1.3 电子系统的基本概念

1.3.1 系统的分类

1.系统的定义

什么是系统？广义地说，所谓系统（system），是由若干相互联系、相互作用的单元组成的具有一定功能的有机整体。太阳系、水利灌溉、通信网、政治结构、经济组织、运输控制、电力网等都是系统的例子。

本书只讨论由各种电子元器件进行适当的连接，完成特定功能的电子系统，即电子电路。在电类专业术语中，往往把“系统”、“电路”和“网络”混合使用，并不做严格区别。

一个物理系统，是将某些元件或部件以特定方式连接而成的整体。每个物理系统都能在某个或多个信号的作用下，完成某些要求的功能。一般我们将输入系统的信号称为激励，而将系统完成某些要求功能的输出称为响应。

各种变化着的信号不是孤立存在的，信号总是在系统中产生又在系统中按照要求进行处理和不断传递。

例如图1.9所示的电视系统，摄像机的作用是把目标图像的光信息转换成相应的电信号，微音器把伴随图像的声音（语音、音乐等）也转换成相应的电信号。这些信号经过发射机处理与放大后通过天线以电磁波形式发射到空间，接收机则把通过天线收到的信号进行放大、处理后送到显像管和扬声器。

上述电视系统的组成部件（单元）是微音器、摄像机、发射机、天线、接收机、扬声器、显像管等。这些单元在系统中是相互依存、相互作用的统一体。缺少哪个单元，或任一部件发生故障，都无法完成电视图像和伴音传输的功能。

系统的规模可大可小，视实际需要而定。如通信系统是较大的系统，其中包括接收机、发射机和计算机等，它们是通信系统的组成单元；它们本身又是一个较小的系统，称为子系统。而一个电容元件具有存储电荷的功能，也可以把它看成一个小系统。

系统的功能随其构成形式而定。有的可完成对信号的加工与处理，如放大、滤波、延迟、积分等；有的可完成对运动物体的遥测与控制，如雷达、卫星遥测遥控系统等；有的完成工业过程中各种物理量（如温度、压力、流量、速度等）的自动检测。系统的功能虽然不尽相同，但其输入与输出的对应关系却可以简单地用框图表示出来。若系统的输入（激励）信号f（t）和输出（响应）信号y（t）均为一个，这样的系统称为单输入单输出系统，表示方法如图1.10（a）所示；若系统的输入信号有多个，如f1（t）、f2（t）、…、fn（t），输出信号也有多个，如y1（t）、y2（t）、…、ym（t），则称之为多输入多输出系统，表示方法如图1.10（b）所示，这种系统用得最多。但就方法和概念而论，单输入单输出系统是重要的基础，因此本书重点研究单输入单输出系统。

2.电子系统的分类

电子系统的种类很多，如通信系统、计算机系统、自动控制系统等，而且从不同的角度又有不同的分类方式。

根据系统处理的信号形式的不同，系统可分为三大类：模拟时间系统（简称模拟系统）、数字时间系统（简称数字系统）和混合系统。

（1）模拟系统

若系统中各个子系统的输入、输出信号均为模拟信号，则称为模拟系统，即模拟电子电路。图1.11（a）给出了模拟系统的示意图。

模拟电子电路又可以分为低频模拟电子电路与高频模拟电子电路。“高频”并无严格定义。一般把1500kHz～3GHz频率当做高频带，而将这种频带的电路定义为“高频模拟电子电路”。例如电视系统就是一种高频电子电路。而工作频率小于1500kHz的电子电路称为低频模拟电子电路。例如语音的频率范围为20Hz～20kHz，因此，语音信号处理电路就是一种低频模拟电子电路。本书只讨论低频模拟电子电路。

（2）数字系统

若系统的各个子系统的输入、输出信号均为数字信号，则称为数字系统。图1.11（b）给出了数字系统的示意图。

（3）混合系统

若系统中有的子系统为模拟系统，有的子系统为数字系统，这样的系统称为混合系统。图1.11（c）给出了混合系统的示意图。

在图1.11（c）中，A/D称为模拟/数字转换器，其作用是把模拟信号（连续信号）转换为数字信号（离散信号）；D/A称为数字/模拟转换器，其作用是把数字信号转换为模拟信号。由于该系统中含有A/D和D/A子系统，故整个系统为混合系统。目前在通信、图像处理、工业过程控制等系统中常有计算机参与，所以混合系统的应用非常广泛。

系统除了上述分成的三大类外，根据系统本身的特点又可分成：动态系统与非动态系统、线性系统与非线性系统、因果系统与非因果系统、时变系统与时不变系统等，这里不再赘述。

1.3.2 电子系统的基本结构

如前所述，实际系统通常由许多子系统组合而成。子系统的相互连接一般有级联、并联、反馈连接等三种。例如图1.12所示检测系统，信号（温度、压力、速度等）经过传感器转换为电信号，然后经过放大器适当放大，再送入显示器。这三个子系统的连接形式就是级联。

图1.13所示为一个简单的信号处理系统。对外部输入的信号f（t），该系统分别用一个低通滤波器和两个不同中心频率的带通滤波器处理后相加，这三个子系统的连接形式称为并联。

图1.14所示为一电子望远镜系统，其中φi是指定的望远镜角度，φo为望远镜的实际角度。为了使系统的输出φo精确地达到指定角度，可利用电位器（子系统）从输出φo中取出一部分信息φf反馈到比较器，φi与φf比较后再送入放大器等环节进行调整，直至达到要求。图中的连接形式称为反馈连接。

如图1.15所示为计算机控制系统。计算机、信号变换电路和被控对象三个环节（或称子系统）组成前向通道；传感器、变送器和信号变换三个环节组成反馈通道。因此，图1.15所示系统的结构应属于反馈结构。

总之，不论系统的连接形式与功能如何，信号总是与系统相伴存在，信号经由系统才能进行处理和传输。虽然各种传输的信号内容可能不同，但信号通过系统的规律是一致的。