电子技术发展史

电子技术发展史电子技术发展史 一 一 现在人们已经掌握了大量的电子技术方面的知识 而且电子技术还在不断的发展着 这些 知识是人们长期劳动的结晶 我国很早就已经发现电和磁的一些现象 在古籍中曾有 磁石召铁 和 琥珀拾芥 的记 载 磁石首先应用于指示方向和校正时间 在 韩非子 和东汉王充著 论衡 两书中提到的 司南 就是指它 以后由于航海事业发展的需要 我国在十一世纪就发明了指南针 在宋代 沈括所著的 梦溪笔谈 中有 方家以磁石磨针锋 则能指南 然常微偏东 不全南也 的记 载 这不仅说明了指南针的制造 而且已经发现了磁偏角 直到十二世纪 指南针才由阿拉伯 人传入欧洲 在十八世纪末和十九世纪初的这个时期 由于生产发展的需要 在电磁现象方面的研究工 作发展的很快 库仑在 1785 年首先从实验室确定了电荷间的相互作用力 电荷的概念开始有了 定量的意义 1820 年 奥斯特从实验中发现了电流对磁针有力的作用 揭开了电学理论新的一 页 同年 安培确定了通有电流的线圈的作用与磁铁相似 这就找出了此现象的本质问题 有 名的欧姆定律是欧姆在 1826 年通过实验而得出的 法拉第对电磁现象的研究有特殊贡献 他在 1831 年发现的电磁感应现象是以后电子技术的重要理论基础 在电磁现象的理论与使用问题的 研究上 楞次发挥了巨大的作用 他在 1833 年建立确定感应电流方向的定则 楞次定则 其 后 他致力于电机理论的研究 并阐明了电机可逆性的原理 楞次在 1844 年还与英国物理学家 焦耳分别独立的确定了电流热效应定律 焦耳 楞次定律 与楞次一道从事电磁现象研究工作 的雅可比在 1834 年制造出世界上第一台电动机 从而证明了实际应用电能的可能性 电机工程 得以飞跃的发展是与多里沃 多勃罗沃尔斯基的工作分不开的 这位杰出的俄罗斯工程师是三相 系统的创始者 他发明和制造出三相异步电机和三相变压器 并首先采用了三相输电线 在法 拉第的研究工作基础上 麦克斯韦在 1864 年至 1873 年提出了电磁波理论 他从理论上推测到 电磁波的存在 为无线电技术的发展奠定了理论基础 1888 年 赫兹通过实验获得电磁波 证 实了麦克斯韦的理论 但实际利用电磁波为人类服务的还应归功于马克尼和波波夫 大约在赫 兹实验成功七年之后 他们彼此独立的分别在意大利和俄国进行通信试验 为无线电技术的发 展开辟了道路 人类在自然界斗争的过程中 不断总结和丰富着自己的知识 电子科学技术就是在生产斗 争和科学实验中发展起来的 1883 年美国发明家爱迪生发现了热电子效应 随后在 1904 年弗 莱明利用这个效应制成了电子二极管 并证实了电子管具有 阀门 作用 他首先被用于无线 电检波 1906 年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极 栅极而发明了电子 三极管 从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑 半个多世纪以来 电子管在电子技术中 立下了很大功劳 但是电子管毕竟成本高 制造繁 体积大 耗电多 从 1948 年美国贝尔实验 室的几位研究人员发明晶体管以来 在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管 但是 我 们不能否定电子管独特的优点 在有些装置中 不论从稳定性 经济性或功率上考虑 还需要 采用电子管 第一个集成电路是在 1958 年见诸于世的 集成电路的出现和应用 标志着电子技术发展到 了一个新的阶段 它实现了材料 元件 电路三者之间的统一 同传统的电子元件的设计与生 产方式 电路的结构形式有着本质的不同 随着集成电路制造工艺的进步 集成度越来越高 出现了大规模和超大规模集成电路 例如可在一块 6mm 平方的硅片上制成一个完整的计算机 进一步显示出集成电路的优越性 随着半导体技术的发展和科学研究 生产与管理等的需要 电子计算机应时而兴起 并且 日臻完善 从 1946 年诞生第一台电子计算机以来 已经经历了电子管 晶体管 集成电路及超 大规模集成电路的四代 每秒运算速度已达 10 亿次 现在正在研究和开发第五代计算机 人工 智能计算机 和第六代计算机 生物计算机 它们不依靠程序工作 而依靠人工智能工作 特别是七十年代银河计算机问世以来 由于它价廉 方便 可靠 小巧 大大加快了电子计算 机的普及速度 数字控制和数字测量也在不断发展和日益广泛的应用 数字控制机床和 自适应 数字控 制机床相继出现 目前利用电子计算机对几十台乃至上百台数字控制机床进行集中控制 所谓 群控 也已经实现 在工业上晶体闸流管 即可控硅 也获得广泛应用 使半导体技术进入了强电领域 随着生产和科学技术发展的需要 电子技术得到高度发展和广泛应用 如空间电子技术 生物医学电子技术 信息处理和遥感技术 微波应用等 它对于社会生产力的发展 也起这 变革性的推动作用 电子水准是现代化的一个重要标志 电子工业是实现现代化的重要物质技 术基础 电子工业的发展速度和技术水平 特别是电子计算机的高度发展及其在生产领域中的 广泛应用 直接影响到工业 农业 科学技术和国防建设 关系着社会主义建设的发展速度和 国家的安危 也直接影响到亿万人民的物质 文化生活 关系着广大群众的切身利益 二 二 电子技术和电子学 electronics 是与电子 electron 有关的理论和技术 1895 年 H A Lorentz 假定了电子存在 1897 年 J J Thompson 用试验找出了电子 1904 年 J A Fleming 发明了最简单的二极管 diode 或 valve 用于检测微弱的无线电信号 1906 年 L D Forest 在二极管中安上了第三个电极 栅极 grid 发明了具有放大作用的三极管 这是 电子学早期历史中最重要的里程碑 又经过五年研究改进 