電路基礎與集成電子技術 (新世紀電子信息與自動化係列課程改革教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔡惟錚 著

圖書標籤:

• 電路基礎
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齣版社： 水利水電齣版社

ISBN：9787508475950

商品編碼：29746250881

包裝：平裝

齣版時間：2010-07-01

基本信息

書名：電路基礎與集成電子技術 (新世紀電子信息與自動化係列課程改革教材)

定價：48.00元

作者：蔡惟錚

齣版社：水利水電齣版社

齣版日期：2010-07-01

ISBN：9787508475950

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是根據新世紀電子信息與自動化係列課程改革教材計劃編寫的。本書分電路基礎、模擬電子技術和數字電子技術3篇，共16章。本書的編寫對一部分課程內容在講法上進行瞭更新，精簡瞭內容，在順序上做瞭調整。例如其中電路基礎的一部分內容結閤電子技術的內容講解。先講場效應管，後講雙極型晶體管，結閤工作原理介紹gm和β，根據特性麯綫導齣晶體管的小信號模型。將模擬乘法器與運放綫性應用閤為一章，使它們應用電路的分析得到統一。
本書可供電氣信息類、計算機類、應用物理等專業的相關課程做教材，理論課授課在100學時左右。本書有多媒體電子教案配套供選用。

目錄

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總序
前言
篇　電路基礎
　章　電路元件與電源
　　1.1　實際電路與電路模型
　　1.2　電路中的無源二端元件
　　　1.2.1　電阻器
　　　1.2.2　電容器
　　　1.2.3　電感器
　　思考題
　　1.3　電流、電壓的正方嚮
　　思考題
　　1.4　電源和信號源
　　　1.4.1　電源
　　　1.4.2　受控電源
　　思考題
　　1.5　元件的電壓、電流和功率
　　思考題
　　1.6　信號的時域和頻域特性
　　　1.6.1　正弦信號的産生
　　　1.6.2　非正弦信號的閤成與頻譜圖
　　1.7　導體、絕緣體和半導體
　　本章小結
　　習題
　第2章　電路的基本定律
　　2.1　無源元件電路的等效變換
　　　2.1.1　電阻器的串聯
　　　2.1.2　電阻器的並聯
　　　2.1.3　電容器的串聯與並聯
　　　2.1.4　電感器的串聯與並聯
　　思考題
　　2.2　獨立電源電路的等效變換
　　　2.2.1　電壓源電路的串聯
　　　2.2.2　電流源電路的並聯
　　　2.2.3　實際電源電路的輸齣
　　　2.2.4　兩種實際電源電路之間的等效轉換
　　　2.2.5　電壓源源電壓和內阻的確定
　　　2.2.6　輸齣功率與負載匹配
　　　2.2.7　輸齣功率與消耗功率
　　思考題
　　2.3　基爾霍夫定律
　　　2.3.1　基爾霍夫電流定律(KCL)
　　　2.3.2　基爾霍夫電壓定律(KVL)
　　　2.3.3　電阻器的星形三角形變換
　　思考題
　　2.4　疊加原理
　　思考題
　　2.5　戴文寜定理和諾頓定理
　　　2.5.1　戴文寜定理
　　　2.5.2　諾頓定理
　　思考題
　　本章小結
　　習題
　……
第2篇　模擬電子技術
第3篇　數字電子技術
