测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-1-电气和电子工程引言-参考译文及练习答案

1、 1 UNIT 1 电气和电子工程引言电气和电子工程引言 参考译文参考译文 1.1 电气工程引言电气工程引言 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

2、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

3、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。 2 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

4、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FB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定了现代电机的许多原理。法拉第的发现使在强电工 业中使用电动机、发电机、变压器和其它电气装置成为可能。法拉第在电力工业方面的贡献 足能和莫尔斯在通讯领域内的贡献相媲美。 直流发电机是根据法拉第揭示的奥秘所研制的首批重要成果之一。英国 1858 号专利中 描述了直流发电机的工作原理。 在以后的几年内， 许多类型的直流发电机被研制出来并获得 了商业性使用。带换向器的格兰姆环形电枢首先获得使用。该机效率稍差，但它能以相当大 的功率容量（可过 1

5、00 千瓦）提供一个较高电压的电源。 1880 年，托马斯爱迪生制成高阻碳灯丝灯泡，这使得直流发电机成为恒电压照明系统 中必不可少的一部分。商业照明和民用照明变得切实可行，电灯和电力工业诞生了。在这时 期，直流电最普通的用途之一就是为街道提供照明。 1883 年，第一台变压器宣布制成。这种装置对电力输送系统的变革较之其它装置或许 具有更大的影响。高压低电流输电系统比低压高电流输电系统有更大的优越性是人所共知 的。变压器发明以后，可用低压器发电，然后将其变成高压，再传送到很远以外的地方（几 百英里） ，随后再用变压器将其变成低压以供使用。 1880 年，N特斯拉获得多相交流感应电机的专利，它很快就成为广为使用的大动力电 动机。经过改进，它现在仍被非常广泛地使用。 1876 年，亚历山大格雷厄姆贝尔发明了电话。这种装置很快被投入使用并导致另一个 巨大工业部门的建立。 这一发展时期做出杰出贡献的另一位人物是托马斯A爱迪生。他的工作包括研究、发 明、开发和生产。他的科研活动扩展到化学、电机、输电系统、录音及放音、还有电灯等方 面。 他的最重要的发明之一或许是后来被人们称为爱迪生效应的发明， 尽

6、管他当时并未深入 研究和理会到它的重要性。 李德福斯特于 1906 年提出了使用真空管中的第三极（栅极） 。这一研究开辟了一个全 新的工程领域。这就有可能产生新的通讯系统和控制方法，也有可能制造出多极电子管。它 为电子学以后的发展打下了基础。 由于生产方法学（production methodology）的确立，20 世纪前半期研究工程的进展十 分迅速。 工业研究实验室的规模和数量都不断增加。 大学教师越来越意识到科研对教育的重 要性。为了实施必要的科研训练，美国各大学建立了广泛的科研实验室。学术性职位都有许 多在科学和工程研究方面训练有素的教员担任。 如今， 科研是工科学生所受教育必不可少的 一环，也是学生发展独创性，创造才能和对世界了解能力的媒介。 如今的科研是一个庞大的事业，旷日持久、互不往来的单干已成为过去。它是由密切 组织在一起的研究者进行， 而这些研究者是凭其在某些研究领域的实力而中选的。 从发明到 生产往往需要 30 年的时间，这在 19 世纪似乎是司空见惯的，但现在已缩短到几年，有时甚 至几个月。时间的节省主要是因为工程专业方面的科学家和工程师之间有良好的信息系统。 3

7、 1945 年以来，由于发明了晶体管，电气工程获得很大进步。这种固态器件使电子计算 机、集成电路和计算器的许多元件的小型化成为可能。同一时期，电子光学的研究已领先于 激光器和全息照相的研制。 20 世纪 40 年代，由于联邦机构的支持，电气工程研究发展的速度加快。那个时期与军 用有联系的许多理论现在正用于商业和科研。 微波已成为现代通讯的一部分。 半导体的发展 已使产生更坚固、更小型、更便宜的系统成为可能。小型化方面的研究大大增加了现代计算 机的速度。激光提供了能传送几百万英里的通讯系统。集成电路减少了元件的体积和重量， 使星际通讯和卫星通讯变得切实可行。通过科研，电气部件得以改进并适应于工程系统，这 就导致了行星雷达天文学和射电天文学的产生。 1.3 未来的电气电子工程未来的电气电子工程 科学和技术发展众多地依赖于、政治和社会各方面的发展，所以要准确地预报电子、 电气工程领域的未来趋向是不可能的。 然而， 洞察某个情理中期望发生的技术趋势是可能的。 一个重要的科学进步，象基本粒子通用理论和知识的进展，物质和能量的基本组成， 会彻底改变我们明天的生活方式。 一个建立在某些奇性物体知识的

