信号与系统 9787030216694 科学出版社有限责任公司 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王明泉 等 著

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出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030216694

商品编码：29545220863

包装：平装

出版时间：2018-01-01

基本信息

书名：信号与系统

定价：49.00元

作者：王明泉 等

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787030216694

字数：

页码：356

版次：4

装帧：平装

开本：

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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内容提要

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本书为普通高等教育'十一五'*规划教材，研究线性时不变系统传输与处理确定方面的基本概念和基本分析方法。研究对象涉及连续和离散时间信号与系统，研究方法包括时域分析和变换域分析，重点是变换域分析。本书共分为八章，主要内容包括：信号与系统的概述、连续时间信号与系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的复频域分析、连续时间信号的采样与量化、离散时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的z域分析和系统状态变量分析法。本书编写结构合理，可供不同教学时数选用；内容通俗易懂，便于自学；注重理论联系工程实际。全书各章都有精选的例题和不同类型的习题。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《电子学原理与应用》 第一章 绪论 本章将带领读者进入广阔而迷人的电子学世界。我们将首先探讨电子学的定义、发展历程以及其在现代社会中不可或缺的地位。从收音机到智能手机，从医疗设备到航空航天，电子学的身影无处不在，深刻地改变着我们的生活方式和认知边界。 我们将简要回顾电子学的历史，追溯到电的发现和早期研究，再到真空管的发明，直至晶体管的问世，最后聚焦于集成电路和微电子技术的飞速发展。这段波澜壮阔的历史不仅是技术进步的缩影，更是人类智慧和创造力的结晶。 接着，我们将阐述电子学的基本概念和研究范畴。电子学并非孤立的学科，它与物理学、数学、计算机科学、材料科学等众多领域紧密相连，共同构建了一个庞大而复杂的知识体系。理解这些基础概念，如电压、电流、电阻、电容、电感等，是深入学习后续章节的关键。 最后，本章将展望电子学的未来发展趋势，包括纳米电子学、光电子学、量子电子学以及人工智能与电子学的深度融合等前沿领域。这些新兴技术将为我们带来怎样的机遇和挑战，值得我们深入思考和探索。 第二章 直流电路分析 本章是深入学习电子学的基础，我们将专注于直流电路的分析方法。直流电路是电子学中最基本、最常见的电路类型，理解其原理对于分析更复杂的电路至关重要。 我们将从欧姆定律入手，这是直流电路分析的基石。欧姆定律描述了电压、电流和电阻之间的关系，其简洁的数学表达式 $V = IR$ 蕴含着丰富的物理意义。我们将通过大量的实例分析，帮助读者熟练掌握欧姆定律的应用，并理解其在不同电路元件中的体现。 随后，我们将介绍基尔霍夫定律，包括电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。基尔霍夫定律是分析复杂直流电路的有力工具，它基于电荷守恒和能量守恒原理。我们将详细讲解如何运用这两个定律列写电路方程，并通过节点分析法和网孔分析法等系统性方法，求解电路中的未知量，如各支路的电流和各节点的电压。 本章还将深入探讨电阻串联和并联的特点与计算方法。了解电阻的组合方式以及如何计算等效电阻，对于简化电路分析、理解电路工作原理具有重要意义。 此外，我们将介绍实际电源的等效模型，即内阻对电路性能的影响。理解电源的内阻如何影响输出电压和电流，对于实际电路设计和故障排除至关重要。 最后，本章将引入一些常用的直流电路分析技巧，如戴维宁定理和诺顿定理。这些定理能够将复杂的线性电阻电路简化为更易于分析的形式，极大地提高了电路分析的效率。 第三章 交流电路分析基础 本章将引导读者进入交流电路的奇妙世界。与直流电不同，交流电的大小和方向会随时间周期性变化，这使得交流电路的分析更具挑战性，但也蕴含着更丰富的应用可能性。 