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代電子係統設計：從原理到實踐》 前言 我們正處在一個由電子技術驅動的變革時代。從智能手機的觸手可及，到精密醫療設備的廣泛應用，再到航空航天領域的尖端探索，電子技術的每一次飛躍都深刻地改變著我們的生活方式和社會麵貌。理解和掌握現代電子係統的核心原理，進而能夠設計和實現創新的電子産品，已成為當今科技領域的核心競爭力。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代電子係統設計視角。它不僅僅是關於孤立的電子元件，更關注如何將這些元件有機地組織起來，構建齣功能強大、性能優越的復雜係統。本書將帶領讀者穿越電子世界的宏偉圖景，從最基礎的信號處理概念齣發，逐步深入到構建復雜集成電路的精妙工藝，並最終觸及係統級的應用設計。我們相信，通過掌握本書所闡述的知識，讀者將能夠更好地理解當前電子技術的現狀，並為未來的創新與發展奠定堅實的基礎。 第一篇：信號的本質與處理 第一章：信號的語言——模擬信號與數字信號 萬物皆可“信號”。在電子世界中，信號是信息的載體，是指令的傳遞者。本章將首先揭示信號的本質，區分兩種最基本的信號類型：模擬信號與數字信號。 模擬信號的魅力與挑戰： 模擬信號是連續變化的，如同自然界中的聲音、光綫或溫度。它們能夠精確地反映物理世界的細微變化，因此在傳感器、音頻設備等領域扮演著至關重要的角色。我們將深入探討模擬信號的特性，如幅度、頻率、相位等，並分析其在傳輸過程中易受噪聲乾擾、精度受限等固有挑戰。 數字信號的精確與便捷： 與模擬信號不同，數字信號是離散的，通常以二進製的形式（0和1）錶示。這種離散性賦予瞭數字信號強大的抗乾擾能力和精確的可重現性，使得信息處理、存儲和傳輸變得前所未有的高效和可靠。本章將介紹數字信號的基本概念，包括采樣、量化和編碼，並闡述其在現代通信、計算和控製係統中的核心地位。 模數轉換與數模轉換： 在現實世界的許多應用中，模擬信號和數字信號需要相互轉換。本章將重點介紹模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的工作原理、關鍵參數（如分辨率、采樣率）以及它們在連接模擬世界與數字世界中的不可或缺的作用。理解這些轉換過程，是掌握現代電子係統如何感知、處理和響應外部環境的關鍵。 第二章：濾波與放大——塑造信號的利器 信號的“原始形態”往往需要經過精細的加工纔能滿足應用需求。濾波和放大是信號處理中最基本也最重要的操作，它們如同信號的“雕刻刀”和“擴音器”。 濾波器的奧秘： 濾波器能夠選擇性地允許特定頻率範圍的信號通過，同時衰減其他頻率的信號。本章將詳細介紹不同類型的濾波器，包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。我們將探討它們的電路結構（如RC濾波器、RL濾波器、LC濾波器）、頻率響應特性，並結閤實際應用場景，例如音頻信號的去噪、射頻信號的選擇等，來理解濾波器的重要性。 放大器的功率： 信號在傳輸過程中往往會衰減，或者需要被增強以驅動後續電路。放大器正是為瞭解決這個問題而生。本章將深入研究各類放大器的基本原理，包括同相放大器、反相放大器、差分放大器等。我們將分析放大器的關鍵參數，如增益、帶寬、輸入阻抗和輸齣阻抗，並討論其在音頻係統、傳感器接口等領域的廣泛應用。 運算放大器（Op-Amp）的通用性： 運算放大器是現代電子設計中最具代錶性的集成電路之一。本章將重點介紹運算放大器作為理想元件的特性，並展示如何利用其構建各種濾波器、放大器、積分器、微分器等功能電路。我們將通過實例分析，揭示運算放大器在模擬信號處理中的強大生命力。 第三章：時序控製與邏輯門——構建數字大腦的基礎 數字電子係統的核心在於其邏輯功能和時序控製能力。本章將帶領讀者走進數字邏輯的世界，理解信息是如何被處理和決策的。 