模拟电路课件 绪论(1)

1、电子技术基础,陈隆道,电子技术基础,电子技术基础(课程),(数字)电子技术基础,(模拟)电子技术基础,模拟电子技术,数字电子技术,电 子 器 件,(电子学),集成电子技术基础教程,第一篇 电子器件与电子电路基础,第二篇 数字电路和系统,第三篇 模拟电路和系统,第四篇 电子系统组成与应用,(1),(1),(2),(2),绪论,绪 论,一、电子学的发展简史,二、电子学的研究对象,三、电子学的学习特点,四、作业与考试,五、主要参考书,绪论,一、电子学的发展简史,电子学的发展简史,二、苏格兰物理学家麦克斯韦 (J.C,Maxwell,1831 1879）在1865年就预料电磁波的存在，在Maxwell

2、 死后不到十年的1888年，德国物理学家赫兹 (H.R.Herty,18571894)用实验证实了电磁波的存在。,标志着电子学诞生的两个重大历史事件：,一、1883年美国发明家爱迪生(T.A.Edison，1847 1931)发明了热电子发射现象(后称爱迪生效应)， 他表示“在一定的条件下，电可以在真空中流动。”,“爱迪生效应”导致了23年后的1906年世界上第一只电子(真空)三极管的发明，其发明人是美国发明家德福雷斯特（L.DeForest,18731961）；,而电磁波的证实也导致1894年英国物理学家洛奇（J.Lldge,18511940）发明了无线电报。,由于十九世纪末无线电的发明和二

3、十世纪初世界上第一只电子三极管的问世，使得世界范围内对电子学领域的研究非常活跃。与此同时，人们也在不断地寻找和研制其他新型器件，如矿石器件（属半导体）的研究曾轰动一时。一方面由于这种器件效率很低，稳定性差；另一方面，随着真空器件的发展和成熟，这种矿石器件很快就被淘汰了。,在这一时期，科学家们非常重视对真空器件的研究和应用，主要是应用在无线电方面。有趣的是，到二十世纪初，还没有人提出过“电子学”这一名称，“电子学”这门学科的兴起，是在20世纪的三十年代末到四十年代初。,1930年左右，有人用氧化亚铜制成了整流器，并在工业上得到了应用，这才开始对半导体的研究重新重视了起来。经过了十多年世界范围的对

4、半导体材料深入细致的研究和实验，终于在1948年，制出了世界上的第一只半导体（晶体）三极管，1949年建立了PN结的理论。从此以后，电子技术的发展开始跨入了快速发展的时期。,有了半导体和PN结理论，以及成熟的电子管电路和系统为基础，半导体器件及电路的发展显得非常之快，不到十年时间，半导体器件就在很大范围内取代了真空管，不管在体积、功耗、效率、稳定性等方面都比真空管时代上了一个很大的台阶。,就在半导体器件迅速发展、逐步成熟的50年代后期的1958年左右，有人提出了集成电路的设想。经过了科学家们几年的探索和实验，于1962年制出了第一片集成电路。它当然属于是小规模集成电路（Small-Scale

5、Integration Circuit）（简称SSI），只含12个元件；,到1966年，中规模集成电路（MSI）问世；1967年制成了大规模集成电路（LSI），到了70年代末就已制出了超大规模集成电路（VLSI），即一个芯片内的门数已超过1000个门。,至今日，半导体集成电路的规模究竟是个什么样？其衡量的标准基本上有二个方面，一是集成度，二是运行速度。,世界各大强国的竞争都集中体现在计算机用芯片的上述二项指标上。有人作过统计，70年代以来，集成电路的集成度每三年约翻两番，线宽则缩小到0.7倍。这样的发展速度在现代科学技术史上也是罕见的。,2002电子世界,集成电路向深亚微米线宽进发，英特尔公司

6、预计，2003年达到0.09微米，2005年达到0.065微米；2007年达到0.045微米（含10亿个晶体管，6GHz）；2009年达到0.03微米。,英特尔生产的第一块微处理器芯片，仅有2300个晶体管。1999年生产的奔腾，线宽为0.25微米，含晶体管950万个。2002年，一块全新的“奔腾4”芯片上，则有5500万个晶体管。20世纪60年代，全世界每年生产电子管10亿只，仅相当于现在20个芯片的晶体管数目，相当于2007年一个芯片的晶体管数目。,由于二十世纪初电子管的发明，极大地促进了无线电通讯的发展和相关学科的兴起。在向高频进军时，发现最初的电子管不适用高频放大，于是随后就出现了电子

