of 22 /22
1 Zarys historii elektroniki Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wrocław 2018 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki ELEKTRONIKA - początek pierwszy kalkulator (ok.1500)?? Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki ELEKTRONIKA - początek Radio 1900 ?? Radio - metoda przekazu informacji na odległość za pomocą fal radiowych. Nicola Tesla 1856 - 1943

W1 18 Historia elektroniki - ue.pwr.wroc.pl · =du\v klvwrull hohnwurqlnl 3rolwhfkqlnd :urfádzvnd,qvw\wxw 7hohnrpxqlndfml 7hohlqirupdw\nl l $nxvw\nl:urfãdz 3rolwhfkqlnd :urfádzvnd,qvw\wxw

  • Author
    dotruc

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of W1 18 Historia elektroniki - ue.pwr.wroc.pl · =du\v klvwrull hohnwurqlnl 3rolwhfkqlnd...

1

Zarys historii elektroniki

Politechnika Wrocawska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Wrocaw 2018

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKA - pocztekpierwszy kalkulator (ok.1500)??

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKA - pocztekRadio 1900 ??

Radio - metoda przekazu informacji na odlego za pomoc fal radiowych.

Nicola Tesla1856 - 1943

2

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKA - pocztekRadio 1900 ??

Guliemo Marconi1874 - 1937

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKA

Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmujcasi praktycznym zastosowaniem zjawisk zwizanychz dajcym si sterowa ruchem elektronw w prni,gazach i pprzewodnikach.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAOdkrycie elektronu

Najmniejsza porcja elektrycznoci = ELEKTRON

Odkrycie elektronu (1897)Joseph J.Thomson(1856-1940)

Nagroda Nobla 1906

3

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALampy elektronowe

Termin elektronika pojawi si na pocztku XX wieku dla opisania zastosowa lamp elektronowych.

Lampa katodowa (protoplasta kineskopu) --- Karl F. Braun (1897r.)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALampy elektronowe

Dioda prniowa (zawr elektryczny) -- Ambrose Fleming (1904r.)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALampy elektronowe

Trioda prniowa

Lee de Forest (1906r.)

4

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALampy elektronowe

Trioda prniowa

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALampy elektronowe

http://vimeo.com/28565075

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKARozwj radiotechniki

Pojawienie si lamp zapocztkowa rozwj radiotechniki i TV

lampy wieloelektrodowe i elektronopromieniowe:tetroda (1919), pentoda(1927),

lampy obrazowe (tv) i analizujce (kamera).

elektroniczny system telewizyjny (1927)

Termin elektronika ugruntowa swoje znaczenie stajc sinazw miesicznika wydawanego przez znane wydawnictwoMcGraw-Hill.

5

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKATranzystor bipolarny (1947)

JOHN BARDEEN,WALTER BRATTAIN,WILLIAM SHOCKLEY

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKALata 40 - 50

Elektronika ju w latach 40 uznana zostaje za strategiczn dziedzin.

W poowie stulecia decyduje o burzliwym rozwoju - radiotechniki,- teletechniki, - telewizji, - metrologii elektronicznej,- automatyki, - maszyn matematycznych (komputerw).

Tranzystor zwiksza tempo wprowadzania elektroniki w rne dziedziny ycia. Urzdzenia staj si bardziej niezawodne, miniaturowe, tasze.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKATyrystor, ukad scalony, laser

1950r. pierwszy komputer UNIVAC I

6

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKATyrystor, ukad scalony, laser

1956r. tyrystor - sterowanie urzdze duych mocy1958r. pierwszy ukad scalony (Jack Kilby) [1961r. komercyjna produkcja]1960r. tranzystor polowy MOS1962r. laser pprzewodnikowy systemy cznoci z kanaami o b. duych pojemnociach.Rozwj techniki laserowej otwiera now epok w mikromechanice, biologii, medycynie.

Rwnolegy rozwj techniki lampowej kolorowa TV (1956r.)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAMikroelektronika

Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysowy(1962)

Pierwszy dziaajcy satelita telekomunikacyjny Telstar(1962)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAMikroelektronika

Pierwszy popularny mikrokomputerPDP-8(1963)

Pierwsza transmisja radiowa z Ksiyca(1969)

7

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAMikroelektronika

Mikroprocesor (1971) 2300 tranzystorw w monolitycznym kawaku krzemu

Mikroprocesor (1997) 7,5mln tranzystorwMikroprocesor (2000 - ....) minimalna dugo kanau tranzystora

2005 65 nm2008 45 nm2011 32 nm > 2mld tranzystorw w mikroprocesorze2012 22 nm2022 5 nm

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAPrzyszo.GRAFEN??