我们将从正弦交流电的产生和基本参数入手。理解周期、频率、振幅、初相位等概念，是描述和分析正弦交流电的基础。我们将介绍如何用数学函数来表示正弦交流电，以及其在时域上的波形特征。 为了简化交流电路的分析，我们将引入相量（phasor）的概念。相量是一种复数表示方法，可以将随时间变化的交流信号转化为复数，从而将复杂的微分方程转化为代数方程。我们将详细讲解如何将正弦交流电转化为相量，以及相量的运算规则，包括加法、减法、乘法和除法。 本章将重点分析交流电路中的基本元件：电阻、电感和电容。我们将深入探讨这些元件在交流电路中的特性，特别是它们对电流和电压相位的影响。电阻在交流电路中仍然遵循欧姆定律，但电感和电容会引入“感抗”和“容抗”，它们是交流电在元件中遇到的“阻碍”，并且与频率有关。 我们将介绍阻抗（impedance）的概念，它是交流电路中电阻、感抗和容抗的综合体现。阻抗是一个复数，其模值表示交流信号的幅度关系，其辐角表示电流和电压之间的相位差。我们将学习如何计算RL、RC和RLC串联及并联电路的阻抗。 随后，我们将讨论交流电路的功率。与直流电路的瞬时功率和平均功率不同，交流电路还涉及到视在功率、有功功率和无功功率。理解这些功率的概念及其相互关系，对于电力系统的设计和运行至关重要。我们将介绍功率因数及其对系统效率的影响。 本章还将引入交流电路的分析方法，如相量法、节点电压法和网孔电流法，这些方法在相量域内进行分析，极大地简化了交流电路的计算。 第四章 半导体器件基础 本章将深入探索半导体器件的世界，这是现代电子学的核心组成部分。半导体材料的独特导电特性，使其成为制造各种电子元件的基础。 我们将从半导体的基本概念和结构讲起。介绍本征半导体和杂质半导体（N型和P型半导体）的形成过程，以及它们与金属和绝缘体在导电性上的区别。理解PN结的形成及其单向导电性是后续学习的基础。 我们将详细介绍二极管（Diode）的工作原理和特性。二极管是一种基本的PN结器件，它允许电流沿一个方向流动，而在反向截止。我们将分析二极管的正向导通特性、反向击穿特性，并介绍不同类型的二极管，如整流二极管、稳压二极管、发光二极管（LED）和光电二极管等，并探讨它们的实际应用。 接着，我们将转向晶体管（Transistor）这一革命性的发明。我们将重点介绍双极型结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。 对于BJT，我们将讲解其结构（NPN和PNP型），工作原理（基极电流控制集电极电流），以及其三种工作区域（放大区、饱和区和截止区）。我们将介绍BJT的输入特性曲线和输出特性曲线，并分析其作为放大器和开关的应用。 对于FET，我们将介绍其基本类型，如结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET）。我们将讲解FET的工作原理（栅极电压控制漏极电流），并分析其在放大和开关电路中的应用。MOSFET作为现代集成电路中最基本的器件之一，我们将对其结构和工作特性进行更深入的探讨。 本章还将介绍晶闸管（Thyristor）等功率半导体器件，它们在电力电子领域有着广泛的应用，如可控整流、变频调速等。 第五章 放大电路 本章将聚焦于放大电路的设计与分析。放大器是电子电路中最基本的功能模块之一，它能够将微弱的输入信号幅度增强，从而使其能够被后续电路处理或驱动负载。 我们将从放大器的基本概念和分类入手。介绍放大器的功能，以及按照频率响应、功率等不同标准进行的分类。 我们将详细分析BJT和MOSFET作为基本放大元件的配置方式，包括共发射极放大器、共集电极放大器（射极/源极跟随器）和共基极放大器（基极/栅极输入的放大器）。对于每种配置，我们将详细推导其电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗，并分析其各自的优缺点和适用场合。 本章将深入讲解放大电路的偏置技术。偏置是为了使晶体管工作在放大区，并保证放大器性能的稳定。我们将介绍自偏置、分压偏置等多种偏置方法，并分析它们的稳定性。 我们还将探讨放大器的频率响应。任何放大器对不同频率的信号都会有不同的增益，这会影响信号的保真度。我们将引入带宽、截止频率等概念，并分析耦合电容和旁路电容对放大器低频响应的影响，以及放大器内部寄生电容对高频响应的影响。 此外，本章将讨论多级放大器的级联。通过将多个单级放大器串联，可以获得更高的总增益。我们将分析多级放大器的增益计算，并讨论不同耦合方式（直接耦合、RC耦合、变压器耦合）的优缺点。 最后，本章还将介绍一些实用的放大电路设计考虑，如噪声、失真和功耗等问题，并提供一些提高放大器性能的技巧。 第六章 运算放大器 本章将深入探讨运算放大器（Operational Amplifier，Op-Amp）这一强大的集成电路。