Zarys historii elektroniki

Transkrypt

1 Zarys historii elektroniki Wrocław 2010 Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmująca się praktycznym zastosowaniem zjawisk związanych z dającym się sterować ruchem elektronów w próżni, gazach i półprzewodnikach. 1

2 Odkrycie elektronu Najmniejsza porcja elektryczności = ELEKTRON Odkrycie elektronu (1897) Joseph J.Thomson ( ) Lampy elektronowe Termin elektronika pojawił się na początku XX wieku dla opisania zastosowań lamp elektronowych. Lampa katodowa (protoplasta kineskopu) --- Karl F. Braun (1897r.) Dioda próżniowa --- Ambrose Fleming (1904r.) Trioda próżniowa --- Lee de Forest (1906r.) 2

3 Rozwój radiotechniki Pojawienie się lamp zapoczątkował rozwój radiotechniki i TV lampy wieloelektrodowe i elektronopromieniowe: tetroda (1919), pentoda(1927), lampy obrazowe (tv) i lampy analizujące (kamera). elektroniczny system telewizyjny (1927) Termin elektronika ugruntował swoje znaczenie stając się nazwą miesięcznika wydawanego przez znane wydawnictwo McGraw-Hill. Tranzystor bipolarny (1947) JOHN BARDEEN, WALTER BRATTAIN, WILLIAM SHOCKLEY 3

4 Lata Elektronika już w latach 40 uznana zostaje za strategiczną dziedzinę. W połowie stulecia decyduje o burzliwym rozwoju - radiotechniki, - teletechniki, - telewizji, - metrologii elektronicznej, - automatyki, - maszyn matematycznych (komputerów). Tranzystor zwiększa tempo wprowadzania elektroniki w różne dziedziny życia. Urządzenia stają się bardziej niezawodne, miniaturowe, tańsze. Tyrystor, układ scalony, laser 1956r. tyrystor - sterowanie urządzeń dużych mocy 1958r. pierwszy układ scalony (Jack Kilby) [1961r. komercyjna produkcja] 1960r. tranzystor polowy MOS 1962r. laser półprzewodnikowy systemy łączności z kanałami o b. dużych pojemnościach. Rozwój techniki laserowej otwiera nową epokę w mikromechanice, biologii, medycynie. Równoległy rozwój techniki lampowej kolorowa TV (1956r.) 4

5 Mikroelektronika Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysłowy(1962) Pierwszy działający satelita telekomunikacyjny Telstar(1962) Pierwszy popularny mikrokomputer PDP-8(1963) Pierwsza transmisja radiowa z Księżyca(1969) Mikroprocesor (1971) 2300 tranzystorów w monolitycznym kawałku krzemu Mikroprocesor (1997) 7,5mln tranzystorów Mikroprocesor ( ) minimalna długość kanału tranzystora nm nm nm nm... Podstawowe elementy bierne w elektronice Wrocław

6 Rezystor (opornik) Podział Najprostszy element bierny obwodu elektrycznego (elem. liniowy). I U U = RI Podział rezystorów: Rezystory stałe - elementy o wartości rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i nie podlegającej zmianie w czasie pracy Rezystory zmienne - elementy charakteryzujące się zmiennością rezystancji. nastawne, o konstrukcji umożliwiającej płynną, dokonywaną w sposób mechaniczny, zmianę wartości rezystancji w obwodzie (potencjometry), półprzewodnikowe (wytwarzane z półprzewodników) o rezystancji zmieniającej się w znacznym przedziale wartości pod wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych, są to np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory. Rezystor (opornik) Podział Ważne znaczenie ma klasyfikacja objęta międzynarodowym systemem normalizacyjnym (IEC), w której rezystory dzieli się na: typu1, tj. wysokostabilne i precyzyjne, typu2, tj. powszechnego stosowania. Niekiedy wyróżnia się rezystory mające szczególnie kształtowane wartości niektórych parametrów, przykładem mogą być rezystory: wysokonapięciowe (> 1 kv), wysokoomowe (> 10 MΩ), dużej mocy (> 2 W), wysokotemperaturowe (> 175 C), precyzyjne (< 1%), itp., 6

