电子学发展的历史课件.ppt

1、第第1章概論章概論1-1電子學發展的歷史電子學發展的歷史1-2電子學未來發展的趨勢電子學未來發展的趨勢1-3基本波形認識基本波形認識總目錄總目錄節目錄節目錄1-1電子學發展的歷史電子學發展的歷史1.不同時期的電子成品不同時期的電子成品從十九世紀末至今，整個電子學發展的歷史為：真空管時期電晶體時期積體電路時期微電腦時期節目錄節目錄2.真空管時期（真空管時期（18971947年或稱第一代）年或稱第一代）主要代表性的發明是三極真空管。1897：德國科學家布朗製造出第一個二極管，本質上為原始的陰極射線管。1904：英國電機學家弗萊明發明了二極管，它是由在真空中一根放射的加熱線和接收電子的屏極所構成。當

2、屏極加上正電壓時，就可收集電子。1906：美國電子學家德弗斯特發明了一個具有柵極的三極管，它具有控制電荷量及放大的能力。1912：美國電子學家阿姆斯壯發明了再生式放大器，具有正回授與持續振盪的特性。1917：阿姆斯壯又發明了超外差式接收機，以及防止不必要振盪的中和電路。1928：美國軍方在三極管的柵極與屏極之間加一簾柵極而完成了四極管，以增加對電子流動的控制。1929：美國軍方在四極管的屏極與簾柵極之間加上了一個抑制柵極，消除了四極管的負電阻特性。1946：美國工程師伊葛特及毛奇利合力完成第一座真空管式計算機，可說是當今電腦的基礎。節目錄節目錄3.電晶體時期（電晶體時期（1947年或稱第二代）

3、年或稱第二代）成功地研究出雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor，簡稱BJT）與製造出金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱MOSFET）。MOSFET與BJT相比較，MOSFET體積小，製程簡單，目前大多數的超大型積體電路（VLSI）皆使用MOS技術。1947：美國物理學家布拉登和巴定發現點觸式電晶體的電流放大作用（鍺質）。節目錄節目錄1950：貝爾實驗室的狄耳做出了第一個接合式電晶體，其增益頻帶寬與雜音方面均有很大的改善。1951：電晶體開始商業化生產（諸如西方電

4、氣、RCA、西屋公司及通用電氣等）。1952：美國軍事基金會撥出經費從事半導體研究，將這些裝置應用到飛彈上，因為電晶體體積小、重量輕、低功率、性能優，並且可靠。固態裝置完全取代了真空管。1954：德州儀器公司正式發表了矽電晶體。節目錄節目錄將一個完整電路（包含電阻、電容、電晶體等元件）製造在單晶片上。依據積體電路所含零件數之不同，可以分為下列五個不同時期：4.積體電路時期（積體電路時期（1958年或稱第三代）年或稱第三代）（一）（一）1959：小型積體電路時期（small scale integration，簡寫SSI，指每晶片含100個零件以下）(1)該年3月德州儀器公司的開爾貝在無線電工程

5、協會的展覽會上展示其所設計的單晶片。(2)1960年2月飛捷公司製造出RTL積體電路。(3)1961年完成了TTL的設計，並正式生產。節目錄節目錄1965：中型積體電路時期（medium scale integration，簡寫MSI，指每晶片含100 1000個零件）(1)該年由於蝕刻技術及包裝方式的改進，由飛捷公司領先推出MSI。(2)1966年德州儀器公司也開始生產MSI。(3)1968年IBM公司利用MSI做成第三代電子計算機IBM 360。節目錄節目錄1969：大型積體電路時期（large scale integration，簡寫LSI，指每晶片含1000 10000個零件）(1)該

6、年飛捷公司利用顯微鏡及MOS的特性，首先推出LSI。(2)1970年飛捷公司與Intel公司合作製造出可儲存1000位元的RAM。(3)1971年Intel公司利用LSI做成4004微處理器。同年，IBM公司也做成IBM 370小型電子計算機。節目錄節目錄5.積體電路時期（二）積體電路時期（二）1972：超大型積體電路時期（very large scale integration，簡寫VLSI，指每晶片含10000 100000 個零件）(1)該年Intel公司推出單晶片8位元微處理器8008。(2)1974 年Intel公司將8008微處理器改進成8080（8位元）。(3)1976年Inte

7、l公司又推出8位元的微處理器8085，並製造出第一個單晶片微電腦8048。(4)1978年Intel公司推出16位元的微處理器8086。(5)1981年我國第一個單晶片4位元微電腦IC（CIC 1000 E）由電子工業研究所開發完成。(6)1982年Intel公司推出32位元的微處理器IAPX 432。(7)此一時期又稱為微電腦時期（或稱第四代）。節目錄節目錄1985：極大型積體電路時期（ultra large scale integration，簡寫ULSI，指每晶片含100000個以上零件）(1)該年Intel公司推出64位元的微處理器（IA-64 Merced）。(2)AMD公司也推出6

8、4位元的微處理器（K7）。節目錄節目錄6.積體電路依零件數、邏輯閘數來分類（1個邏輯閘約使用10個零件）節目錄節目錄7.電子工業的分類及電子學的發展史電子工業的分類及電子學的發展史(1)4C(2)電子學之發展史真空管的發明無線電與電視電子工業雙極接面電晶體（BJT）積體電路場效電晶體（FET）電荷耦合裝置（CCD）微電子學半導體記憶裝置積體注入式邏輯（I2L或IIL）通訊工業與控制工業計算機工業。元件（component）積體電子學通訊（communication）通訊電子學控制（control）工業電子學計算（computation）數位計算機電子學節目錄節目錄1-2電子學未來發展的趨勢電子