从 1911 年开始了使用电子技术的时 代 所以 电子技术作为一门新兴学科 其发展至今不过七八十年 1948 年用半导体材料做成了第一只晶体管 叫 半导体器件 或 固体器件 solid state device 1951 年有了商品 这是出现分立元件的有一个里程碑 上世纪 50 年代末提 出 集成 的观点 1959 年 Kilby 在 IRE 美国无线电工程师学会 的一次会议上宣布 固体 电路 solid circuit 的出现 以后叫 集成电路 integrated circuit 1960 年集 成电路处于 小规模集成 small scale integration 阶段 每个半导体芯片 chip 上有 不到 100 个元器件 1966 年进入 中规模集成 medium scale integration 阶段 每个芯 片上有 100 1000 个元器件 1969 年进入 大规模集成 large scale integration 阶段 每个芯片上的元器件达到 10000 个以下 1975 年更进一步跨入 超大规模集成 very large scale integration 阶段 每个芯片上的元器件多达 10000 个以上 从 1960 至 1980 年 二十年间 芯片上元器件的 集成度 密度 增加了 1000000 倍 每年递增率约为 2 倍 目 前的超大规模集成 在几十平方毫米的芯片上可有上百万个元器件 已经进入 微电子 microelectronics 时代 大大促进了先进科学技术的发展 现在电子技术的应用已经渗透到人类生活和生产的各个方面 西方学者把电子技术的应用 归纳为四个方面 或者叫四个 C 有两种说法 一种是元器件 Components 制造工业 通 讯 Commu nication 控制 Control 和计算机 Computer 另一种说法是通讯 控制 计算机和文 化生活 Cultural life 如广播 电视 录音 电化教学 电子文体用具 电子表 家务电子 化等 三 三 电子技术是十九世纪末 二十世纪初开始发展起来的新兴技术 二十世纪发展最迅速 应 用最广泛 成为近代科学技术发展的一个重要标志 第一代电子产品以电子管为核心 四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管 它以小 巧 轻便 省电 寿命长等特点 很快地被各国应用起来 在很大范围内取代了电子管 五十 年代末期 世界上出现了第一块集成电路 它把许多晶体管等电子元器件集成在一块硅芯片上 使电子产品向更小型化发展 集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规 模集成电路 从而使电子产品向着高效能低消耗 高精度 高稳定 智能化的方向发展 由于 电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性 所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点 世界上第一台电子计算机于 1946 年在美国研制成功 取名 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator 这台计算机使用了 18800 个电子管 占地 170 平方米 重达 30 吨 耗电 140 千瓦 价格 40 多万美元 是一个昂贵耗电的 庞然大物 由于它采用了电子 线路来执行算术运算 逻辑运算和存储信息 从而就大大提高了运算速度 ENIAC 每秒可进行 5000 次加法和减法运算 把计算一条弹道的时间短为 30 秒 它最初被专门用于弹道运算 后 来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机 从 1946 年 2 月交付使用 到 1955 年 10 月最后切断电源 ENIAC 服役长达 9 年 尽管 ENIAC 还有许多弱点 但是在人类计算工具发展史上 它仍然是一座不朽的里程碑 它的成功 开辟了提高运算速度的极其广阔的可能性 它的问世 表明电子计算机时代的到来 从此 电子计算机在解放人类智力的道路上 突飞猛进的发展 电子计算机在人类社会所起的 作用 与第一次工业革命中蒸汽机相比 是有过之而无不及的 ENIAC 问世以来的短短的四十多年中 电子计算机的发展异常迅速 迄今为止 它的发展 大致已经了下列四代 第一代 1946 1957 年 是电子计算机 它的基本电子器件是电子管 内存储器采用水银 延迟线 外存储器主要采用磁鼓 纸带 卡片 磁带等 由于当时电子技术的限制 运算速度 只是每秒几千次 几万次基本运算 内存容量仅几千个字节 程序语言处于最低级阶段 主要 使用二进制表示的机器语言编程 后阶段采用汇编语言进行程序设计 因此 第一代计算机体 积大 耗电多 速度低 造价高 使用不便 主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算 第二代 1958 1970 年 是晶体管计算机 1948 年 美国贝尔实验室发明了晶体管 10 年后晶体管取代了计算机中的电子管 诞生了晶体管计算机 晶体管计算机的基本电子元件是 晶体管 内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器 与第一代电子管计算机相比 晶体管 计算机体积小 耗电少 成本低 逻辑功能强 使用方便 可靠性高 第三代 1963 1970 年 是集成电路计算机 随着半导体技术的发展 1958 年夏 美国德 克萨斯公司制成了第一个半导体集成电路 集成电路是在几平方毫米的基片 集中了几十个或 上百个电子元件组成的逻辑电路 第三代集成电路计算机的基本电子元件是小规模集成电路和 中规模集成电路 磁芯存储器进一步发