電子工程基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)手冊(cè)

電子工程基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)手冊(cè)TOC\o"1-2"\h\u14680第1章電路基礎(chǔ) 4125101.1電阻、電容與電感 420751.1.1電阻 4270431.1.2電容 4279671.1.3電感 440961.2基本電路元件 4277591.2.1電壓源和電流源 4247651.2.2電阻器 481811.2.3電容器 489801.2.4電感器 5224861.3基本電路分析方法 5158401.3.1電路方程的建立 57051.3.2網(wǎng)孔電流法 58491.3.3節(jié)點(diǎn)電壓法 5142021.3.4疊加定理 5202601.3.5等效電路法 510925第2章數(shù)字邏輯電路 5132282.1邏輯門(mén)與邏輯函數(shù) 5318212.1.1邏輯門(mén) 651812.1.2邏輯函數(shù) 6248072.2組合邏輯電路 6162982.2.1組合邏輯電路的特點(diǎn) 637302.2.2常見(jiàn)組合邏輯電路 6296852.3時(shí)序邏輯電路 6210952.3.1時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn) 7154742.3.2常見(jiàn)時(shí)序邏輯電路 76816第3章電子器件與微電子學(xué) 7260743.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 7252983.1.1能帶理論 7246143.1.2雜質(zhì)摻雜 768823.1.3載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律 7256513.2二極管、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)晶體管 898863.2.1二極管 890753.2.2晶體管 8171873.2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管 8149053.3集成電路 8185523.3.1集成電路的基本概念 885513.3.2集成電路的制造過(guò)程 8125523.3.3集成電路的分類(lèi) 8644第4章信號(hào)與系統(tǒng) 8240344.1信號(hào)的分類(lèi)與表示 8106274.1.1信號(hào)的分類(lèi) 815024.1.2信號(hào)的表示 9270764.2系統(tǒng)的性質(zhì)與分類(lèi) 9284494.2.1系統(tǒng)的性質(zhì) 9143544.2.2系統(tǒng)的分類(lèi) 9198624.3傅里葉變換與拉普拉斯變換 924814.3.1傅里葉變換 10139104.3.2拉普拉斯變換 1018617第5章數(shù)字信號(hào)處理 10222865.1數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ) 10287415.1.1數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào) 10230195.1.2采樣與量化 10141585.1.3數(shù)字信號(hào)處理的基本運(yùn)算 10249795.2離散傅里葉變換 10100245.2.1傅里葉變換的基本概念 1097765.2.2離散傅里葉變換的定義 1189415.2.3快速傅里葉變換 11173155.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 11203325.3.1數(shù)字濾波器的分類(lèi) 1126305.3.2數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 1118655.3.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 1128407第6章模擬電子技術(shù) 1195946.1放大器原理與設(shè)計(jì) 11236136.1.1放大器基本原理 11656.1.2放大器類(lèi)型及特點(diǎn) 12301456.1.3放大器設(shè)計(jì)方法 123326.2模擬信號(hào)處理 12103616.2.1模擬信號(hào)處理概述 12275726.2.2運(yùn)算放大器 12300026.2.3濾波器設(shè)計(jì) 1299496.3信號(hào)發(fā)生器與振蕩器 1241866.3.1信號(hào)發(fā)生器概述 12239576.3.2振蕩器原理 1223676.3.3振蕩器設(shè)計(jì) 1231454第7章通信原理 13317727.1通信系統(tǒng)的基本概念 1367227.1.1信號(hào) 13116857.1.2信道 13285877.1.3噪聲 1392117.2模擬通信系統(tǒng) 1328337.2.1調(diào)制與解調(diào) 13123307.2.2信號(hào)傳輸 13159977.2.3噪聲抑制 13134677.3數(shù)字通信系統(tǒng) 13248767.3.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 1461827.3.2信號(hào)編碼與解碼 14166097.3.3錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正 144776第8章控制系統(tǒng) 14232008.1控制系統(tǒng)的基本概念 14100518.1.1控制系統(tǒng)的定義 14323618.1.2控制系統(tǒng)的分類(lèi) 144418.1.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo) 14239848.1.4控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 15224018.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 15170578.2.1微分方程 15129238.2.2傳遞函數(shù) 15241758.2.3狀態(tài)空間表達(dá)式 15313578.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 15202928.3.1經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)方法 15317558.3.2現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)方法 15170388.3.