回十进制系统。

数字电子技术是一门逻辑科学，一般来说，逻辑学是按一般原则进行推理的科学。数字逻辑学是用数字推理的科学。几乎所有的数字(逻辑)功能都可以用一种特殊的称为门的电路来实现。如果逻辑运算太复杂,无法用一个门来实现，也可以通过几个门的组合来实现这个逻辑运算。这些扩展的逻辑电路被称为组合逻辑电路。

8.3．2两种最基本的逻辑函数是“与”和“与非”函数，这两个函数的差别在于它们是互补的，即在功能上是相反的。

“与”门的数字逻辑功能是当它所有的输入为高电平时它的输出为高电平。图8.1(a)给出一个“与”门的符号，它有二个输入端A、B 和一个输出端C。门电路最多可以有8个输入端。

当“与”门的二个输入（或当它的输入不止两个时，所有的输入）为高电平（1）时它输出高电平（1）。这个关系通常可以写作：C =AB 这个表达式可以说成：当A等于1且B等于1时有C等于1或A与B等于C。

?“与非门”比“与”门用得更普遍（图8.1（b）），它和“与”门是互补的，即逻辑上它的输出和“与”门相反。因为“与非”门的电路实现比较简单，所以它比“与”门便宜，使用也方便。在AND前面的字母N 意味着是非“与”。

逻辑（表达式）中对一个非门也有不同的表示法，常用字母上加一个上划线来表示非的关系。如：

它表示“A与B等于非C”。在与非门中，大部分情况下它输出都为高（1），除非当所有的输入都为高时，与非门的输出为低（0）。

2. OR gate “或”门

“或”门（图8.1（c））的逻辑功能是指当“或”门的任何一个输入为逻辑上高电平（1）时它输出为高（1），这种逻辑功能通常可写成：C=A+B

加号（+）”意味着“或”这种逻辑关系，可说成：“如果A或B 等于1则C等于1”。

https://www.360docs.net/doc/a97070872.html,bining logic functions 组合逻辑门

单个逻辑门是构造块，如果只需要一个单一逻辑关系时可以只用它们其中一个，但要实现更复杂的逻辑运算时它们也可以与其它门结合构成组合逻辑门。

有时用一种门去代替其它的门更有利，设计者可以用手边的门电路来实现各种电路，这就是数字集成门电路的多功能性和适应性。8.1.3 The Flip-Flops and Clock

Microprocessors employ both latches and flip-flops. The basic RS latches not a flip-flop because it is an asynchronous device (it is unlocked). That is, a latch functions at arbitratry times, whenever data pulses may be inputted. On the other hand, we will see that a flip-flop is a synchronous device; it is clocked, and it can change state only on arrival of a clock pulse. Clock pulses are basically square waves they may have a very low repetition, or they may have a very high repetition rate.

Note that the simple arrangement depicted in fig 6.2 prerates as a flip-flop, as the RS latch function is clocked in step with the clock input. This is an active-low configuration; the R and S outputs can be complemented only while the clock is logic-low.

微处理器要用到锁存器和触发器，基本的RS锁存器并不是真正的触发器，因为它是异步器件（它是非时钟触发的），即其在任意时刻只要有数据脉冲输入就动作。而一个真正的触发器是一个同步器件，是时钟（触发）的。只有当一个时钟脉冲来到时它才改变状态。时钟脉冲一般是方波，可以有很低循环周期也可以有很高的循环周期。

注意到图8.3所示的简单设计是作为一个触发器工作的，因为RS锁存器的功能锁定在与时钟同步，这是一种低电平有效的线路接法，只有当时钟脉冲为低电平时R及S输出端才可能互补。