布爾代數與邏輯門： 本章將從布爾代數這一數學工具齣發，介紹構成數字電路最基本單元——邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的工作原理和真值錶。我們將理解如何通過組閤這些基本邏輯門來實現更復雜的邏輯功能，為後續的數字係統設計打下基礎。 組閤邏輯電路： 組閤邏輯電路由邏輯門構成，其輸齣僅取決於當前的輸入。本章將介紹常見的組閤邏輯電路，如編碼器、譯碼器、多路選擇器（Multiplexer）和分路選擇器（Demultiplexer），並解釋它們在數據選擇、信號路由等方麵的應用。 時序邏輯電路： 與組閤邏輯不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路過去的狀態，這得益於存儲元件（如觸發器）的存在。本章將重點介紹各種觸發器（SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器）及其工作原理，並由此引齣移位寄存器和計數器等核心時序邏輯模塊，它們是實現數字係統定時、計數和數據存儲的關鍵。 狀態機設計： 狀態機是描述和設計復雜數字邏輯係統的一種強大方法。本章將介紹有限狀態機（FSM）的概念，包括狀態、轉換和輸齣，並演示如何利用組閤邏輯和時序邏輯來設計和實現一個簡單的狀態機，從而控製係統的行為。 第二篇：集成電子技術的核心 第四章：半導體器件——電子世界的基石 所有現代電子係統的核心都離不開半導體器件。本章將深入剖析這些微小的奇跡，理解它們如何實現電子的流動與控製。 二極管的單嚮導電性： 二極管是PN結的最基本體現，它允許電流沿一個方嚮流動，而在另一個方嚮阻斷。我們將探討二極管的結構、工作原理、伏安特性麯綫，以及它在整流、穩壓、開關等方麵的基本應用。 三極管（BJT）的放大能力： 雙極結型晶體管（BJT）是電子技術發展史上的裏程碑。本章將詳細講解BJT的兩種類型（NPN和PNP），其基極、集電極和發射極的工作原理，以及它如何實現電流放大。我們將分析BJT在放大器和開關電路中的應用。 場效應管（MOSFET）的崛起： 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）以其高輸入阻抗、低功耗和易於集成等優點，成為現代數字集成電路的主力軍。本章將介紹MOSFET的結構、柵極、漏極和源極的工作原理，以及其在各種電路中的放大和開關應用，尤其是在CMOS技術中的重要性。 其他重要半導體器件： 除瞭二極管和三極管，本章還將簡要介紹其他關鍵的半導體器件，如可控矽（SCR）、場效應晶體管（JFET）等，以及它們在特定應用場景下的優勢。 第五章：運算放大器的深入應用與模型 運算放大器（Op-Amp）以其極高的電壓增益、極低的輸入失調電壓和極高的輸入阻抗，成為模擬電路設計的“萬能積木”。 理想運算放大器模型： 在分析運算放大器電路時，我們通常采用理想模型來簡化分析。本章將詳細闡述理想運算放大器的幾個關鍵假設，包括無窮大的開環增益、零的輸入失調電壓、無窮大的輸入阻抗以及零的輸齣阻抗，並說明這些假設如何幫助我們快速理解復雜電路的功能。 基本運算電路分析： 基於理想運算放大器模型，本章將深入分析一係列重要的模擬電路，包括： 同相比例器： 實現輸入信號的比例放大，增益等於1+Rf/Rin。 反相比例器： 實現輸入信號的比例放大，增益等於-Rf/Rin。 加法器和減法器： 實現多個輸入信號的加權求和或差值運算。 積分器： 實現對輸入信號的積分操作。 微分器： 實現對輸入信號的微分操作。 電壓跟隨器： 實現信號的緩衝和阻抗匹配，增益為1。 實際運算放大器的局限性與補償： 理想模型與實際電路之間存在差異。本章將探討實際運算放大器的非理想特性，如有限的開環增益、輸入失調電壓、輸入偏置電流、輸齣電壓擺幅限製、壓擺率（Slew Rate）和帶寬限製等。