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法 15240508.3.4人工智能控制方法 1632432第9章電子測(cè)量與儀器 16175719.1電子測(cè)量基本原理 16141949.1.1測(cè)量方法 1665289.1.2測(cè)量誤差 16272889.1.3測(cè)量準(zhǔn)確度與精度 16239299.2常用電子測(cè)量?jī)x器 17119139.2.1電壓表 17270529.2.2電流表 17273859.2.3萬(wàn)用表 17219889.2.4示波器 17296639.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 17154019.3.1自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成 183359.3.2自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的功能 182497第10章現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用 18484410.1微控制器及其應(yīng)用 182082210.1.1微控制器原理 18103210.1.2微控制器應(yīng)用 182843710.2數(shù)字信號(hào)處理器及其應(yīng)用 183217710.2.1數(shù)字信號(hào)處理器原理 19589510.2.2數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用 19773710.3通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 192635610.3.1通信技術(shù)原理 191075510.3.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理 19832810.3.3通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用 193060810.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用 19553710.4.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理 20643810.4.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 20第1章電路基礎(chǔ)1.1電阻、電容與電感1.1.1電阻電阻是電路中最基本的元件之一，其主要作用是阻礙電流的流動(dòng)。電阻的符號(hào)為R，單位是歐姆（Ω）。根據(jù)電阻的物理特性，我們可以將其分為線(xiàn)性電阻和非線(xiàn)性電阻。線(xiàn)性電阻的阻值不隨電壓和電流的變化而變化，而非線(xiàn)性電阻的阻值會(huì)隨電壓和電流的變化而變化。1.1.2電容電容是電路中用于存儲(chǔ)電荷的元件，其符號(hào)為C，單位是法拉（F）。電容的基本工作原理是在兩個(gè)導(dǎo)體之間加上電壓，從而在導(dǎo)體之間存儲(chǔ)電荷。電容具有隔直通交的特性，即在直流電路中，電容相當(dāng)于開(kāi)路；在交流電路中，電容則相當(dāng)于短路。1.1.3電感電感是電路中用于存儲(chǔ)磁能的元件，其符號(hào)為L(zhǎng)，單位是亨利（H）。電感的基本工作原理是通過(guò)電流在導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，從而在導(dǎo)體中存儲(chǔ)能量。與電容類(lèi)似，電感具有隔交直通的特性，即在交流電路中，電感相當(dāng)于開(kāi)路；在直流電路中，電感則相當(dāng)于短路。1.2基本電路元件1.2.1電壓源和電流源電壓源是提供電路電壓的元件，其符號(hào)為一個(gè)圓圈加上一個(gè)加號(hào)（或減號(hào)），表示正（或負(fù)）電壓。電流源是提供電路電流的元件，其符號(hào)為一個(gè)圓圈加上一個(gè)箭頭，表示電流的方向。1.2.2電阻器電阻器是一種固定阻值的電阻元件，用于電路中對(duì)電流和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。電阻器的種類(lèi)繁多，包括碳膜電阻器、金屬膜電阻器、繞線(xiàn)電阻器等。1.2.3電容器電容器是一種固定容值的電容元件，用于電路中實(shí)現(xiàn)濾波、耦合、旁路等功能。電容器的種類(lèi)包括陶瓷電容器、電解電容器、薄膜電容器等。1.2.4電感器電感器是一種固定感值的電感元件，用于電路中實(shí)現(xiàn)濾波、振蕩、延遲等功能。電感器的種類(lèi)包括空芯電感器、磁芯電感器、變壓器等。1.3基本電路分析方法1.3.1電路方程的建立電路方程的建立是分析電路的基礎(chǔ)，主要包括節(jié)點(diǎn)方程和支路方程。節(jié)點(diǎn)方程是基于基爾霍夫電流定律（KCL），表示流入和流出節(jié)點(diǎn)的電流之和為零；支路方程是基于歐姆定律，表示電路中各個(gè)元件的電壓和電流關(guān)系。1.3.2網(wǎng)孔電流法網(wǎng)孔電流法是一種基于基爾霍夫電壓定律（KVL）的電路分析方法。該方法將電路中的各個(gè)支路電流作為未知數(shù)，通過(guò)建立網(wǎng)孔方程組，求解出各個(gè)支路電流。1.3.3節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法是一種基于基爾霍夫電流定律（KCL）的電路分析方法。該方法將電路中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓作為未知數(shù)，通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)方程組，求解出各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓。1.3.4疊加定理疊加定理是一種分析線(xiàn)性電路的方法。它指出，在一個(gè)線(xiàn)性電路中，各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，電路中的某個(gè)元件的響應(yīng)等于各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)該元件響應(yīng)的代數(shù)和。1.3.5等效電路法等效電路法是將復(fù)雜電路簡(jiǎn)化為等效電路進(jìn)行分析的方法。常見(jiàn)的等效電路包括等效電阻、等效電容和等效電感等。通過(guò)等效電路法，可以簡(jiǎn)化電路分析過(guò)程，降低計(jì)算的復(fù)雜性。