运算放大器因其高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等理想特性，可以构成各种复杂的模拟电路，实现信号的加、减、乘、除、积分、微分等运算，因此得名。 我们将从运算放大器的基本结构和理想模型开始。理解运算放大器内部的差分放大、增益级和输出级等组成部分，以及理想运算放大器的特性（无穷大的开环增益，无穷大的输入阻抗，零的输出阻抗）。 本章将重点讲解如何利用负反馈技术来配置运算放大器，以实现各种线性和非线性功能。负反馈是运算放大器应用的关键，它能够显著提高电路的稳定性、线性和输入/输出阻抗特性，并减小对器件参数的依赖。 我们将详细分析几种经典的运算放大器电路： 反相比例器（Inverting Amplifier）： 输入信号通过一个电阻连接到运算放大器的反相输入端，输出信号与输入信号幅度成比例，且相位相反。 同相比例器（Non-inverting Amplifier）： 输入信号直接连接到运算放大器的同相输入端，输出信号与输入信号幅度成比例，且相位相同。 电压跟随器（Voltage Follower）： 输入信号直接连接到同相输入端，输出端连接到反相输入端，实现信号的缓冲和隔离。 加法器（Adder）： 通过在反相输入端连接多个电阻，可以实现多个输入信号的加权求和。 减法器（Subtractor）： 利用两个同相比例器和反相比例器，可以实现两个输入信号的差值。 积分器（Integrator）： 用电容代替反相输入端的反馈电阻，可以实现对输入信号的积分运算。 微分器（Differentiator）： 用电容代替输入端的电阻，可以实现对输入信号的微分运算。 我们将详细分析这些电路的工作原理，推导其传递函数，并分析它们的优缺点和应用场景。 本章还将讨论运算放大器的非理想特性，如有限的开环增益、有限的输入阻抗、非零的输出阻抗、共模抑制比（CMRR）、压摆率（Slew Rate）以及输入失调电压和偏置电流等，并分析这些非理想特性对电路性能的影响。 最后，我们将介绍一些运算放大器的实际应用，例如有源滤波器、信号发生器、比较器等，展示运算放大器在现代电子系统中的广泛应用。 第七章 振荡电路 本章将探索振荡电路的设计与原理。振荡电路能够产生连续的、周期性的电信号，它们是许多电子系统的核心，如无线电发射机、时钟信号发生器、音频合成器等。 我们将从振荡电路的基本原理开始。理解一个电路为何能够产生振荡，需要满足两个基本条件：一是电路中存在正反馈，二是电路满足巴克豪森稳定判据。我们将详细解释这两个条件，并说明它们如何保证振荡的稳定进行。 本章将介绍几种经典的振荡电路拓扑结构，并详细分析它们的原理： RC振荡电路： 利用电阻和电容的相位移特性来产生反馈。我们将介绍移相振荡器和文氏电桥振荡器。 LC振荡电路： 利用电感和电容的谐振特性来产生振荡。我们将介绍哈特莱振荡器、科尔皮兹振荡器和哈特莱振荡器。 晶体振荡器： 利用石英晶体的压电效应和高Q值特性来产生稳定、精确的振荡信号。我们将介绍石英晶体的模型和晶体振荡器的设计。 对于每种振荡电路，我们将分析其产生振荡的条件，计算其振荡频率，并讨论其性能特点，如频率稳定性、输出波形和功率输出等。 本章还将介绍多谐振荡器（Multivibrator）等非正弦波振荡电路，它们可以产生方波、锯齿波等特殊波形，在数字电路和定时电路中有广泛应用。 最后，我们将讨论振荡电路的实际设计考虑，包括频率的稳定性、输出波形的失真以及起振的可靠性等问题，并提供一些提高振荡电路性能的技巧。 第八章 脉冲与数字电路基础 本章将为您揭开数字电路的神秘面纱，介绍脉冲信号的产生、传输和处理，以及构建数字系统的基本逻辑门和电路。数字电路是现代计算机、通信设备和众多自动化系统的基石。 我们将从脉冲信号的概念和特性开始。理解脉冲的上升沿、下降沿、脉冲宽度、周期、占空比等参数，以及它们在数字信息传输中的重要作用。我们将介绍脉冲信号的产生方法，如弛豫振荡器等。 接着，我们将进入数字逻辑的世界，介绍布尔代数。布尔代数是数字电路分析和设计的基础，它用逻辑变量（0和1）和逻辑运算（AND、OR、NOT）来描述电路的功能。我们将讲解布尔代数的基本定律和定理，以及如何利用它们来简化逻辑表达式。 本章将详细介绍数字电路中最基本的逻辑门： 与门（AND Gate）： 当所有输入为1时，输出才为1。 或门（OR Gate）： 只要有一个输入为1，输出就为1。 非门（NOT Gate，也称反相器）： 输入为0时输出为1，输入为1时输出为0。 与非门（NAND Gate）： 与门的输出反相。 或非门（NOR Gate）： 或门的输出反相。 异或门（XOR Gate）： 当输入不同时，输出为1；当输入相同时，输出为0。 我们将通过真值表和逻辑图来清晰地展示这些逻辑门的功能，并介绍如何利用它们来构建更复杂的逻辑电路。 随后，我们将介绍组合逻辑电路。组合逻辑电路由逻辑门组成，其输出仅取决于当前的输入状态，而与之前的状态无关。