7、四极管和电子五极管。,到20世纪30年代后期进入超高频波段时，又出现了一系列的超高频管。,到了40年代初，开始进入了微波波段，又发现上述这些电子管由于“静电控制”的原理而不能用于微波，从而出现了速调管、磁控管和行波管。,与此同时，随着工业技术和武器装备的快速发展，在科学问题的计算方面用机电式的计算机已对相关领域构成了巨大的阻碍。因此，电子管的应用也是必然的。,到40年代初，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫希利（J.W.Mauchly,19071980）博士设计出了一个“高速电子管计算装置”的方案。这一方案在美国陆军部的赞助下，于1946年2月15日完成了世界上第一台电子计算机的研制，名为“埃尼阿

8、克”（ENIAC）。,这台电子计算机用了18800个电子管，1500个继电器，耗电150KW，重量30吨，占地167 m2，贮存容量为17K，字长12位，每秒能运算5000次。,这种电子计算机由于体积、功耗、速度、价格、可靠性等因素，只能应用于军事和国家政府的极少数部门。我们就从它的上万只电子管的发热量就可知道其降温通风设备（只是辅助设备）的复杂程度。,因此，电子管及其组成的装置在体积、功耗、速度和可靠性等方面受到了极大的限制，影响了相关学科的发展，比较明显地体现在军事和空间等技术的计算问题上。从而导致了半导体技术和三极管器件的发明。从此，这个世界也就进入了半导体世界 。,晶体管在很大程度和范

9、围内取代了电子管，导致了一系列相关学科和领域的蓬勃兴起，也促进了它们的快速发展，如空间技术、计算机、乃至Internet网络等领域。,虽然晶体管已克服了电子管的诸多缺陷，使电子技术向前迈进了划时代的一步。但我们也可以计算一下，假设用晶体管组成一台个人计算机（如现今的586，10 GB硬盘，128M内存），不需从体积上考虑，只考虑其功耗因素，用一只晶体管提供1位信息，功耗为1 mA计算，那么这台计算机的总功耗将超过400MW！,由此，半导体集成电路从设想（1958年左右）变成现实（1962年第一片半导体集成电路的问世），就成了科学技术发展史上的必然现象。,纵观电子学即电子器件的发展历史，它充分证

10、实了科学技术的发展规律；社会诸多因素对科学技术具有推动和制约作用；以及，自然科学技术是社会总体发展的结果。,根据电子器件发展的历史，有人总结过大约四、五十年左右为一个周期。从Maxwell预料电磁波的存在（1865年）开始，过了41年出现了电子三极管（1906年），而后又过了42年（1948年），发明了半导体三极管器件。,如按这样的速度发展，预计在20世纪末到21世纪初，可能会出现某些新的功能器件，以取代当今的硅半导体。,绪论,二、电子学的研究对象,电子学的研究对象,研究由电子运动所组成的器件、利用这些器件的电路和系统，以及它们的应用。,随着微波、脉冲、激光等技术及晶体管、集成电路和电子计算机

11、的迅速发展和应用，使“电子学”有了更新更广的涵义。,它不仅包含通信和电子系统、信息的传递和处理、各类真空和固态电子元器件等，而且还包含了自动控制、电子计算机这样一些新兴的学科，并与信息论、控制论和系统工程等学科的互相交叉和渗透。,因我们是基础，我们的研究对象仅局限于：,分析复杂电子电路,组成复杂电子电路,的能力,电子运动,电子器件,基本电路,分析方法,逐步过渡、逐步培养：,绪论,三、电子学的学习特点,从历届学生对“电子学”课程的学习情况看，比较困难。主要原因有三个：,一是因为“电子学”是一门专业基础课，偏重工程方面，也是理论和工程的交接处。大家对工程问题的处理不大习惯，因此，较难入门；,二是“

12、电子学”是一门实践性很强的课程，有一位“电子学”重量级专家曾经说过：世界上没有一个电子电路是计算出来的，都是实验调试出来的；,三是现在的“电子学”课程内容上确实偏多，并且有越来越多的趋势。,因此，希望同学们能够充分重视，我们学教配合，相互合作。首先的目的是使大家都能够通过考试，再则多学点相关方面的知识。,欲学好这门课程，必须注重其工程性、实践性特点，逐步掌握其规律性。,总之，“电子学”课程的入门方法是多动手、多做习题、认真实验。,绪论,四、作业与考试,原则上 1道习题/每节课，每周交一次。根据学校规定，缺交1/3习题者，将谢绝参加期末考试。,本课程将有两次考试：期中和期末考试。期中考试的主要目的是对“电子学”课程半个学期学习情况的自我了解；课程成绩以期末考试为主，适当考虑期中考试成绩和平时作业情况。,绪论,五、主