第2章數(shù)字邏輯電路2.1邏輯門(mén)與邏輯函數(shù)在本節(jié)中，我們將介紹數(shù)字邏輯電路的基本組成單元——邏輯門(mén)，以及與之密切相關(guān)的邏輯函數(shù)。2.1.1邏輯門(mén)邏輯門(mén)是實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算的電路。常見(jiàn)的邏輯門(mén)有與門(mén)（AND）、或門(mén)（OR）、非門(mén)（NOT）、與非門(mén)（NAND）、或非門(mén)（NOR）和異或門(mén)（XOR）。（1）與門(mén)：當(dāng)所有輸入信號(hào)都為高電平時(shí)，輸出信號(hào)才為高電平。（2）或門(mén)：只要有一個(gè)輸入信號(hào)為高電平，輸出信號(hào)就為高電平。（3）非門(mén)：輸入信號(hào)取反，即高電平變低電平，低電平變高電平。（4）與非門(mén)：先進(jìn)行與運(yùn)算，再進(jìn)行非運(yùn)算。（5）或非門(mén)：先進(jìn)行或運(yùn)算，再進(jìn)行非運(yùn)算。（6）異或門(mén)：當(dāng)輸入信號(hào)狀態(tài)相異時(shí)，輸出信號(hào)才為高電平。2.1.2邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)是描述輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。常見(jiàn)的邏輯函數(shù)有與函數(shù)、或函數(shù)、非函數(shù)、與非函數(shù)、或非函數(shù)和異或函數(shù)。這些函數(shù)可以由邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)。2.2組合邏輯電路組合邏輯電路（CombinationalLogicCircuit）的輸出僅僅取決于當(dāng)前輸入信號(hào)的狀態(tài)，與電路之前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。2.2.1組合邏輯電路的特點(diǎn)（1）無(wú)反饋路徑：組合邏輯電路中，輸出信號(hào)不反饋到輸入端。（2）輸出僅與當(dāng)前輸入有關(guān)：組合邏輯電路的輸出僅由當(dāng)前輸入信號(hào)的狀態(tài)決定。（3）組合邏輯電路的設(shè)計(jì)：根據(jù)邏輯功能需求，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬮T(mén)，將輸入信號(hào)組合成輸出信號(hào)。2.2.2常見(jiàn)組合邏輯電路（1）編碼器：將多個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)二進(jìn)制編碼輸出。（2）譯碼器：將一個(gè)二進(jìn)制編碼輸入轉(zhuǎn)換為多個(gè)輸出信號(hào)。（3）多路選擇器：根據(jù)選擇信號(hào)，從多個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)輸出。（4）算術(shù)邏輯單元（ALU）：執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。2.3時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路（SequentialLogicCircuit）的輸出不僅取決于當(dāng)前輸入信號(hào)，還與電路之前的狀態(tài)有關(guān)。2.3.1時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)（1）有反饋路徑：時(shí)序邏輯電路中，輸出信號(hào)會(huì)反饋到輸入端。（2）輸出與當(dāng)前輸入和電路之前的狀態(tài)有關(guān)：時(shí)序邏輯電路的輸出由當(dāng)前輸入信號(hào)和電路之前的狀態(tài)共同決定。（3）時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)：需要考慮電路的初始狀態(tài)和輸入信號(hào)的變化，以實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能。2.3.2常見(jiàn)時(shí)序邏輯電路（1）觸發(fā)器：存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位的狀態(tài)。（2）寄存器：存儲(chǔ)多個(gè)二進(jìn)制位的狀態(tài)。（3）計(jì)數(shù)器：實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。（4）狀態(tài)機(jī)：根據(jù)輸入信號(hào)和電路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能。通過(guò)學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，讀者可以掌握數(shù)字邏輯電路的基本概念、邏輯門(mén)、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。這將為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子工程領(lǐng)域的高級(jí)知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第3章電子器件與微電子學(xué)3.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)本章將從半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始，介紹電子器件與微電子學(xué)的基本概念。半導(dǎo)體是電子器件的核心材料，其導(dǎo)電功能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。本節(jié)將闡述半導(dǎo)體材料的能帶理論、雜質(zhì)摻雜以及載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3.1.1能帶理論能帶理論是描述半導(dǎo)體物理性質(zhì)的基礎(chǔ)。本小節(jié)將介紹半導(dǎo)體能帶的構(gòu)成、導(dǎo)帶、價(jià)帶以及禁帶等基本概念，并探討半導(dǎo)體材料的分類(lèi)及其特點(diǎn)。3.1.2雜質(zhì)摻雜雜質(zhì)摻雜是調(diào)控半導(dǎo)體電學(xué)功能的重要手段。