Upload
dotruc
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Zarys historii elektroniki
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wrocław 2018
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA - początekpierwszy kalkulator (ok.1500)??
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA - początekRadio 1900 ??
Radio - metoda przekazu informacji na odległość za pomocą fal radiowych.
Nicola Tesla1856 - 1943
2
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA - początekRadio 1900 ??
Guliemo Marconi1874 - 1937
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmującasię praktycznym zastosowaniem zjawisk związanychz dającym się sterować ruchem elektronów w próżni,gazach i półprzewodnikach.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAOdkrycie elektronu
Najmniejsza porcja elektryczności = ELEKTRON
Odkrycie elektronu (1897)Joseph J.Thomson(1856-1940)
Nagroda Nobla 1906
3
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALampy elektronowe
Termin „elektronika” pojawił się na początku XX wieku dla opisania zastosowań lamp elektronowych.
Lampa katodowa (protoplasta kineskopu) --- Karl F. Braun (1897r.)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALampy elektronowe
Dioda próżniowa (zawór elektryczny) -- Ambrose Fleming (1904r.)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALampy elektronowe
Trioda próżniowa
Lee de Forest (1906r.)
4
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALampy elektronowe
Trioda próżniowa
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALampy elektronowe
http://vimeo.com/28565075
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKARozwój radiotechniki
Pojawienie się lamp zapoczątkował rozwój radiotechniki i TV
lampy wieloelektrodowe i elektronopromieniowe:tetroda (1919), pentoda(1927),
lampy obrazowe (tv) i analizujące (kamera).
elektroniczny system telewizyjny (1927)
Termin „elektronika” ugruntował swoje znaczenie stając sięnazwą miesięcznika wydawanego przez znane wydawnictwoMcGraw-Hill.
5
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKATranzystor bipolarny (1947)
JOHN BARDEEN,WALTER BRATTAIN,WILLIAM SHOCKLEY
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKALata 40 - 50
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.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKATyrystor, układ scalony, laser
1950r. – pierwszy komputer UNIVAC I
6
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKATyrystor, układ scalony, laser
1956r. – tyrystor - sterowanie urządzeń dużych mocy1958r. – pierwszy układ scalony (Jack Kilby) [1961r. – komercyjna produkcja]1960r. – tranzystor polowy MOS1962r. – 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.)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAMikroelektronika
Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysłowy(1962)
Pierwszy działający satelita telekomunikacyjny –Telstar(1962)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAMikroelektronika
Pierwszy popularny mikrokomputerPDP-8(1963)
Pierwsza transmisja radiowa z Księżyca(1969)
7
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAMikroelektronika
Mikroprocesor (1971) – 2300 tranzystorów w monolitycznym kawałku krzemu
Mikroprocesor (1997) – 7,5mln tranzystorówMikroprocesor (2000 - ....) – minimalna długość kanału tranzystora
2005 – 65 nm2008 – 45 nm2011 – 32 nm > 2mld tranzystorów w mikroprocesorze2012 – 22 nm2022 – 5 nm
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAPrzyszłość….GRAFEN??
Bardzo dobry przewodnik ciepła – ok.5000 W/mK(diament 1500W/mK, srebro, miedź ok..400W/mK),
Niewielka rezystancja
Bardzo wysoka ruchliwość elektronów wtemperaturze pokojowej μ = 200 000 cm²/Vs(krzem – 1500 cm²/Vs, arsenek galu – 8500 cm²/Vs)
Prędkość elektronów, wynosząca 1/300 prędkościświatła
Andre Geim; Konstantin Novoselov
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAPrzyszłość….GRAFEN??
Niemal całkowicieprzezroczysty (pochłaniatylko 2,3% światła)
Ponad 100 razy mocniejszyniż stal o tej samej grubości,
Elastyczny - można go bezszkody rozciągnąć o 20%.
8
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKAPrzyszłość….GRAFEN??
Zastosowanie:
Szybkie procesory,
Energooszczędne źródła światła.
Czujniki z grafenu potrafią zarejestrowaćobecność pojedynczej cząsteczki substancji.
Elektrony poruszają się w grafeniez prędkością sięgająca 1/300 prędkości światła,pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, któredotąd wymagały użycia akceleratora.
