面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范系列教材

前言

從古至今，“計(jì)算”都是人類社會(huì)進(jìn)步、發(fā)展的一條主線，未來(lái)也將如此。眾所周知，孩童在牙牙學(xué)語(yǔ)之后就開(kāi)始學(xué)數(shù)“數(shù)”，小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)更是少不了“計(jì)算”?，F(xiàn)代高精尖的科學(xué)技術(shù)，諸如航空航天飛行器的制造、發(fā)射、運(yùn)行，火箭、導(dǎo)彈飛行軌道的控制，人造衛(wèi)星飛行姿態(tài)的調(diào)整，必須依賴快速、科學(xué)的計(jì)算與決策；現(xiàn)代化的大地測(cè)量、氣象遙感、地質(zhì)勘探、地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等都需要大量的、科學(xué)的“計(jì)算”。歷史已經(jīng)證明：各個(gè)歷史時(shí)期生產(chǎn)的發(fā)展、科學(xué)的進(jìn)步，與當(dāng)時(shí)的計(jì)算理論、計(jì)算裝置設(shè)備、計(jì)算技術(shù)手段的發(fā)展和進(jìn)步是密不可分的。一個(gè)人，如果一般的賬都算不清，那就要被劃歸屬于低智商人群了。一個(gè)國(guó)家如果計(jì)算設(shè)備、技術(shù)上不去，其他領(lǐng)域的科技發(fā)展將會(huì)大受影響，不會(huì)走在世界的前列?？梢哉f(shuō)，評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)的科技狀態(tài)、水平，最快捷的辦法就是審視那里所進(jìn)行的“計(jì)算”以及由計(jì)算所累積的數(shù)據(jù)是如何被用于決策的。目前，全世界計(jì)算機(jī)數(shù)量和用戶都在急劇增加，在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為適應(yīng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的需求，全國(guó)幾百所高等工業(yè)院校都相繼開(kāi)辦了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。而電路、信號(hào)與系統(tǒng)是其中重要的課程。在當(dāng)今信息化社會(huì)，無(wú)論是家庭生活中使用的大、小家用電器，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的各種自動(dòng)控制生產(chǎn)線，或是科學(xué)研究中使用的各種精密實(shí)驗(yàn)儀器、測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，無(wú)處不用電路、信號(hào)與系統(tǒng)。具體說(shuō)，人們聽(tīng)收音機(jī)、看電視、打電話要用電路，工廠自動(dòng)生產(chǎn)線的控制要用電路，航天器(比如我國(guó)的嫦娥1號(hào)、神五、神六)飛天的控制、水下核潛艇的潛與浮的控制、計(jì)算機(jī)硬件電路、接口電路等都使用著電路、信號(hào)與系統(tǒng)，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)好電路、信號(hào)與系統(tǒng)具有十分重要的意義。電路與系統(tǒng)的發(fā)展史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，我們?cè)趯W(xué)習(xí)電路、信號(hào)與系統(tǒng)的首節(jié)課時(shí)，就應(yīng)當(dāng)緬懷對(duì)電路、信號(hào)與系統(tǒng)的發(fā)展做出杰出貢獻(xiàn)的世界著名科學(xué)家。簡(jiǎn)明回顧他們的學(xué)術(shù)成就，學(xué)習(xí)他們重實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象、歸納總結(jié)、理論升華的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度。法國(guó)科學(xué)家?guī)靵觯?785年定量地研究了兩個(gè)帶電體間的相互作用，得出了歷史上最早的電學(xué)定律——庫(kù)侖定律，這是人類在電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)上的一次飛躍。意大利科學(xué)家伏特，1800年發(fā)明了第一種化學(xué)電源——銅鋅電池，它能夠把化學(xué)能不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這一發(fā)明具有劃時(shí)代的意義，引起了電磁學(xué)的一場(chǎng)革命。法國(guó)物理學(xué)家安培，1825年提出了著名的安培定律，他從1820年開(kāi)始測(cè)量電流的磁效應(yīng)，從中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)載流導(dǎo)線可以相互吸引又可以相互排斥，這一發(fā)現(xiàn)成為研究電學(xué)的基本定律，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)明做了理論上的準(zhǔn)備。德國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家歐姆1826年發(fā)表的《電路的數(shù)學(xué)研究》一文中第一次出現(xiàn)歐姆定律公式，時(shí)至今日，中外電路教科書(shū)中無(wú)一例外地都保留、講授這一精辟的電學(xué)定律。英國(guó)物理學(xué)家法拉第,1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他堅(jiān)信既然電能產(chǎn)生磁，那么磁也能產(chǎn)生電，他終于發(fā)現(xiàn)在線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)的磁體可以在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，這一發(fā)現(xiàn)成為發(fā)明、制造發(fā)電機(jī)和變壓器的理論根據(jù)，從而使機(jī)械能變?yōu)殡娔艹蔀榭赡埽苿?dòng)了電在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，使人類邁向了電氣時(shí)代。1840年，英國(guó)物理學(xué)家焦耳把環(huán)形線圈放入裝水的試管內(nèi)，測(cè)量不同電流強(qiáng)度和電阻時(shí)的水溫，通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)放出的熱量與導(dǎo)體的電阻及電流強(qiáng)度的平方之積成正比。四年之后，俄國(guó)物理學(xué)家楞次公布了他的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了焦耳關(guān)于電流熱效應(yīng)之結(jié)論的正確性。因此，該定律稱為焦耳楞次定律。德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫,以他對(duì)光譜分析、光學(xué)和電學(xué)的研究著名。基爾霍夫給歐姆定律下了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，在他還是23歲大學(xué)生的時(shí)候就提出了著名的電流定律和電壓定律，這成為集總參數(shù)電路分析最基本的依據(jù)。德國(guó)物理學(xué)家赫茲1886年10月，用放電線圈做火花放電實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)近旁未閉合的絕緣線圈中有電火花跳過(guò)，便敏銳地想到這可能是電磁共振，證實(shí)了電磁波的存在，他在1887年發(fā)表的題為《論在絕緣體中電過(guò)程引起的感應(yīng)現(xiàn)象》的論文中，全面驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。法國(guó)電報(bào)工程師戴維寧1883年發(fā)表在法國(guó)科學(xué)院刊物上僅一頁(yè)半的論文，早已成為一個(gè)重要的電路定理，即戴維寧定理。定理的對(duì)偶形式50年后由美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工程師E.L.Norton提出，即諾頓定理。