本小節(jié)將介紹N型、P型半導(dǎo)體的形成過(guò)程，以及雜質(zhì)原子對(duì)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的影響。3.1.3載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律載流子是半導(dǎo)體器件中電流的載體。本小節(jié)將討論電子和空穴在半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及影響載流子濃度的因素。3.2二極管、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)晶體管本節(jié)將介紹三種基本的半導(dǎo)體器件：二極管、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。3.2.1二極管二極管是一種最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件。本小節(jié)將介紹PN結(jié)的形成原理、二極管的伏安特性以及二極管的應(yīng)用。3.2.2晶體管晶體管是現(xiàn)代電子電路的核心元件。本小節(jié)將闡述雙極型晶體管（BJT）的結(jié)構(gòu)、工作原理以及放大特性。3.2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）是一種依靠電場(chǎng)來(lái)控制電流的半導(dǎo)體器件。本小節(jié)將介紹FET的結(jié)構(gòu)、工作原理以及其主要類(lèi)型，如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。3.3集成電路集成電路是將大量電子器件集成在一塊半導(dǎo)體晶片上的技術(shù)。本節(jié)將介紹集成電路的基本概念、制造過(guò)程以及分類(lèi)。3.3.1集成電路的基本概念本小節(jié)將介紹集成電路的定義、優(yōu)點(diǎn)以及發(fā)展歷程。3.3.2集成電路的制造過(guò)程集成電路的制造涉及光刻、摻雜、氧化、沉積等多個(gè)步驟。本小節(jié)將簡(jiǎn)要介紹這些步驟及其作用。3.3.3集成電路的分類(lèi)集成電路可分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和混合信號(hào)集成電路。本小節(jié)將介紹這三種類(lèi)型集成電路的特點(diǎn)和應(yīng)用。第4章信號(hào)與系統(tǒng)4.1信號(hào)的分類(lèi)與表示4.1.1信號(hào)的分類(lèi)信號(hào)是電子工程中基本的概念之一，它攜帶著信息，通過(guò)各種媒介進(jìn)行傳遞。信號(hào)的分類(lèi)可以從不同角度進(jìn)行，常見(jiàn)的分類(lèi)如下：（1）連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)：連續(xù)信號(hào)在時(shí)間和幅值上均為連續(xù)的，離散信號(hào)在時(shí)間或幅值上至少一個(gè)是離散的。（2）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)：模擬信號(hào)在時(shí)間和幅值上均為連續(xù)的，而數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和幅值上均為離散的。（3）確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)：確定性信號(hào)具有明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，非確定性信號(hào)則沒(méi)有明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式。（4）周期信號(hào)與非周期信號(hào)：周期信號(hào)在時(shí)間上具有周期性，而非周期信號(hào)在時(shí)間上不具有周期性。4.1.2信號(hào)的表示信號(hào)的表示方法有多種，以下介紹幾種常見(jiàn)的表示方法：（1）波形圖：通過(guò)波形圖可以直觀(guān)地表示信號(hào)在時(shí)間軸上的變化。（2）函數(shù)表達(dá)式：對(duì)于確定性信號(hào)，可以通過(guò)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式來(lái)表示。（3）序列表示：對(duì)于離散信號(hào)，可以用序列的形式表示，如s(n)。（4）頻譜表示：信號(hào)的頻譜表示了信號(hào)在頻率域的分布情況，可以通過(guò)傅里葉變換得到。4.2系統(tǒng)的性質(zhì)與分類(lèi)4.2.1系統(tǒng)的性質(zhì)系統(tǒng)是指由輸入信號(hào)和輸出信號(hào)組成的整體，具有以下性質(zhì)：（1）線(xiàn)性：系統(tǒng)滿(mǎn)足線(xiàn)性疊加原理。（2）時(shí)不變性：系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系不隨時(shí)間變化。（3）因果性：系統(tǒng)的輸出僅依賴(lài)于當(dāng)前和過(guò)去的輸入。（4）穩(wěn)定性：系統(tǒng)對(duì)于有界輸入產(chǎn)生有界輸出。4.2.2系統(tǒng)的分類(lèi)根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可以分為以下幾類(lèi)：（1）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的時(shí)間特性進(jìn)行分類(lèi)。（2）線(xiàn)性系統(tǒng)與非線(xiàn)性系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足線(xiàn)性疊加原理進(jìn)行分類(lèi)。（3）時(shí)變系統(tǒng)與時(shí)不變系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足時(shí)不變性進(jìn)行分類(lèi)。（4）因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足因果性進(jìn)行分類(lèi)。4.3傅里葉變換與拉普拉斯變換4.3.1傅里葉變換傅里葉變換是一種將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換為頻域的數(shù)學(xué)方法，對(duì)于連續(xù)信號(hào)，其表達(dá)式為：F(jω)=∫f(t)e^(jωt)dt其中，f(t)為時(shí)域信號(hào)，F(xiàn)(jω)為頻域信號(hào)，ω為角頻率。