我们将介绍几种常见的组合逻辑电路，如编码器、译码器、多路选择器（MUX）和数据分配器（DEMUX）等，并分析它们的结构和功能。 本章还将引入时序逻辑电路。时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于之前的状态。这将引入“存储”的概念。我们将介绍触发器（Flip-Flop）等基本存储单元，它们是构成存储器（如寄存器和RAM）的基础。我们将讲解D触发器、JK触发器、T触发器等不同类型的触发器，以及它们的工作原理。 最后，我们将概述一些基本的数字系统，如计数器和移位寄存器，并简要提及它们在计数、数据传输和序列生成等方面的应用。 第九章 数据转换器 本章将重点介绍数据转换器，它们是连接模拟世界和数字世界的桥梁，在现代电子系统中扮演着至关重要的角色。无论是音频、视频处理，还是传感器数据采集，数据转换器都是不可或缺的环节。 我们将从模拟信号和数字信号的基本概念开始。理解模拟信号的连续性和数字信号的离散性，以及它们之间进行转换的必要性。 本章将详细介绍两种主要的数据转换器： 模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）： 将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。我们将介绍ADC的基本工作原理，包括采样、量化和编码过程。 采样： 将连续的模拟信号在时间上离散化。我们将讨论采样定理（奈奎斯特准则），以及采样率对转换精度的影响。 量化： 将离散的采样值映射到有限的数字码。我们将介绍量化误差，以及分辨率（比特数）对量化精度的影响。 编码： 将量化后的值表示为二进制数字码。 我们将介绍几种常见的ADC架构，例如： 逐次逼近型ADC（Successive Approximation ADC, SAR ADC）： 广泛应用，速度和精度适中。 双积分型ADC（Dual-Slope ADC）： 精度高，但速度较慢，常用于数字万用表。 并行（Flash）ADC： 速度最快，但分辨率受限且功耗较高。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC： 具有极高的分辨率，常用于音频和精密测量。 数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）： 将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。我们将介绍DAC的基本工作原理，包括数字输入、转换过程和模拟输出。 我们将介绍几种常见的DAC架构，例如： 电阻网络型DAC（Resistor Ladder DAC）： 包括权电阻型和R-2R梯形电阻型，是常用的DAC结构。 开关电容型DAC： 利用开关和电容进行转换。 过采样和噪声整形DAC： 类似于Σ-Δ ADC，可以实现高分辨率。 对于每种转换器，我们将分析其关键参数，如分辨率、采样率/转换速率、非线性度、单调性等，并讨论它们在不同应用场景下的选择依据。 最后，本章将探讨数据转换器在实际系统中的应用，如音频播放器、数字示波器、传感器接口、通信系统等，并简要介绍数据转换器的测试和校准技术。 第十章 信号与系统概览 (本章不包含具体内容，仅为引子) 本章旨在为读者提供一个对“信号”和“系统”这两个核心概念的初步认识，为后续更深入的学习奠定基础。我们将从宏观角度出发，勾勒出信号与系统研究的广阔图景。 首先，我们将探讨“信号”的定义与分类。信号是信息的载体，可以是电信号、声信号、光信号，甚至是生物信号。我们将介绍不同类型的信号，如连续时间信号与离散时间信号，周期信号与非周期信号，能量信号与功率信号等。理解信号的特性对于分析和处理信息至关重要。 接着，我们将引入“系统”的概念。系统是将输入信号转换为输出信号的任何实体。它可以是一个电子电路，一个通信设备，一个控制系统，甚至是一个生物体。我们将介绍系统的基本特性，如线性、时不变性、因果性等，这些特性将帮助我们理解和描述系统的行为。 本章将简要提及信号与系统研究的核心工具和方法，例如傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等，它们是分析信号和系统频率特性的强大数学工具。但在此阶段，我们仅作概念性介绍，避免深入的数学推导。 最后，我们将展望信号与系统在各个领域的重要应用，例如通信工程中的信号传输与处理，控制工程中的系统设计与稳定性分析，以及图像处理、语音识别等人工智能领域。通过这些例子，读者将能初步体会到信号与系统理论的普遍性和实用性。 本章的内容将如同一个序曲，为读者拉开信号与系统学科的帷幕，激发其深入探索的兴趣，并为后续章节的学习做好铺垫。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对“信号与系统”这个概念一直处于一种模糊的认识状态，感觉它离我的日常生活有点遥远。