7 Rezystor (opornik) Parametry Rezystancja (0.1Ω 10MΩ szeregi E12(10%)? i E24(5%)? Moc (1/8 5W) Maksymalne napięcie (100V 1000V) Stabilność termiczna (10ppm/deg 500ppm/deg) termistory? Stabilność czasowa (np.. 1%/1000h) Indukcyjność pasożytnicza (indukcyjność doprowadzeń 6-8nH) Pojemność (0.1pF 5pF) Nieliniowość (R=R(U) rzędu 0.01%/V) Rezystor (opornik) Model C~0,5pF R L~5-10nH C~0.5pF C~0.5pF 7

8 Rezystor (opornik) Przykładowe rezystory Kondensator (pojemność) Zbudowany jest z dwóch okładek (przewodników) rozdzielonych dielektrykiem u(t) Podłączenie napięcia do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Po zaniku napięcia, ładunki utrzymują się na okładkach siłami przyciągania elektrostatycznego. Kondensator charakteryzuj pojemność określająca zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku: Q C = U i(t) du i( t) = C ; dt t 1 u( t) = i( t) dt + u( o) C 0 8

9 Kondensator Parametry Pojemność (0.1pF 5F; szeregi E6 E12) Napięcie przebicia (5V 10kV) Polaryzacja (dla kondensatorów elektrolitycznych!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) Rezystancja upływu (0-10µA) Stratność (rodzaj dielektryka i upływność) Rezystancja szeregowa Stabilność termiczna (rodzaj dielektryka np. NP0.) Prąd maksymalny (szczególnie impulsowy) Indukcyjność doprowadzeń Kondensator Model RU C RS L C~0.5pF C~0.5pF 9

10 Kondensator Przykładowe kondensatory Kondensator Rodzaje Typ kondensatora Zakres pojemności Napięcie przebicia [V] Dokładno adność Upływ yw- ność Stałość tempera- turowa Uwagi Mikowy 1 pf-0,01uf mała doskonały; dobry w układach w.cz. Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska Zależy y od rodzaju ceramiki średnia mały, niedrogi, bardzo popularny Poliestrowy 0,001uF- 50jiF kiepska mała tani, dobry, bardzo po pularny pularny Polistyrenowy (styrofleksowy styrofleksowy) 10pF-2,7uF b. b.mała wysokiej jakości, o dużych wymiarach, dobry do filtracji sygnałów Poliwęglanowy 100pF-30uF b. znakomita mała wysokiej jakości, o ma łych wymiarach Polipropylenowy 100pF-50uF b. b.mała wysokiej jakości, mała absorpcja dielektryczna Teflonowy 1 nf-2uf b. najlepsza b.b.mała wysokiej jakości, najmniejsza absorpcja dielektryczna 10

11 Kondensator Rodzaje Typ kondensatora Zakres pojemności Napięcie przebicia [V] Upływ yw- ność Dokła- dność Stałość temperatur o-wa Uwagi Szklany 10pF-l000pF b.mała duża a stałość długoczasowa pojemności Porcelanowy 100 pf-0,1uf mała dobry, duża a stałość długoczasowa pojemności Tantalowy 0,1 uf-500uf kiepska kiepska duże e pojemności, polaryzowany, małe wymiary; mała a indukcyjność własna; Elektrolityczny aluminiowy 0,1uF-1F 1F zła okropna b.duża filtry w zasilaczach; polaryzowany, krótki czas życia Buck-up up 0,1 F-10F F 1,5-6 kiepska kiepska mała do podtrzymywania za warto wartości pamięci; du ża rezystancja szerego wa Olejowy 0,1 uf-20uf k mała filtry wysokonapięcio cio we; duże e wymiary; długi d czas życia Próżniowy 1 pf-5nf 2k-36k b.mała Układy w.cz. Cewka (indukcyjność) Jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w wytwarzanym polu magnetycznym. u(t) t 1 di i( t) = u t dt + i u t = L L ( ) (0); ( ) dt i(t) 0 Indukcyjność (szereg E12 tylko dla dławików małej dobroci) A L [nh/zw 2 ] - stała rdzenia (L = A L z 2 ) Rezystancja szeregowa - dobroć Naskórkowość Nieliniowość i histereza rdzenia, straty w rdzeniu Maksymalny prąd (nasycenie materiału rdzenia Bmax=0,2-1.6T) Maksymalne napięcie pracy (przebicie międzyuzwojeniowe) 11

12 Cewka Model C RS L C~0.5pF C~0.5pF Cewka Przykładowe cewki i transformatory 12