9、學未來發展的趨勢1.未來的電子工業將繼續朝著4C發展，彼此相輔相成且密不可分。其發展趨勢如下：(1)零件科學朝向製造出體積小、功率損耗低、精密度高、成本低、功能強、壽命長及品質可信度高的目標來發展。(2)通訊科學朝向高容量及高品質與穩定性的目標發展。(3)自動控制科學趨向結合微電腦系統並應用於各種控制設備。(4)資訊科學朝向4A方向發展，即家庭自動化（HA）、工廠自動化（FA）、辦公室自動化（OA）及實驗室自動化（LA）等。節目錄節目錄1-3基本波形認識基本波形認識節目錄節目錄1.直流直流(1)直流（DC）：為一循單方向之電流或電壓，其大小穩定而不變化。(2)脈動直流：若一週期性之電流或電壓，

10、其瞬間值僅有大小之變化，但其極性並不改變。節目錄節目錄2.交流交流(1)交流（AC）：其極性經常作有規則之週期變化，為一種在一定之時間內變換其流動方向之電流。(2)圖中所示的正弦波、方波及三角波均為交流。3.正弦波正弦波節目錄節目錄(1)正弦波（sine wave）：若交流電壓或電流之變化波形，其大小恰為時間的正弦函數者稱之。電力公司所供應之交流電即為正弦波。(2)正弦波之標準式：mmv(t)=E sin(2ft)=E sin(t)振幅頻率 相位m E f11T=f=fT T2f振幅：表示正弦波的幅度大小。頻率：每秒鐘所產生之週期數，單位為赫芝。公式：或週期：週期性交流訊號完成一週變化所需的時

11、間，單位為秒。角速度：每秒旋轉的角度，以 表示，。相位：表示正弦波之位移角度。節目錄節目錄(3)瞬時值，最大值與峰對峰值mmp-pmaxminme=E sineEV=VV=2E標準式：為電壓瞬間值，為電壓之最大值（峰值）。峰對峰值 (4)有效值：表示一交流和一直流通過同值之電阻時，發生之熱效應相等。effrmsmmeffrmsmm1V=V=V=0.707V21I=I=I=0.707I2節目錄節目錄(5)平均值：指一週間正半週之平均值而言。mavmmavm2VV=0.636V2II=0.636ImmrmsrmsVIC.F.=2=1.414=2VI（或）(6)波峰因數（crest factor）C

12、.F.：(7)波形因數（form factor）F.F.：rmsrmsavavVIF.F.=1.11=1.11VI（或）節目錄節目錄4.脈波脈波節目錄節目錄節目錄節目錄(1)理想脈波：電壓由 0 轉移到 V 瞬時發生，同樣電壓由 V 轉移到 0 亦是瞬時發生。(2)脈波的第一個邊緣（AB）稱為前緣，下一個邊緣（C D）稱為後緣。(3)脈波在基準線以上稱為正向脈波，基準線以下稱為負向脈波。節目錄節目錄(4)脈波的特性節目錄節目錄脈波週期：一個週波所經過的時間，單位為秒。脈波重複頻率（PRF）：一秒鐘內重複的週波數，單位為Hz（赫芝）。1PRF=T公式：脈波波幅：由基準線到脈波上端之電壓值。脈波寬

13、度（PW）：脈波所出現的時間。空間寬度（SW）：兩個脈波之間的間隔。工作週期（duty cycle）：PWPW100%=100%TPW+SW公式：工作週期平均值avV：1122nnavVt+Vt+VtV=T波形總面積公式：週期有效值rmsV：2221122nnrmsVt+Vt+VtVT公式：=計算三步驟：平方平均開根號節目錄節目錄5.方波方波112PWt=100%=100%=50%Tt+t工作週期節目錄節目錄(1)方波：脈波寬度（PW）與空間寬度（SW）完全相等，又叫做矩形波。(2)工作週期：50%(3)方波通常被應用來測試放大器的反應速度。(4)方波是由正弦波的基本波與無限個奇次諧波（har

14、monics）所組成。6.三角波與鋸齒波三角波與鋸齒波節目錄節目錄(1)正或負的斜波：電壓相對於時間，以一恆定的速率來增加或減少。(2)三角波：在正斜波之後跟隨著負斜波而產生的波形。(3)鋸齒波：當一斜波較另一斜波為陡峭時形成的波形。它是示波器產生時基線所需要的波形。節目錄節目錄ptftav(5)V平均值：2TTTmmav02002mm211VVtV=v(t)dt=tdt=|TTTT2VTV =T22(4)低頻響應可以決定上升（掃描）時間，高頻響應則決定下降時間。LpHf1f=t1f=2t低頻響應 高頻響應 公式節目錄節目錄rms(6)V有效值：2TTT222mmrms300011VVV=v(t)dt=(t)dt=t dtTTTT232Tmmm03VtVV=|=T333(7)波峰因數（C.F.）：(8)波形因數（F.F.）：(9)鋸齒波是由正弦波基本波、奇次諧波與偶次諧波所組成。mmmrmsVV=3VV3mrmsmavVV23=VV32節目錄節目錄7.直流、正弦波、方波和鋸齒波之比較直流、正弦波、方波和鋸齒波之比較波形波形因數（F.F.）波峰因數（C.F.）直流11正弦波方波11鋸齒波avV平均值rm s有效值VmVmVmVmVmm2V=0.636Vmm1V=0.707V2m1V2m1V32=1.15533=1.732=1.112 22=1.414節目錄節目錄