电气工程及其自动化专业英语翻译

（二） 1

谈论关于我们生活在一个电子学时代的论调是一种空泛的论调。从无处不在的集成电路到同样无处不在的数字计算机，我们在日常活动中总会遇到电子设备和电子系统。在我们日益发展的科技社会的方方面面——无论是在科学、工程、医药、音乐、维修方面甚至是在谍报方面——电子学的作用是巨大的，而且还将不断增强。

一般说来，我们将要涉及到的工作被归结为“信号——处理”工作，让我们来探究这个术语的含义吧。

信号

信号就是其与时间有关的量值或变化包含信息的任何物理变量。这种信息或许像无线电广播的演讲和音乐，或许是像室内温度的物理量，或许像股市交易记录的数字数据。在电气系统中能够载有信息的物理变量是电压和电流。因此当我们谈到“信号”，我们不言而喻指的是电压和电流，然而，我们要讨论的大多数概念是可以被直接应用于载有不同信息的变量的系统，因此，一个机械系统（在这个系统中力和速度是其变量）或者液压系统（在这个系统中压力和流速是其变量）的性能通常可以用一个等效的电气系统来模拟或表示。因此，我们对于电气系统性能的理解为理解更宽领域的现象打下了一个基础。

模拟和数字信号

一个信号可以以两种形式来承载信息。在一个模拟信号中电压或电流随时间而产生的连续变化载有信息。在图2-1中，当一对热电偶的接头处于不同的温度时由热电偶所产生的电压就是一个例子。当两个接头之间的温度差改变时，一对热电偶两端的电压也将改变。于是电压就提供了温度差的模拟表现形式。

另一种的信号是数字信号。数字信号是在两个离散的范围内能够呈现一定数值的信号。这种信号常用以表示“开—关”或“是—不是”信息。一个普通的家用恒温器传递一种数字信号来控制炉子。当房间的温度下降到预定温度以下时，恒温器的开关合上使炉子开始加热；一旦房间的温度上升到足够高，开关就断开使炉子关闭。流过开关的电流提供了温度变化的数字表示：ON即为“太冷”而OFF 即为“不太冷”。

信号—处理系统

一个信号处理系统是某些元件或设备之间的相互连接，这些元件和设备能够接收一个输入信号或一组输入信号，信号处理系统以某种方式来处理这些信号即提取这些信号或提高这些信号的品质，然后在适当的时间以适当的形式把这个信号表示为输出量。

图2-2显示了这样一个系统的组成部分。中间的圆圈代表了两种类型的信号处理（数字和模拟），而处于信号处理框之间的方框表示模拟信号向等效数字形式（A/D即模拟到数字）的转换，以及从数字信号向相应的模拟形式（D/A即数字到模拟）的逆转换。剩下的方框涉及输入和输出——取得信号以及从处理系统输出信号。

从物理系统获得的很多电气信号是从被称为传感器的器件中输入的。我们已经碰到了一个模拟传感器的例子。即热电偶。它把温度的变化（物理变量）转换成电压（电气变量）。通常，传感器是一种将物理或机械变量转换成等效电压或电流信号的器件。然而，不同于热电偶例子，大多数传感器需要一些形式的电激励以驱动传感器。

一个系统的输出可以有多种形式，这取决于包含在输入信号中的信息所起的作用。我们可以选择何种方式显示这些信息，无论是以模拟形式（例如，使用一种仪表，仪表的指针的位置指明我们所感兴趣的变量的大小）或是以数字形式（使用一套数字显示元件，显示对应于我们所感兴趣的变量的数字）。其它的可能的情况下是将输出转换成声能（利用扬声器），或是将输出作为另一个系统的输入，

或是利用输出作为控制信号来产生某个动作。

Exercises

模拟电子电路是关于其中电压和电流是对物理量进行模拟的且连续变化那些系统。复制音乐的电子电路必须具有与声音成正比的电压和电流。一个高保真的放大系统要尽可能保持模拟量不失真，我们要仔细地设计模拟电子电路以使电压和电流反映输入信号。如果输入信号在幅值上增大一倍，输出的电压和电流也应增大一倍。这是可能的。因为为了保证线性（度）我们使电路元件工作在限定范围内。

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引言

计算机以及其它数字电子设备中的数学问题已由乔治－布朗以及其它许多后继者的决定性的工作得以拓展。这个思想的主体整体被称为符号逻辑，它建立了获取数学证法的基本原理并奇迹般地改变了我们的认识以及数学的范畴。

这种很有用的系统中只有一部分内容为我们所应用。布尔等人感兴趣的是推导出一种用来判断某个命题在逻辑上或在数学上是真还是假的系统性的方法，但我们要关注的仅仅是数字设备的输出的正确与否。真或假可以等同于一和零，或者等同于开和关。这是电子元件中电压的两种唯一的状态。因此，由逻辑门所完成的这个奇异的代数中，只有两种值，一和零，任何代数组合或者计算只能产生这两种值。零和一是二进制运算中唯一的符号。

不同的逻辑门和它们之间的相互连接可以用来完成计算以及判断所要求的必要的功能。在开发数字系统时最简单的做法是把逻辑门以及它们之间的连接根据概念排放在一起以最直接的方式完成设定的任务。于是我们采用布尔代数来减小系统的复杂程度，如果可能的话，与此同时应保留其相同的功能。逻辑门之间等效的简单的组合可能使得费用更加便宜而在装配上更加容易。

数字设备的布尔代数法则

布尔代数与任何代数一样具有结合律、交换律和分配律。为了表示代数的特性我们使用变量A,B 和C以及诸如此类的变量。为了写出这些可能取值为0或1的各个变量之间的相互关系，我们采用来Ā表示“非A”，因此如果A＝1，那么Ā＝0。每个变量的补码用每个变量上方加一横线来表示，B的补码就是Ā也即“非B”。同时还存在两个固定的量。第一个量是单位量，即I＝1，另外一个量是零，即null＝0。

布尔代数应用于三种基本类型的逻辑门的运算：一种是或门，一种是与门，还有一种是反相器（非门）。逻辑门的符号和真值表如图2－3所示，真值表显示与门对应于乘，或门对应于加，而反相器产生其输入变量的补码。

我们已经算出对于与门来说AB=“A AND B”。而对与或门来说A+B=“A OR B”

对于“与”，即逻辑乘，以及“或”，即析取，它们的代数形式必须遵循代数组合的三个法则。在接下来的等式中，读者可以把变量A,B,C设为两个可能的值0和1来证明每个表达式的正确性。例如采用A=0,B=0,C=0，或A=1, B=0,C=0等等，在每个表达式中，结合律表明如何把变量进行重组。

对于“与”有（AB）C＝A（BC）＝（AC）B而对于“或”有（A＋B）＋C＝A＋（B＋C）＝（A＋C）＋B

这个法则表明我们可以采用变量的不同组合而不改变代数表达式的正确性。交换率表明了变量的顺序。

对于“与”有AB＝BA，而对于“或”有A＋B＝B＋A。

这个法则表明了可以如上式所示进行运算的组合和展开。

在我们展示数字设备布尔代数的剩下的那个法则之前，让我们通过写出真值表的方式即真值表2－1来验证对于“与”的分配律。我们将很快发现如何写出等式AB＋C＝（A＋C）（B＋C），这一等式由真值表证明了是一个正确的展开式。