4.3.2拉普拉斯變換拉普拉斯變換是傅里葉變換的擴(kuò)展，它將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換為復(fù)頻域。拉普拉斯變換的表達(dá)式為：F(s)=∫f(t)e^(st)dt其中，f(t)為時(shí)域信號(hào)，F(xiàn)(s)為復(fù)頻域信號(hào)，s=σjω，σ為實(shí)部，jω為虛部。通過(guò)拉普拉斯變換，可以更方便地分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性等性質(zhì)。第5章數(shù)字信號(hào)處理5.1數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理（DigitalSignalProcessing,DSP）是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜布O(shè)備對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行有效處理的技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于通信、音頻處理、圖像處理、雷達(dá)等領(lǐng)域。本節(jié)將介紹數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)。5.1.1數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)是一種離散時(shí)間信號(hào)，其幅值以數(shù)字形式表示。模擬信號(hào)則是一種連續(xù)時(shí)間信號(hào)，其幅值在任意時(shí)刻均可取任意值。5.1.2采樣與量化采樣是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散時(shí)間信號(hào)的過(guò)程。量化則是將信號(hào)的幅值從連續(xù)取值映射到有限數(shù)目的離散取值。5.1.3數(shù)字信號(hào)處理的基本運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理的基本運(yùn)算包括加法、減法、乘法、除法以及各種數(shù)學(xué)函數(shù)。這些運(yùn)算通常在計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜布O(shè)備上實(shí)現(xiàn)。5.2離散傅里葉變換離散傅里葉變換（DiscreteFourierTransform,DFT）是數(shù)字信號(hào)處理中的一種重要算法，用于分析信號(hào)的頻率成分。5.2.1傅里葉變換的基本概念傅里葉變換是一種線(xiàn)性積分變換，將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域。離散傅里葉變換是傅里葉變換在離散時(shí)間信號(hào)上的應(yīng)用。5.2.2離散傅里葉變換的定義離散傅里葉變換將一個(gè)長(zhǎng)度為N的序列x(n)（n=0,1,2,,N1）轉(zhuǎn)換為另一個(gè)長(zhǎng)度為N的序列X(k)（k=0,1,2,,N1），其中：\[X(k)=\sum_{n=0}^{N1}x(n)\cdote^{j\frac{2\pi}{N}kn}\]5.2.3快速傅里葉變換快速傅里葉變換（FastFourierTransform,FFT）是一種高效的算法，用于計(jì)算離散傅里葉變換。FFT將DFT的計(jì)算復(fù)雜度從O(N^2)降低到O(NlogN)。5.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中的一種重要組件，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。5.3.1數(shù)字濾波器的分類(lèi)根據(jù)濾波器的特性，數(shù)字濾波器可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器。5.3.2數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字濾波器可以通過(guò)無(wú)限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器和有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器實(shí)現(xiàn)。（1）IIR濾波器：基于遞推關(guān)系，具有無(wú)限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是濾波器階數(shù)較低，但缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差。（2）FIR濾波器：基于卷積運(yùn)算，具有有限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但缺點(diǎn)是濾波器階數(shù)較高。5.3.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法包括窗函數(shù)法、最小二乘法和優(yōu)化算法等。這些方法根據(jù)不同的應(yīng)用需求和功能指標(biāo)，為數(shù)字濾波器提供合適的設(shè)計(jì)方案。第6章模擬電子技術(shù)6.1放大器原理與設(shè)計(jì)6.1.1放大器基本原理放大器是模擬電子技術(shù)中的核心部件，其主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。本章將從基本原理出發(fā)，介紹放大器的工作原理和設(shè)計(jì)方法。放大器的基本原理基于晶體管的非線(xiàn)性特性，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的放大。6.1.2放大器類(lèi)型及特點(diǎn)根據(jù)晶體管的類(lèi)型和電路結(jié)構(gòu)，放大器可分為多種類(lèi)型，如共發(fā)射極放大器、共基極放大器、共集電極放大器等。本節(jié)將分析這些放大器的特點(diǎn)及其適用場(chǎng)合。6.1.3放大器設(shè)計(jì)方法放大器設(shè)計(jì)是電子工程師必須掌握的技能。本節(jié)將介紹放大器設(shè)計(jì)的基本步驟，包括確定設(shè)計(jì)指標(biāo)、選擇合適的晶體管、計(jì)算電路參數(shù)等。6.2模擬信號(hào)處理6.2.1模擬信號(hào)處理概述模擬信號(hào)處理是指對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算和處理，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波、放大、調(diào)制和解調(diào)等功能。