我們將分析這些非理想因素對電路性能的影響，並介紹相應的補償和設計技巧。 運算放大器的選擇與應用： 掌握瞭運算放大器的基本原理和分析方法後，本章將指導讀者如何根據具體的應用需求（如精度、速度、功耗、供電電壓等）選擇閤適的運算放大器型號，並介紹運算放大器在濾波器設計、信號調理、儀器儀錶以及一些特定傳感器接口電路中的實際應用案例。 第六章：集成電路（IC）的基本原理與製造 集成電路（IC）將大量的電子元器件集成在一塊小小的半導體芯片上，是現代電子技術的核心。本章將揭示IC的奧秘。 IC的優勢與分類： 本章將闡述集成電路相對於分立元件的巨大優勢，如體積小、功耗低、成本低、可靠性高、性能好等。我們將介紹IC的幾種主要分類方式，如按功能分類（模擬IC、數字IC、混閤信號IC）和按集成度分類（小規模集成 SSI、中規模集成 MSI、大規模集成 LSI、超大規模集成 VLSI）。 IC的製造工藝概覽： 製造集成電路是一個極其復雜且精密的工業過程。本章將概述IC製造的主要步驟，包括矽片製備、外延生長、光刻、刻蝕、擴散、離子注入、薄膜沉積、金屬化等。我們將重點介紹光刻技術在微細圖形轉移中的核心作用，以及不同工藝（如PMOS, NMOS, CMOS）的特點。 數字集成電路設計： 數字IC是現代計算和通信係統的基礎。本章將介紹數字IC設計流程，包括功能設計、邏輯設計（RTL）、綜閤、布局布綫、物理驗證等。我們將重點探討CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術作為主流數字IC製造技術的原因，以及CMOS反相器、基本邏輯門等基本結構。 模擬集成電路設計： 模擬IC在信號的感知、處理和輸齣方麵發揮著不可替代的作用。本章將介紹模擬IC設計的特點和挑戰，包括跨導放大器、電流鏡、差分對等基本模擬電路模塊，以及它們如何構成運算放大器、濾波器、數據轉換器等模擬IC。 混閤信號集成電路： 許多現代電子係統同時需要模擬和數字信號處理能力。本章將介紹混閤信號IC的設計，以及如何將模擬和數字電路集成在同一芯片上，例如模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的設計。 第三篇：係統應用與未來展望 第七章：電源管理與穩壓技術 任何電子係統都離不開穩定的電源供應。本章將探討電源管理和穩壓技術，確保電子設備高效、可靠地運行。 電源的需求與挑戰： 電子設備對電源的要求各不相同，包括電壓、電流、穩定性、紋波、噪聲以及功耗等。本章將分析不同應用場景下的電源需求，並討論傳統電源麵臨的挑戰，如效率低、體積大、易發熱等。 綫性穩壓器： 綫性穩壓器通過串聯一個功率晶體管來調節輸齣電壓，結構簡單，噪聲低。本章將介紹綫性穩壓器（如LDO）的工作原理、優點和缺點，以及其在對噪聲敏感的應用中的地位。 開關穩壓器（DC-DC轉換器）： 開關穩壓器通過快速開關的方式來調節電壓，效率高，是現代電源設計的主流。本章將深入講解幾種主要的開關穩壓器拓撲結構，如升壓（Boost）轉換器、降壓（Buck）轉換器和升降壓（Buck-Boost）轉換器的工作原理，分析其效率、紋波和瞬態響應等關鍵參數。 電源管理單元（PMU）： 現代復雜的電子設備往往集成瞭多種電源管理功能，如電壓調節、電流限製、充電管理、低功耗模式等。本章將介紹PMU的概念和重要性，以及它們如何協同工作以優化設備的能效和性能。 第八章：傳感器與信號采集 傳感器是將物理世界的各種信息轉化為電子信號的“眼睛”和“耳朵”。本章將重點關注傳感器的原理、選擇與信號采集。 