《电工电子技术》课件-绪论

《电工电子技术》2绪论—电子技术的发展引入：日常生活中用到的电子产品有哪些？（举例）电子技术的应用技术革命1、第一次技术革命——蒸汽机2、第二次技术革命——电动机3、第三次技术革命——电子计算机为电子计算机技术奠定基础的是电子技术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。进入21世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。发展历程电子管晶体管集成电路现阶段电子技术的发展状况1234分立元件阶段集成电路阶段电子技术发展历程电子技术发展历程晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950年代)大规模/超大规模集成电路(1970年代)电子管(1904)电子管时代

第一代电子产品的核心是电子管，由美国的科学家德福雷斯特发明的，电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短电子管时代——杰出的人物（1）爱迪生—把人类引入电子时代的开端爱迪生效应

当初爱迪生发明灯泡之后，发现他生产的灯泡灯丝老是从正极端烧断，于是进一步实验在灯泡中加入一块小金属板，点灯之后将金属板连接电表，分别施以正电压以及负电压，观察电流的情形。对于当时的科学而言，位于真空状态下且不连接的金属板，不论如何连接是不可能产生电流的，但怪事发生了，爱迪生发现某种物质（其实就是电子）会透过金属板，会从电池的负极腾空“跳”到正极，此发现当然激起更大的实验动机，此现象便称为“爱迪生效应”。这也是科学家首次质疑电流流动的方向，以及自由电子在空间中流动的现象。

（1）将金属带接入电池正极，电流表中会有电流通过。（2）金属带上的电压越高，电流越大。（3）如果让金属带上的电压极性为负，就没有电流通过。2）李·德弗雷斯特

—无线电之父”“电视始祖”“电子管之父”

1.金属能导电是因为自由电子较多，便于电子的相互流动，因此电子材料必须由导电性佳的材质制成。2.带负电的电子容易受到正电压的吸引。3.由爱迪生效应得，当加热金属物质时，活跃于质子外围的自由电子容易产生游离现象，温度高导致电子活性增强，此时若空间中有一正电压强力吸引，游离的电子就会在空间中流动。基于这几个当时已被了解的知识，佛来明（J.A.Fleming）于1904年制造出第一支二极真空管，德福雷斯特（DeForestLee）将二极管加以改良，于1907年制造出第一支三极管，既然成功研发了三极管，真空管的应用开始实现，真空管的发展从此一日千里。

真空电子管李·德弗雷斯特有了电子管，才有了收音机、电视机....电子管时代——电子计算机

世界上第一台电子计算机于1946年在美国研制成功，取名ENIAC。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。ENIAC晶体管时代

固然电子管的产生是必不可少的一步，但是其还是存在很多的缺点：体积大，耗电、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂.为了解决这一问题科学家们不断的尝试。在1948年6月30日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管。1948年11月，肖克利构思出一种新型晶体管，其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间。由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分困难。直到1950年，人们才成功地制造出第一个PN结型晶体管。同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：①晶体管的构件是没有消耗的，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍。②晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。③晶体管不需预热，一开机就工作装密度。④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动。晶体管时代——杰出的人物晶体管计算机

晶体管计算机时代：它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

。（IBM7090）IBM7090集成电路时代

晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装。可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电子器件越来越多怎样将这些器件集成在一起呢？于是乎经过科学家们的努力产生了集成电路。集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起。它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。

集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。IC集成度提高的规律(Moore定律)：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番(GordonE.Moore,1965年)集成电路时代——杰出人物

1959年2月，美国德州仪器公司的杰克•基尔比在锗衬底上形成了台面双极型晶体管和电阻，再用超声波焊接将这些元件用金属导线连接起来形成小型电路，并申请专利。

1959年7月，美国仙童半导体公司的诺伊斯，研究出一种二氧化硅屏蔽的扩散技术和PN结隔离技术，发明了世界上第一块硅集成电路，并申请专利。基尔比和诺伊斯都被称为集成电路的发明人。2000年，基尔比因集成电路的发明被授予诺贝尔物理学奖(诺伊斯1990年病逝)，诺贝尔评审委员会对基尔比这样评价：“为现代信息技术奠定基础”。基尔比被授予诺贝尔物理学奖。诺伊斯集成电路计算机

集成电路计算机时代：它的基本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展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。IBM360晶体管计算机品牌电脑

大规模集成电路计算机时代：它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、可靠性高等特点。集成电路的发展趋势问题：线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作。出路：在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机。同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。EDA技术与未来电子科技（一）EDA技术（二）纳米电子技术（三）光子计算机技术（四）量子计算机技术（五）分子计算机技术（六）生物计算机技术（一）EDA技术电子设计技术的核心就是EDA技术。EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。ARM开发板电子系统设计自动化(ESDA)阶段（90年代以后）：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。EDA技术发展的三个阶段：计算机辅助设计(CAD)阶段（70年代）：用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程(CAE)阶段（80年代）：与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。（一）EDA技术纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。

从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。（二）纳米电子技术 光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。（三）光子计算机技术 是运用量子力学来设计的。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，它可以同时表示多种状态。如果把半导体比成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况。（四）量子计算机技术（五）分子计算机技术现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和关闭的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。分子计算机能够比硅计算机更小、更便宜,耗...分子计算机的各种应用:手表大的超级计算机、可缝进到衣服里...

（六）生物计算机技术实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。

现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮助解决问题。其实每一个细胞实际上都是一个复杂的生物机件，一个系统。用这么一种仿生技术来制造生物计算机。课程目标

（一）知识目标

1、初步掌握常用电子器件

2、掌握放大电路基础，频率特性与多级放大器，功率放大器3、掌握运算放大器及其应用4、掌握稳压电源的