內(nèi)容概要

本書(shū)充分考慮現(xiàn)代電子科技、計(jì)算機(jī)軟硬件發(fā)展的新趨勢(shì)編寫(xiě)而成。主要內(nèi)容包括：電路的基本概念與定律、電阻電路分析、動(dòng)態(tài)電路時(shí)域分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析、網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)、信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念、連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析?；靖拍钪v述透徹，常用的基本分析方法講述步驟明確，舉例類型多，結(jié)合工程實(shí)際，便于讀者仿效掌握；電路定理闡述簡(jiǎn)練，應(yīng)用范圍、條件明確，使用中應(yīng)注意的問(wèn)題歸納詳盡；經(jīng)典內(nèi)容取舍合理，新器件、新方法介紹適度；每節(jié)后配有輔助概念理解、引伸問(wèn)題的思考題，每章后配有深淺度適中、題型搭配合理的習(xí)題，書(shū)末附有部分習(xí)題的參考答案，這些配置對(duì)教師施教、學(xué)生自學(xué)都非常有益?！　”緯?shū)可作為普通高等教育計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的本科生教材，對(duì)電子類行業(yè)的工程技術(shù)人員亦有重要的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

張永瑞，西安電子科技大學(xué)教授、首屆教學(xué)名師、電路與系統(tǒng)學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，省級(jí)精品課程“電路分析基礎(chǔ)”、“信號(hào)與系統(tǒng)”主講人，國(guó)家級(jí)精品課程“信號(hào)與系統(tǒng)”顧問(wèn)。主要研究方向是電路與系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)與處理，獲省部級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)