Bardzo dobry przewodnik ciepa ok.5000 W/mK(diament 1500W/mK, srebro, mied ok..400W/mK),

Niewielka rezystancja

Bardzo wysoka ruchliwo elektronw wtemperaturze pokojowej = 200 000 cm/Vs(krzem 1500 cm/Vs, arsenek galu 8500 cm/Vs)

Prdko elektronw, wynoszca 1/300 prdkociwiata

Andre Geim; Konstantin Novoselov

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAPrzyszo.GRAFEN??

Niemal cakowicieprzezroczysty (pochaniatylko 2,3% wiata)

Ponad 100 razy mocniejszyni stal o tej samej gruboci,

Elastyczny - mona go bezszkody rozcign o 20%.

8

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKAPrzyszo.GRAFEN??

Zastosowanie:

Szybkie procesory,

Energooszczdne rda wiata.

Czujniki z grafenu potrafi zarejestrowaobecno pojedynczej czsteczki substancji.

Elektrony poruszaj si w grafeniez prdkoci sigajca 1/300 prdkoci wiata,pozwala to wykonywa wiele dowiadcze, ktredotd wymagay uycia akceleratora.

Podstawowe elementy bierne w elektronice

Politechnika Wrocawska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Wrocaw 2017

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Podzia

Najprostszy element bierny obwodu elektrycznego (elem. liniowy).

I

U

RIU Podzia rezystorw:

Rezystory stae - elementy o wartoci rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i niepodlegajcej zmianie w czasie pracy

Rezystory zmienne - elementy charakteryzujce si zmiennoci rezystancji.

nastawne, o konstrukcji umoliwiajcej pynn, dokonywan w sposb mechaniczny,zmian wartoci rezystancji w obwodzie (potencjometry),

pprzewodnikowe (wytwarzane z pprzewodnikw) o rezystancji zmieniajcej siw znacznym przedziale wartoci pod wpywem rozmaitych czynnikw zewntrznych, sto np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory.

9

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Podzia

Wane znaczenie ma klasyfikacja objta midzynarodowym systemem normalizacyjnym(IEC), w ktrej rezystory dzieli si na:

typu1, tj. wysokostabilne i precyzyjne,

typu2, tj. powszechnego stosowania.

Niekiedy wyrnia si rezystory majce szczeglnie ksztatowane wartoci niektrychparametrw, przykadem mog by rezystory:

wysokonapiciowe (> 1 kV),

wysokoomowe (> 10 M),

duej mocy (> 2 W),

wysokotemperaturowe (> 175C),

precyzyjne (< 1%),

itp.,

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Parametry

Rezystancja (0.1 10M 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 WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Parametry

Moc (1/8 5W)

Maksymalne napicie (100V 1000V)

Stabilno termiczna (10ppm/deg 500ppm/deg)

Stabilno czasowa (np. 1%/1000h)

Indukcyjno pasoytnicza

(indukcyjno doprowadze 6-8nH)

Pojemno (0.1pF 5pF)

Nieliniowo (R=R(U) rzdu 0.01%/V)

10

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Oznaczenia

Oznaczenia rezystorw:a) bezporednie zapisanie wartoci na obudowie rezystora, wystpuje w przypadku rezystorw przewlekanych,- np. warto 0.47 zapisujemy 0.47 lub R47 lub 0E47- np. warto 4.7 zapisujemy 4R7- np. warto 470 zapisujemy 470 lub 470R lub k47- np. warto 4.7 k zapisuje si 4.7k lub 4k7- np. warto 4.7M zapisujemy 4M7 lub 4.7M

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Oznaczenia

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Oznaczenia

c) kod paskowy zakodowanie wartoci za pomoc czterech, piciu lub szeciukolorowych paskw

11

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Model

R

C~0,5pF

C~0.5pF C~0.5pF

L~5-10nH

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Przykadowe rezystory

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Rezystor (opornik)Rezystory powierzchniowe

12

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Kondensator (pojemno)

i(t)

u(t)

t

oudttiC

tudtdu

Cti0

)()(1

)(;)(

Zbudowany jest z dwch okadek (przewodnikw) rozdzielonych dielektrykiem

Podczenie napicia do okadek kondensatora powoduje zgromadzenie si nanich adunku elektrycznego. Po zaniku napicia, adunki utrzymuj si naokadkach siami przycigania elektrostatycznego.Kondensator charakteryzuje pojemno okrelajca zdolno kondensatora dogromadzenia adunku:

U

QC

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Kondensator (pojemno)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Kondensator (pojemno)

13

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Pojemno (0.1pF 5F; szeregi E6 E12)

Napicie przebicia (5V 10kV)

Polaryzacja (dla kondensatorw elektrolitycznych !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)

Rezystancja upywu (0 - 10A)

Stratno (rodzaj dielektryka i upywno)

Rezystancja szeregowa

Stabilno termiczna (rodzaj dielektryka np. NP0.)