8、基础上的理论， 这些物体 如能发射一致脉冲无线电波的脉冲星和能产生很强的无线电波和难以解释的巨大能量的类 星体，将以我们难以预告的方式改变我们的生活方式。 电气和电子科学家及工程师正在观察及发展这些领域。在探索过程中，他们并不局限 于我们今天对空间和时间的认识。 通过运用一种称为电子加速器的仪器， 他们探测原子核的 秘密，运用射电望远镜，他们研究来自外空间遥远的信号，运用计算机，他们储存无数的信 息，运用电子线路，能够在 1/106秒中得到信息。 一种类似利用核子聚变产生的热核能巨大的成功将从根本上影响工程所有分支的发 展。世界将从能源缺乏状态变成有取之不尽能源的时代。若有合适的经济、政治环境，这将 引起科学和技术的空前发展。 然而，如果不发生这一重大突破，对于新能源的巨大需求将继续增长。随着矿物（化 石） 燃料的使用不断增加， 大部分技术界的努力已经朝向发现非矿物 （化石） 燃料的新来源。 太阳能、地热（有关地球内部的热量） 、潮汐和风力能源正逐渐变得可能更经济。这些领域 中的任何一个技术突破， 将为成千上万的电气工程师提供科研工作。 为了正确地使用新能源， 不得不设计、测试、评估和

9、建造新的和改进的电池、电池组、发电机、转换器、发电厂和传 输线。 总之，电气和电子工程的未来并不完全依赖新的科学理论的发展或新的能源的发现。 工程师们将会从事下列的各种技术研究。 电气和电子工程师将会深入完全自动化工厂的发展。在电子计算机的辅助下，通过一 组机器，把物料互相传送，从而生产出产品将成为可能。在这样的工厂里，产品可脱离人工 接触或人脑的指挥，自动地制造、检测、贴标签、包装和装运。 在交通领域，电气工程师目前正在开发电动汽车、火车、公共汽车和船舶。他们正在 设计新型的惯性引导系统， 这种系统能使用测量速度方向的变化的仪器， 自动做出必要调整， 引导火箭和星际飞船。 用激光束来给飞机和航天飞机加燃料是改变未来旅行的另一种可能。由于光能能转换 成其它形式的能量，所以激光可转换成飞行器的燃料。这种突破将大大降低飞行器的重量， 从而增加了相当于五倍以上音速的特超音速航行的可能性。飞机将会在 150,000 尺高度，以 每小时 40005000 英里速度飞行。 社会会越来越计算机化，电子工程师将被要求设计和建造能做更多更复杂工作的更小 4 的计算机。未来的某个时间，完全自动化的汽车和家园由计算机建造和指挥。那种能思维， 能从错误中学习，再不犯第二次同样错误，能修理自己，生产自己的计算机，明天将成为现 实。 控制学，自动控制的科学，最终会生产一批机器人近似于人类智力，能做人类工 作，外形象人的机器。仅仅没有人类的敏感、情感和性机能。建造这些代替人类体力的装置 所需的科学知识对今天的工程师来说是具备的：计算机技术、微电路技术、控制理论和信息 理论运用计算机、 通讯和其它信息处理系统进行效率的数学分析理论。 电子工程师只需 将今天的知识转换成明天的机器。 鼓舞人心是生物医学工程领域提供了无数的可能性。越来越多的用于延长、修复和提 高肉体生命的装置正在发展之中。激光已被用作粘结象脱落的视网膜那样的有生命的组织， 它们在外科中应用将会普遍，用于进行手术刀难以做的复杂的、精细的手术。计算机被发展 到能诊断、治疗疾病。电子工程师会设计许多实用的器官，进行器官移植。从理论上讲，医 学上电子学的应用是无限的。 新的发明不仅是电子工程师的杰作，普通百姓也可开发新的电子产品供人购买。能使 通话者互相见面的电视电话和能

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