Podstawowe elementy bierne w elektronice
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wrocław 2017
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Podział
Najprostszy element bierny obwodu elektrycznego (elem. liniowy).
I
U
RIU Podział rezystorów:
Rezystory stałe - elementy o wartości rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i niepodlegającej 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 sięw znacznym przedziale wartości pod wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych, sąto np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory.
9
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
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 niektórychparametrów, przykładem mogą być rezystory:
wysokonapięciowe (> 1 kV),
wysokoomowe (> 10 M),
dużej mocy (> 2 W),
wysokotemperaturowe (> 175°C),
precyzyjne (< 1%),
itp.,
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Parametry
•Rezystancja (0.1Ω – 10MΩ szeregi E12(10%) i E24(5%)
E3 50% 10, 22, 47
E6 20% 10, 15, 22, 33, 47, 68
E12 10%10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
E24 5%
10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Parametry
•Moc (1/8 – 5W)
•Maksymalne napięcie (100V – 1000V)
•Stabilność termiczna (10ppm/deg – 500ppm/deg)
•Stabilność czasowa (np. 1%/1000h)
•Indukcyjność pasożytnicza
(indukcyjność doprowadzeń 6-8nH)
•Pojemność (0.1pF – 5pF)
•Nieliniowość (R=R(U) rzędu 0.01%/V)
10
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Oznaczenia
Oznaczenia rezystorów:a) bezpośrednie zapisanie wartości na obudowie rezystora, występuje w przypadku rezystorów przewlekanych,- np. wartość 0.47 Ω zapisujemy 0.47 lub R47 lub 0E47- np. wartość 4.7 Ω zapisujemy 4R7- np. wartość 470 Ω zapisujemy 470 lub 470R lub k47- np. wartość 4.7 k Ω zapisuje się 4.7k lub 4k7- np. wartość 4.7M Ω zapisujemy 4M7 lub 4.7M
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Oznaczenia
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Oznaczenia
c) kod paskowy – zakodowanie wartości za pomocą czterech, pięciu lub sześciukolorowych pasków
11
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Model
R
C~0,5pF
C~0.5pF C~0.5pF
L~5-10nH
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Przykładowe rezystory
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)Rezystory powierzchniowe
12
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator (pojemność)
i(t)
u(t)
t
oudttiC
tudtdu
Cti0
)()(1
)(;)(
Zbudowany jest z dwóch okładek (przewodników) rozdzielonych dielektrykiem
Podłączenie napięcia do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie się nanich ładunku elektrycznego. Po zaniku napięcia, ładunki utrzymują się naokładkach siłami przyciągania elektrostatycznego.Kondensator charakteryzuje pojemność określająca zdolność kondensatora dogromadzenia ładunku:
U
QC
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator (pojemność)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator (pojemność)
13
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
•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
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
14
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
15
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
Dopuszczalne napięcie znamionowe – jest to chwilowa wartość sumy napięcia stałego i amplitudynapięcia zmiennego jaką można przyłożyć do końcówek kondensatora nie powodując jegouszkodzenia (przebicia warstwy dieelektryka). Wartość napięcia znamionowego zależy od typudieelektryka.Wartość napięcia znamionowego podaje się wprost na obudowie kondensatora lub koduje za pomocąlitery.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorParametry
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorModel
RSC
C~0.5pF C~0.5pF
L
RU
16
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorPrzykładowe kondensatory
ceramiczne
styrofleksowe
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorPrzykładowe kondensatory
polipropylenowe
tantalowe
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorPrzykładowe kondensatory
elektrolityczne
17
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorZakres pojemności
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorRodzaje
Typ kondensatora
Zakres pojemności
Napięcie przebicia [V]
DokładnośćStałość tempera-turowa
Upływ-ność
Uwagi
Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra maładoskonały; dobry w
układach w.cz.
Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepskaZależy od rodzaju ceramiki
średniamały, niedrogi, bardzo
popularny
Poliestrowy 0,001uF- 50jiF 50-600 dobra kiepska małatani, dobry, bardzo
popularny
Polistyrenowy(styrofleksowy)
10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.maławysokiej jakości, o dużych
wymiarach, dobry do filtracji sygnałów
Poliwęglanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita maławysokiej jakości, o małych
wymiarach
Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.maławysokiej jakości, mała
absorpcja dielektryczna
Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.maławysokiej jakości,
najmniejsza absorpcja dielektryczna
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
KondensatorRodzaje
Typ kondensatora
Zakres pojemności
Napięcie przebicia [V]
Dokła-dność
Stałość temperatur
o-wa
Upływ-ność
Uwagi
Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.maładuża stałość długoczasowa
pojemności
Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra maładobry, duża stałość
długoczasowa pojemności
Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepskaduże pojemności,
polaryzowany, małe wymiary; mała indukcyjność własna;
Elektrolityczny aluminiowy
0,1uF-1F 3-600 zła okropna b.dużafiltry w zasilaczach;
polaryzowany, krótki czas życia
Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska małado podtrzymywania zawartości
pamięci; duża rezystancja szeregowa
Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k małafiltry wysokonapięciowe; duże
wymiary; długi czas życia
Próżniowy 1 pF-5nF 2k-36k b.mała Układy w.cz.
18
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Cewka (indukcyjność)Jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w wytwarzanym polumagnetycznym.
i(t)
u(t)
dtdi
LtuidttuL
tit
)(;)0()(1
)(0
Zwój z drutu, który może być nawiniętyna rdzeniu z powietrzem lub innymniemagnetycznym materiale, lub nardzeniu magnetycznym (żelazo, materiałferrytowy).Zastosowanie rdzenia zwiększaindukcyjność cewki.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Cewka (indukcyjność)
•Indukcyjność (szereg E12 tylko dla dławików małej dobroci)
•AL [nH/zw2] - stała rdzenia (L = AL• z2 )
•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)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
CewkaModel
RS
C
C~0.5pF C~0.5pF
L
19
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
CewkaTransformator
Dwie cewki sprzężone magnetycznie (nawinięte na wspólnym rdzeniu)tworzą transformator.
Doprowadzanie do uzwojenia pierwotnego napięcia zmiennego U1 spowodujepowstanie strumienia magnetycznego w rdzeniu. Strumień ten przenikając uzwojeniewtórne, wyindukuje w nim napięcie zmienne U2. Napięcie to będzie miało taki samkształt jak napięcie w uzwojeniu pierwotnym, a amplitudę wprost proporcjonalną doprzekładni transformatora.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
CewkaTransformator
1
2
12
N
NN
UNU
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
CewkaPrzykładowe cewki i transformatory
20
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry
Napięcie znamionowe – największe napięcie (stałe lub zmienne) dla któregomożna stosować dany bezpiecznik
Prąd znamionowy – prąd (roboczy), dla którego przystosowany jest bezpiecznik.Jest mniejszy od maksymalnego prądu, który nie powoduje zadziałaniabezpiecznika.
Zdolność łączenia – najwyższa wartość prądu, który może być przerwany przezbezpiecznik, przy danym napięciu, bez ryzyka wystąpienia przebicia lub stopieniaobudowy.
Prąd zadziałania IN – minimalna wartość prądu powodująca zadziałaniebezpiecznika (przerwanie obwodu)
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry
Charakterystyka zadziałania – opisuje zależność pomiędzy szybkościązadziałania bezpiecznika a wartością prądu:- bezpieczniki szybkie – krótkim czasie zadziałania, stosowane w układach gdzieprzekroczenie prądu maksymalnego może uszkodzić układ- bezpieczniki zwłoczne – zadziałanie bezpiecznika następuje po przepływieprądu większego/równego prądowi zadziałania przez określony czas; stosowanew układach gdzie występuje tzw. prądy rozruchowe, dużo większe od prądupobieranego przez układy podczas pracy normalnej
21
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry
FF – bardzo szybkie – zabezpieczają układy zawierające elementypółprzewodnikowe przed zwarciamiF – szybkie – stosowane w układach, w których nie występują nagłe skokinapięcia lub jako bezpieczniki główneM – o średnim opóźnieniu zadziałania – używane w układach niskonapięciowychi niskoprądowychT – o opóźnionym czasie zadziałania – stosowane w układach z przełączanymiprądami o powolnych czasach narostu i opadaniaTT – z dużą zwłoką zadziałania – w układach z krótkotrwałymi prądamirozruchowymi
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry
Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Bezpieczniki w aparaturze elektron.Obudowy