本節(jié)將對(duì)模擬信號(hào)處理的基本概念、方法和應(yīng)用進(jìn)行介紹。6.2.2運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器是模擬信號(hào)處理中常用的基本組件，具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和寬頻帶等特點(diǎn)。本節(jié)將詳細(xì)介紹運(yùn)算放大器的原理、功能參數(shù)和應(yīng)用電路。6.2.3濾波器設(shè)計(jì)濾波器是模擬信號(hào)處理中用于篩選特定頻率范圍的信號(hào)的重要部件。本節(jié)將介紹濾波器的基本類(lèi)型（如低通、高通、帶通和帶阻濾波器），以及濾波器的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用。6.3信號(hào)發(fā)生器與振蕩器6.3.1信號(hào)發(fā)生器概述信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域不可或缺的設(shè)備，用于產(chǎn)生各種類(lèi)型的信號(hào)。本節(jié)將介紹信號(hào)發(fā)生器的基本原理、功能參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景。6.3.2振蕩器原理振蕩器是信號(hào)發(fā)生器的核心部分，其功能是產(chǎn)生穩(wěn)定的周期性信號(hào)。本節(jié)將分析振蕩器的工作原理，包括LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。6.3.3振蕩器設(shè)計(jì)振蕩器設(shè)計(jì)是模擬電子技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。本節(jié)將介紹振蕩器設(shè)計(jì)的基本方法，包括確定振蕩頻率、選擇合適的元件和電路結(jié)構(gòu)等。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者將掌握模擬電子技術(shù)的基本知識(shí)和實(shí)踐技能，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)電子工程領(lǐng)域的高級(jí)知識(shí)奠定基礎(chǔ)。第7章通信原理7.1通信系統(tǒng)的基本概念通信系統(tǒng)是電子工程領(lǐng)域的重要組成部分，它涉及信息的發(fā)送、傳輸和接收。本節(jié)將介紹通信系統(tǒng)的基本概念，包括信號(hào)、信道、噪聲等。7.1.1信號(hào)信號(hào)是通信系統(tǒng)中的基本要素，用于攜帶信息。信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)，如正弦波、方波等；數(shù)字信號(hào)是離散變化的信號(hào)，通常表示為二進(jìn)制序列。7.1.2信道信道是信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋梢允怯芯€(xiàn)信道（如雙絞線(xiàn)、同軸電纜等）或無(wú)線(xiàn)信道（如無(wú)線(xiàn)電波、微波等）。信道的特性對(duì)通信系統(tǒng)的功能有重要影響。7.1.3噪聲噪聲是指在信號(hào)傳輸過(guò)程中，由于各種原因?qū)е碌男盘?hào)失真。噪聲可以分為熱噪聲、散粒噪聲、干擾噪聲等。通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮噪聲的影響，以降低誤碼率。7.2模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)是指?jìng)鬏斈M信號(hào)的通信系統(tǒng)。本節(jié)主要介紹模擬通信系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)。7.2.1調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是將信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)的過(guò)程，解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。常見(jiàn)的模擬調(diào)制方式有幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。7.2.2信號(hào)傳輸在模擬通信系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸涉及信號(hào)的發(fā)送、傳輸和接收。信號(hào)發(fā)送端需要考慮信號(hào)的放大、濾波等處理；信號(hào)接收端需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、濾波等操作。7.2.3噪聲抑制在模擬通信系統(tǒng)中，噪聲對(duì)通信質(zhì)量的影響較大。噪聲抑制技術(shù)包括：線(xiàn)性放大、限幅放大、帶通濾波等。7.3數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是指?jìng)鬏敂?shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。本節(jié)主要介紹數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)。7.3.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過(guò)程，解調(diào)是數(shù)字調(diào)制的逆過(guò)程。常見(jiàn)的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）、相位鍵控（PSK）等。7.3.2信號(hào)編碼與解碼信號(hào)編碼是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)的過(guò)程，解碼是編碼的逆過(guò)程。常見(jiàn)的編碼方式有非歸零編碼、歸零編碼、差分編碼等。7.3.3錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正數(shù)字通信系統(tǒng)中，錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正是保證通信質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。