但是，当我拿到这本《信号与系统》后，我发现事情远非如此。书中的第一部分，对信号和系统的基本定义、分类以及一些基本性质的讲解，非常清晰易懂。作者没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是通过一些生活中的例子，比如声波、光波，以及简单的电路，来帮助读者建立直观的理解。 我尤其喜欢书中关于“系统”的讨论，它不仅仅局限于线性时不变系统，还涉及到了因果性、稳定性等重要概念。这些概念的引入，让我明白为什么一个系统会产生特定的输出，以及如何预测和控制系统的行为。书中通过大量的图示和推导，让我对信号在系统中的传递和变换过程有了更深刻的认识。这本书让我意识到，无论是物理世界还是信息世界，都遵循着一些基本的“信号与系统”的规律，而理解这些规律，能够帮助我们更好地解决问题。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我花了很长时间才完全消化吸收的书。它不是那种可以快速浏览一遍就放下的书，而是需要静下心来，反复琢磨，才能体会到其中精妙之处。书中关于傅里叶级数和傅里叶变换的讲解，我之前在其他地方也接触过，但都没有这本书来得透彻。作者深入剖析了各种信号的频谱特性，以及它们如何通过不同的系统进行滤波和变换。 我尤其对书中关于“系统辨识”的章节印象深刻。它探讨了如何根据系统的输入和输出来推断系统的模型，这对于我们理解和设计复杂的工程系统非常有启发。书中提到的各种辨识方法，比如最小二乘法，虽然有一定的数学门槛，但一旦理解了原理，就能感受到其强大的应用潜力。这本书让我明白，信号与系统不仅仅是理论研究，更是解决实际工程问题的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在准备一个关于数字信号处理的课程项目，急需一些深入且实用的参考资料。在朋友的推荐下，我找到了这本《信号与系统》。不得不说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。它不仅仅是介绍基本理论，更重要的是，它深入探讨了各种信号处理算法的原理和实现细节。书中关于采样定理、量化噪声、重构滤波器等内容的阐述，为我理解数字信号的采集和还原过程打下了坚实的基础。 特别令我印象深刻的是，书中花了很大篇幅讲解了离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT），以及它们与连续时间傅里叶变换（CTFT）之间的联系和区别。这对于理解数字信号的频谱特性至关重要。作者还详细介绍了快速傅里叶变换（FFT）算法，并给出了具体的实现思路，这对于实际编程应用非常有帮助。我甚至尝试着根据书中的伪代码，在MATLAB中实现了一个简单的FFT程序，运行结果非常令人满意。这本书为我的项目提供了宝贵的理论支持和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很朴实，但内容却着实让我眼前一亮。我一直从事通信工程领域的工作，对信号的处理和分析有着强烈的需求。这本《信号与系统》正好满足了我的这一需求。书中关于连续时间信号和离散时间信号的划分，以及它们各自的特性，讲解得非常到位。 我特别欣赏书中对于各种典型信号（如阶跃信号、冲激信号、指数信号等）的分析，以及它们在不同系统中的响应。这为我理解各种实际信号的产生和传播机制提供了清晰的框架。此外，书中关于系统稳定性、因果性、线性度等基本性质的论述，对于评估和设计通信系统至关重要。我甚至可以根据书中的理论，更准确地评估我正在开发的新型通信协议的性能。这本书无疑是我工作中不可多得的参考宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对信息世界认知的新大门！我一直对无线通信、信号处理这些领域充满好奇，但总感觉隔着一层迷雾。拿到这本《信号与系统》后，我迫不及待地翻阅起来。一开始，一些基础的概念，比如傅里叶变换、拉普拉斯变换，确实让我有些头疼，感觉像是重新回到了大学课堂。但是，作者的讲解方式非常巧妙，他用了很多生动的类比，把那些抽象的数学概念具象化，让我渐渐地理解了信号是如何在时域和频域之间转换的，以及这些变换在实际应用中的意义。 尤其是关于卷积的部分，我之前一直觉得它是个很难理解的操作，但书中通过对系统响应的详细分析，一步步地引导我理解了卷积的本质——它描述了输入信号如何通过一个系统产生输出信号。这个概念的应用范围太广了，从音频处理到图像识别，再到通信系统的设计，似乎都离不开它。我甚至开始尝试用它来分析我平时听的音乐，想象着音乐信号经过音响系统时是如何被“塑造”的。这本书让我明白，信号处理不仅仅是数学公式的堆砌，更是一种理解和改造世界的方式，它让我们能够更深入地洞察隐藏在数据背后的规律。