傳感器的基本原理與分類： 本章將介紹各類傳感器的基本工作原理，包括電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光學傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等。我們將分析不同傳感器將物理量轉化為電信號的方式，以及它們的靈敏度、精度、響應時間和測量範圍等關鍵參數。 傳感器接口電路設計： 傳感器輸齣的信號往往需要經過放大、濾波或轉換纔能被後續電路處理。本章將講解如何設計閤適的傳感器接口電路，以匹配傳感器的輸齣特性，減小噪聲乾擾，並提供適閤微控製器（MCU）讀取的信號。 數據采集係統（DAS）： 數據采集係統是將多個傳感器信號收集、處理並存儲起來的過程。本章將介紹DAS的基本組成部分，包括傳感器、信號調理電路、模數轉換器（ADC）和處理器。我們將討論采樣率、分辨率、多通道采集等關鍵問題。 物聯網（IoT）中的傳感器應用： 隨著物聯網技術的飛速發展，傳感器在智能傢居、環境監測、工業自動化等領域扮演著越來越重要的角色。本章將結閤實際案例，展示傳感器在構建智能互聯係統中的關鍵作用。 第九章：微控製器（MCU）與嵌入式係統 微控製器（MCU）是現代嵌入式係統的“大腦”，它們將處理器、內存和輸入/輸齣接口集成在一塊芯片上，實現瞭對物理世界的智能控製。 MCU的構成與工作原理： 本章將深入剖析MCU的核心組成部分，包括中央處理器（CPU）、內存（RAM/ROM）、定時器、中斷控製器、通信接口（如UART, SPI, I2C）以及通用輸入/輸齣（GPIO）端口。我們將理解CPU如何執行指令，內存如何存儲數據和程序，以及各種外設如何協同工作。 嵌入式係統的軟件開發： 嵌入式係統的功能通過軟件來實現。本章將介紹嵌入式軟件開發的流程，包括硬件選型、固件編程（通常使用C/C++語言）、編譯、調試和燒錄。我們將探討實時操作係統（RTOS）在復雜嵌入式係統中的作用。 MCU在實際應用中的案例： 本章將通過具體案例，展示MCU在各種嵌入式係統中的應用，例如智能傢電控製、汽車電子、工業自動化、醫療設備、機器人等。我們將分析在不同應用場景下，如何根據需求選擇閤適的MCU，並進行係統設計。 人機交互（HMI）基礎： 嵌入式係統需要與用戶進行交互。本章將簡要介紹人機交互的基本概念，包括顯示器、按鍵、觸摸屏等輸入/輸齣設備的接口設計，以及如何實現友好的用戶界麵。 第十章：未來趨勢與挑戰 電子技術正以前所未有的速度發展，不斷湧現齣新的理念和技術。本章將展望電子技術的未來發展趨勢，並探討當前麵臨的挑戰。 人工智能（AI）與機器學習的融閤： AI和機器學習正在深刻地改變著電子係統的設計和應用。本章將探討AI如何賦能電子係統，例如智能傳感器、自適應控製係統、更高效的數據處理等。 物聯網（IoT）的深化發展： 物聯網已成為連接現實世界和數字世界的重要橋梁。本章將討論IoT生態係統的進一步發展，包括更廣泛的連接性、更強大的數據分析能力以及更多樣化的應用場景。 新材料與新工藝： 新型半導體材料（如寬禁帶半導體、二維材料）和先進製造工藝（如納米技術、3D集成）將為電子器件和係統帶來革命性的突破。 可持續電子學與綠色設計： 隨著對環境問題的日益關注，可持續電子學和綠色設計理念將變得越來越重要，緻力於開發更節能、更環保的電子産品。 安全性與隱私保護： 在日益互聯的世界中，電子係統的安全性和用戶隱私保護將是持續麵臨的重大挑戰。 結語 《現代電子係統設計：從原理到實踐》緻力於為讀者提供一個紮實而廣闊的電子技術知識體係。我們相信，通過對本書內容的深入學習和理解，讀者不僅能掌握電子學的基本原理，更能洞察現代電子係統的設計精髓，從而在未來的科技創新與産業發展中，貢獻自己的智慧和力量。願本書成為您探索電子世界、實現技術夢想的堅實夥伴。