常見(jiàn)的錯(cuò)誤檢測(cè)方法有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等；錯(cuò)誤糾正技術(shù)包括卷積編碼、漢明編碼等。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握通信原理的基本知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。第8章控制系統(tǒng)8.1控制系統(tǒng)的基本概念控制系統(tǒng)是電子工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，主要研究如何使系統(tǒng)輸出滿(mǎn)足預(yù)定的功能指標(biāo)。本章將介紹控制系統(tǒng)的基本概念，包括控制系統(tǒng)的定義、分類(lèi)、功能指標(biāo)和穩(wěn)定性等。8.1.1控制系統(tǒng)的定義控制系統(tǒng)是由控制對(duì)象、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。其基本任務(wù)是對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，使其輸出滿(mǎn)足給定的功能要求。8.1.2控制系統(tǒng)的分類(lèi)根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)可分為以下幾類(lèi)：（1）線(xiàn)性控制系統(tǒng)和非線(xiàn)性控制系統(tǒng)；（2）連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)；（3）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；（4）確定性控制系統(tǒng)和隨機(jī)控制系統(tǒng)。8.1.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)主要包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性等。這些功能指標(biāo)是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)功能的重要依據(jù)。8.1.4控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外部擾動(dòng)和初始條件影響后，仍能保持輸出穩(wěn)定的能力。穩(wěn)定性分析是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。8.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為了研究控制系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)方法，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。本章將介紹控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間表達(dá)式等。8.2.1微分方程微分方程是描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本數(shù)學(xué)工具。通過(guò)微分方程，可以建立控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量與輸入輸出之間的關(guān)系。8.2.2傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)是描述控制系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。它將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性簡(jiǎn)化為一個(gè)復(fù)數(shù)函數(shù)，便于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、頻率響應(yīng)等功能指標(biāo)。8.2.3狀態(tài)空間表達(dá)式狀態(tài)空間表達(dá)式是描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的另一種數(shù)學(xué)模型。它以矩陣形式表示系統(tǒng)的狀態(tài)變量、輸入和輸出之間的關(guān)系，具有較廣泛的適用性。8.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要包括以下幾種：8.3.1經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)方法經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)方法主要包括根軌跡法、頻率響應(yīng)法和奈奎斯特準(zhǔn)則等。這些方法主要針對(duì)線(xiàn)性定?？刂葡到y(tǒng)，通過(guò)分析系統(tǒng)的功能指標(biāo)，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的控制器。8.3.2現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)方法主要包括狀態(tài)空間法、最優(yōu)控制法和自適應(yīng)控制法等。這些方法適用于非線(xiàn)性、時(shí)變和不確定性控制系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和實(shí)用性。8.3.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如仿真、優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整等。這些方法可以提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。8.3.4人工智能控制方法人工智能控制方法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專(zhuān)家控制等，適用于難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)。這些方法具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和容錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新的途徑。