書(shū)籍目錄

出版者的話 序言 前言 第1章 電路的基本概念與定律　1.1 電路模型　　1.1.1 實(shí)際電路組成與功能　　1.1.2 電路模型　　思考題　1.2 電路變量　　1.2.1 電流　　1.2.2 電壓　　1.2.3 電功率　　思考題　1.3 電阻元件與歐姆定律　　1.3.1 歐姆定律　　1.3.2 電阻元件上消耗的功率與能量　　思考題　1.4 理想電源　　1.4.1 理想電壓源　　1.4.2 理想電流源　　思考題　1.5 基爾霍夫定律　　1.5.1 基爾霍夫電流定律　　1.5.2 基爾霍夫電壓定律　　思考題　1.6 電路等效　　1.6.1 電路等效的一般概念　　1.6.2 電阻的串聯(lián)與并聯(lián)等效　　1.6.3 理想電源的串聯(lián)與并聯(lián)等效　　思考題　1.7 實(shí)際電源的模型及其互換等效　　1.7.1 實(shí)際電源的模型　　1.7.2 實(shí)際電壓源、電流源模型互換等效　　思考題　1.8 受控源　　思考題　　習(xí)題一第2章 電阻電路分析　2.1 支路電流法　　2.1.1 支路電流法　　2.1.2 獨(dú)立方程的列寫(xiě)　　思考題　2.2 網(wǎng)孔分析法　　2.2.1 網(wǎng)孔電流　　2.2.2 網(wǎng)孔電流法　　思考題　2.3 節(jié)點(diǎn)電位法　　2.3.1 節(jié)點(diǎn)電位　　2.3.2 節(jié)點(diǎn)電位法　　思考題　2.4 疊加定理、齊次定理和替代定理　　2.4.1 疊加定理　　2.4.2 齊次定理　　2.4.3 替代定理　　思考題　2.5 等效電源定理　　2.5.1 戴維寧定理　　2.5.2 諾頓定理　　思考題　2.6 最大功率傳輸定理　　思考題　　習(xí)題二第3章 動(dòng)態(tài)電路時(shí)域分析第4章 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析第5章 網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)第6章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念第7章 連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析第8章 連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析第9章 連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析部分習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：1.1.2 電路模型在實(shí)際電路中使用著各種電氣元器件（又統(tǒng)稱為電路部件），如電阻器、電容器、電感器、燈泡、電池、晶體管、變壓器等。實(shí)際的電路部件雖然種類繁多，但在電磁現(xiàn)象方面卻有許多共同的地方。譬如，電阻器、燈泡、電爐等，它們主要是消耗電能的，這樣我們可用一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的理想電阻來(lái)反映消耗電能的特征，當(dāng)電流通過(guò)它時(shí)，在它內(nèi)部進(jìn)行著把電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的過(guò)程。理想電阻的模型符號(hào)如圖1.1-2（a）所示。類似地，各種實(shí)際電容器主要是儲(chǔ)存電能的，用一個(gè)理想的二端電容來(lái)反映儲(chǔ)存電能的特征，理想電容的模型符號(hào)如圖1.1-2（b）所示。用一個(gè)理想的二端電感來(lái)反映儲(chǔ)存磁能的特征，其模型符號(hào)如圖1.1-2（c）所示。有了上述定義的理想電阻、理想電容、理想電感元件模型，對(duì)于任何一個(gè)實(shí)際的電阻器、電容器、電感器部件，都能用足以反映其電磁性能的一些理想元件模型或其組合來(lái)表示，構(gòu)成實(shí)際部件的電路模型。譬如，燈泡、電爐、電阻器，它們的主要電磁性能都是消耗電能，在低頻應(yīng)用時(shí)，它們中儲(chǔ)藏的電能、磁能比起它們消耗的電能來(lái)說(shuō)很微小，可以忽略不計(jì)，這些實(shí)際部件的電路模型都可用圖1.1-2（a）中的理想電阻R來(lái)表示。這樣，就抽掉了這些實(shí)際部件的外形、尺寸等的差異性，而抓住了它們所表現(xiàn)出來(lái)共性的東西，即消耗電能。再如一個(gè)實(shí)際的電感器，它是在一個(gè)骨架上用良金屬導(dǎo)線繞制而成的，如圖1.1-3（a）所示。如果應(yīng)用在低頻電路里，它所表現(xiàn)出的電磁性能主要是儲(chǔ)藏磁能，它所消耗的電能與儲(chǔ)藏的電能都很小，與儲(chǔ)藏的磁能相比可以忽略，在這種應(yīng)用條件下的實(shí)際電感器，它的模型可視作圖1.1-3（b）所示的理想電感L。如果應(yīng)用在較高頻率的電路中，繞制該線圈的導(dǎo)線所消耗的電能需要考慮，它儲(chǔ)藏的電能仍可忽略，那么，這種情況的實(shí)際電感器的模型就可用體現(xiàn)電能消耗的電阻R與體現(xiàn)磁能儲(chǔ)藏的電感L相串聯(lián)表示，如圖1.1-3（c）所示。如果這個(gè)實(shí)際電感器應(yīng)用在更高頻率的電路中，它儲(chǔ)藏的電能也需要考慮，那么這種情況下的實(shí)際電感器的電路模型可用圖1.1-3（d）來(lái)表示。

編輯推薦

《面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)規(guī)范系列教材:電路、信號(hào)與系統(tǒng)》主要特色：結(jié)構(gòu)體系安排科學(xué)：先易后難，循序漸進(jìn)，概念層次銜接緊湊、通暢，符合教學(xué)規(guī)律。內(nèi)容選材合理充實(shí)：經(jīng)典內(nèi)容取舍恰當(dāng)，新器件、新方法介紹適度，符合教指委制定的專業(yè)規(guī)范要求。基本概念講授準(zhǔn)確、透徹，方法得當(dāng)：注重物理概念闡述，必要的定理推導(dǎo)簡(jiǎn)明扼要，思路清晰、嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)論明確；常用的分析方法講述步驟清楚有條理，舉例類型多，結(jié)合工程實(shí)際，具有啟發(fā)性；電路定理闡述簡(jiǎn)練，應(yīng)用范圍、條件明確，使用中應(yīng)注意的問(wèn)題歸納詳盡。輔助教學(xué)資料配置齊全：每節(jié)后配有輔助理解概念、引申問(wèn)題的思考題，每童后配有深淺度適中，題型搭配合理的習(xí)題，書(shū)末附有部分習(xí)題的參考答案。

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