評分☆☆☆☆☆

這本書的講解方式實在是太有啓發性瞭，它不像傳統的教科書那樣堆砌公式和理論，而是更側重於將抽象的電子概念與實際應用緊密結閤起來。作者似乎非常懂得初學者的睏惑點，總能在關鍵時刻用生活化的例子來類比復雜的電路行為，一下子就能讓人茅塞頓開。比如，在解釋晶體管的工作原理時，作者沒有直接陷入復雜的半導體物理，而是先構建瞭一個形象的“水閥”模型，讓讀者對電流的控製有一個直觀的認識。這種由淺入深、循序漸進的引導，極大地降低瞭學習的心理門檻。我以前對電子學總是心存畏懼，總覺得那是一門“玄學”，但讀瞭這本書之後，我對整個電子技術領域建立起瞭一個堅實且充滿信心的認知框架。這種教學設計真的非常高明，值得所有電子工程領域的教育工作者藉鑒。

評分☆☆☆☆☆

從一個多年接觸技術文檔的老讀者角度來看，這本書在專業術語的規範性和一緻性上做得極為齣色，幾乎找不到任何含糊不清或前後矛盾的地方。涉及到不同領域的交叉概念時，作者總能精準地引用行業內的標準術語，並且在初次齣現時會附帶簡潔明瞭的解釋，確保瞭專業性與可讀性的完美平衡。閱讀體驗中，最大的感受就是“可靠”。在講解一些涉及高精度計算或嚴格規範的領域時，數據和引用的準確性讓人非常放心，這對於一本理工科教材來說至關重要。這種嚴謹的態度，使得這本書不僅可以作為課堂教材，完全有能力成為工程師案頭常備的參考手冊。它所構建的知識體係是如此穩固和精確，讓人對其推薦毫不猶豫。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀簡直讓人眼前一亮，封麵設計充滿瞭現代感，色彩搭配既專業又不失活力。拿到手裏就能感受到它用料的紮實，拿在手裏沉甸甸的，讓人對裏麵的內容充滿期待。內頁的紙張質量也很好，印刷字跡清晰銳利，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。每一頁的布局都非常考究，章節標題和正文的字體大小、行距都把握得恰到好處，使得閱讀體驗非常順暢。尤其是那些復雜的電路圖和原理示意圖，綫條流暢，標識清晰，即便是初學者也能很快地捕捉到核心信息。這種對細節的關注，體現瞭編者和齣版方對讀者的尊重，讓人在學習的過程中感到非常舒適和愉悅。可以說，光是翻閱這本書的過程，就已經是一種享受瞭，這種精美的製作水平在教材中是相當少見的。

評分☆☆☆☆☆

深度剖析某個特定模塊時，這本書展現齣瞭令人驚嘆的係統性和條理性。它不僅僅停留在“是什麼”和“怎麼做”的層麵，更深入地探討瞭“為什麼會這樣設計”背後的權衡取捨。在介紹集成電路基礎知識時，作者非常詳盡地梳理瞭從早期的分立元件到現代大規模集成電路的發展脈絡，使得讀者能夠理解當前技術形態的必然性。每當引入一個新概念，總會有一小段曆史背景介紹或者設計哲學闡述，這使得學習過程不再是孤立知識點的堆砌，而是一部完整技術演進的曆史。這種宏觀視野的培養，對於未來想要從事高級設計或研發工作的讀者來說，是極其寶貴的財富。它教會我的不僅僅是知識本身，更是一種工程師應有的批判性思維和全局觀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套學習資源和自我檢測機製設計得非常人性化，這一點是很多同類教材所欠缺的。章節末尾的“自測問答”部分，不僅僅是簡單的選擇題或填空題，它包含瞭不少需要動手推導或小型設計任務的思考題。更重要的是，這些習題的難度梯度設置得非常閤理，從基礎鞏固到綜閤應用，環環相扣，讓人可以逐步檢驗自己對知識的掌握程度。我特彆喜歡那些開放性的設計挑戰，它們鼓勵讀者跳齣書本的既有框架，嘗試運用所學知識去解決一些稍微復雜一點的實際問題。這種主動學習而非被動接受的模式，極大地提升瞭我的學習效率和解決問題的能力。可以說，這本書不隻是讓你學會理論，更是訓練你成為一個能解決實際問題的工程師。