第9章電子測(cè)量與儀器9.1電子測(cè)量基本原理電子測(cè)量是電子工程領(lǐng)域中的基本技術(shù)之一，它通過(guò)對(duì)電子電路或元件的電參數(shù)進(jìn)行定量分析，為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及維修提供依據(jù)。本節(jié)將介紹電子測(cè)量的基本原理。9.1.1測(cè)量方法電子測(cè)量方法主要包括直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。（1）直接測(cè)量法：直接測(cè)量法是指直接測(cè)量被測(cè)量電參數(shù)的方法，如用電壓表測(cè)量電壓、用電流表測(cè)量電流等。（2）間接測(cè)量法：間接測(cè)量法是通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量電參數(shù)相關(guān)的其他電參數(shù)，然后利用一定的計(jì)算公式求得被測(cè)量電參數(shù)的方法。9.1.2測(cè)量誤差測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值之間的偏差。誤差產(chǎn)生的原因主要有系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。（1）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差是指在一定的測(cè)量條件下，由于測(cè)量系統(tǒng)或操作者的原因，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值的固定偏差。（2）隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差是指在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量結(jié)果的無(wú)規(guī)律波動(dòng)。（3）粗大誤差：粗大誤差是指由于操作不當(dāng)、設(shè)備故障等原因?qū)е碌拿黠@偏離真實(shí)值的誤差。9.1.3測(cè)量準(zhǔn)確度與精度測(cè)量準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值接近的程度，測(cè)量精度是指多次測(cè)量結(jié)果的一致性。（1）準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度越高，測(cè)量結(jié)果越接近真實(shí)值。（2）精度：精度越高，多次測(cè)量結(jié)果之間的偏差越小。9.2常用電子測(cè)量?jī)x器電子測(cè)量?jī)x器是進(jìn)行電子測(cè)量的重要工具，本節(jié)將介紹幾種常用的電子測(cè)量?jī)x器。9.2.1電壓表電壓表是用來(lái)測(cè)量電壓的儀器，根據(jù)測(cè)量原理可分為磁電式電壓表、電動(dòng)式電壓表和數(shù)字式電壓表。（1）磁電式電壓表：利用磁電效應(yīng)原理，測(cè)量電壓范圍較小。（2）電動(dòng)式電壓表：利用電動(dòng)勢(shì)原理，測(cè)量電壓范圍較大。（3）數(shù)字式電壓表：采用數(shù)字電路技術(shù)，具有高精度、高穩(wěn)定性及易于讀數(shù)的特點(diǎn)。9.2.2電流表電流表是用來(lái)測(cè)量電流的儀器，根據(jù)測(cè)量原理可分為磁電式電流表、電動(dòng)式電流表和數(shù)字式電流表。（1）磁電式電流表：利用磁電效應(yīng)原理，測(cè)量電流范圍較小。（2）電動(dòng)式電流表：利用電動(dòng)勢(shì)原理，測(cè)量電流范圍較大。（3）數(shù)字式電流表：采用數(shù)字電路技術(shù)，具有高精度、高穩(wěn)定性及易于讀數(shù)的特點(diǎn)。9.2.3萬(wàn)用表萬(wàn)用表是一種多功能的測(cè)量?jī)x器，可以測(cè)量電壓、電流、電阻等多種電參數(shù)，具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。9.2.4示波器示波器是用來(lái)觀(guān)察和分析電子信號(hào)波形的儀器，根據(jù)顯示原理可分為陰極射線(xiàn)示波器（CRT）和數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）。9.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（AutomaticTestSystem,ATS）是指采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量?jī)x器和測(cè)試軟件組成的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子設(shè)備或系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)、故障診斷和數(shù)據(jù)采集等功能。9.3.1自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。（1）硬件：包括計(jì)算機(jī)、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)設(shè)備、接口及通信設(shè)備等。（2）軟件：包括操作系統(tǒng)、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)處理和分析軟件等。9.3.2自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的功能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有以下功能：（1）自動(dòng)測(cè)量：根據(jù)預(yù)設(shè)的測(cè)試程序，自動(dòng)完成對(duì)被測(cè)設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量。（2）故障診斷：通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，判斷被測(cè)設(shè)備是否存在故障，并給出故障位置和原因。（3）數(shù)據(jù)采集與處理：采集測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測(cè)試報(bào)告。（4）遠(yuǎn)程控制與通信：實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。（5）擴(kuò)展與升級(jí)：根據(jù)需求，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和軟件升級(jí)。第