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UNIT1电气和电子工程引言

参考译文

1.1电气工程引言

电气和电子工业已逐渐趋于成熟，世界上的每个人，每个家庭及工业都受到它所取得

成就的影响。最明显的是电子计算机在我们生活中各种层次的广泛应用，它的速度、大小和

费用使其很容易且很有效地应用于商业和个人事务中。电子学为几乎每个家庭提供了无线电

收音机、电视机、盒式录像机等供娱乐的产品。集成电路当今已成为现代电子系统的一部分，

并不断提供更小、更复杂、更精密的最终产品。50年代初的工程师会对大量的电路装在一

片集成电路上感到惊奇，而今天的工程师可能对发生于2020年的技术进步感到震惊。

由于电子系统为人们提供了很多好处，它无疑已成为越来越多产品的标准元件。过去

由机械元件完成的自动功能正在被相应的电子系统替代。采用机械拾音传感器的唱机正被电

子唱机取代。机械式打字机正被电子打字机和计算机字处理机代替。这仅仅是机械系统向电

子系统转变的几个例子。

电子工业的发展，部分是由于它的消耗低、尺寸小、被称作超大规模集成电路的相对

完整的电子系统，给人以很深影响的是，在一小型计算器中，基本上只有一片很小的集成块，

这片芯片只占计算器内部空间的不到五分之一。在这片超大规模集成电路内部还有一片更小

的芯片，所有电路都在该芯片上。一个超大规模集成电路元件包含成百上千个分离的电子元

件，这些元件按不同的功能块排列。这些功能块包括储存单元，计数电路，记忆电路，运算

电路等。

一片单片的超大规模集成电路就是电子表的心脏，它取代了使用很久的模拟运动式手

表。随着电子制作技术的成熟，手表的功能也不断增加。除了能计时外，附加的复杂电路还

具有闹响功能，秒表功能，计算功能，电话号码储存和信息储存更能。这些仅是较流行的功

能。电子装置已开始使用耗电很低的CMOS电路，从而使象手表中所使用的电路靠一小片

电池能连续工作多年。

电子产品在工程中和特殊的商业产品中都得到发展。体积小、价格低的电子元器件问

世时许多新领域中电子系统的应用成为现实，这些领域包括测量仪器、机械、化学、建筑、

生物医学工程等。在上述每个领域里，电子电路——线性和数字集成电路——被采用，使操

作更自动化、数字显示，并更多采用中央控制，还增加其它现在不能完成的功能。例如：数

字式温度计做得小巧、精致、便于携带，能进行快速测量，读数容易。同样地，仪器、示波

器和测试设备包括数字显示和控制电路，以提供自动量程切换和数字输出。

也许，在超大规模集成电路领域获得的最大进展是微处理机和数字存储单元的发明。

复杂的微处理机电子线路使它从一次处理4位，提高到8位、16位，到现在的32位，存储

容量也在增加，使得同样大小的集成电路，以前只能存储1万6千位，现在至少能存储一百

万位。储存能力的大幅度提高大大扩展了这种小器件处理各类问题的能力，例如，增加的储

存能力使得小器件产生声音输出。

1.2电气工程的早期发展

早在十六世纪后期，实验者就在探索静电的特性。W·吉尔伯特做过充电和放电的试验。

1750年，本杰明·富兰克林证明了闪电实质上是电现象。从电的应用这一角度看，这两个研

究者都没有发现什么有意义的东西。人们在了解电之前就发现在某些岩石中有磁性。静电知

识大约在公元前600年就很普通，而这一时期电的应用知识还是一片空白。

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A.伏特于1800年发现了电池的原理。因为伏特电池能以相当低的电压提供功率相当大

的直流电流，所以它是电气技术史上最重要的发现之一。它是诸如电话、电报这些早期通讯

装置的基本元件。

1800年，J.格罗特获得美国第一项电报专利。1827年，约瑟夫亨利宣布他发明了实用·

的电磁铁。格罗特和亨利的发明为更有意义的发明——电磁电报开辟了道路。1831年，塞

缪尔·F·B·莫尔斯提出了电磁电报这一在通讯部门具有先导作用的理论。在1837年，他又证

明其具有实用性并于1840年获得专利。

与莫尔斯的发明相比，几乎没有什么科研成果能给美国人的生活带来更大的推动力。

他的理论为最早的电气通讯装置——电报铺平了道路，又促使了电话及后来的无线电报的出

现。

1831年法拉第电磁感应的发现确