Prd maksymalny (szczeglnie impulsowy)

Indukcyjno doprowadze

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

14

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

15

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Dopuszczalne napicie znamionowe jest to chwilowa warto sumy napicia staego i amplitudynapicia zmiennego jak mona przyoy do kocwek kondensatora nie powodujc jegouszkodzenia (przebicia warstwy dieelektryka). Warto napicia znamionowego zaley od typudieelektryka.Warto napicia znamionowego podaje si wprost na obudowie kondensatora lub koduje za pomoclitery.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorParametry

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorModel

RSC

C~0.5pF C~0.5pF

L

RU

16

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorPrzykadowe kondensatory

ceramiczne

styrofleksowe

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorPrzykadowe kondensatory

polipropylenowe

tantalowe

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorPrzykadowe kondensatory

elektrolityczne

17

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorZakres pojemnoci

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorRodzaje

Typ kondensatora

Zakres pojemnoci

Napicie przebicia [V]

DokadnoStao tempera-turowa

Upyw-no

Uwagi

Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra maadoskonay; dobry w

ukadach w.cz.

Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepskaZaley od rodzaju ceramiki

redniamay, niedrogi, bardzo

popularny

Poliestrowy 0,001uF- 50jiF 50-600 dobra kiepska maatani, dobry, bardzo

popularny

Polistyrenowy(styrofleksowy)

10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.maawysokiej jakoci, o duych

wymiarach, dobry do filtracji sygnaw

Poliwglanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita maawysokiej jakoci, o maych

wymiarach

Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.maawysokiej jakoci, maa

absorpcja dielektryczna

Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.maawysokiej jakoci,

najmniejsza absorpcja dielektryczna

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

KondensatorRodzaje

Typ kondensatora

Zakres pojemnoci

Napicie przebicia [V]

Doka-dno

Stao temperatur

o-wa

Upyw-no

Uwagi

Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.maadua stao dugoczasowa

pojemnoci

Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra maadobry, dua stao

dugoczasowa pojemnoci

Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepskadue pojemnoci,

polaryzowany, mae wymiary; maa indukcyjno wasna;

Elektrolityczny aluminiowy

0,1uF-1F 3-600 za okropna b.duafiltry w zasilaczach;

polaryzowany, krtki czas ycia

Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska maado podtrzymywania zawartoci

pamici; dua rezystancja szeregowa

Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k maafiltry wysokonapiciowe; due

wymiary; dugi czas ycia

Prniowy 1 pF-5nF 2k-36k b.maa Ukady w.cz.

18

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Cewka (indukcyjno)Jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w wytwarzanym polumagnetycznym.

i(t)

u(t)

dtdi

LtuidttuL

tit

)(;)0()(1

)(0

Zwj z drutu, ktry moe by nawinityna rdzeniu z powietrzem lub innymniemagnetycznym materiale, lub nardzeniu magnetycznym (elazo, materiaferrytowy).Zastosowanie rdzenia zwikszaindukcyjno cewki.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Cewka (indukcyjno)

Indukcyjno (szereg E12 tylko dla dawikw maej dobroci)

AL [nH/zw2] - staa rdzenia (L = AL z2 )

Rezystancja szeregowa - dobro

Naskrkowo

Nieliniowo i histereza rdzenia, straty w rdzeniu

Maksymalny prd (nasycenie materiau rdzenia Bmax=0,2 - 1.6T)

Maksymalne napicie pracy (przebicie midzyuzwojeniowe)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

CewkaModel

RS

C

C~0.5pF C~0.5pF

L

19

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

CewkaTransformator

Dwie cewki sprzone magnetycznie (nawinite na wsplnym rdzeniu)tworz transformator.

Doprowadzanie do uzwojenia pierwotnego napicia zmiennego U1 spowodujepowstanie strumienia magnetycznego w rdzeniu. Strumie ten przenikajc uzwojeniewtrne, wyindukuje w nim napicie zmienne U2. Napicie to bdzie miao taki samksztat jak napicie w uzwojeniu pierwotnym, a amplitud wprost proporcjonaln doprzekadni transformatora.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

CewkaTransformator

1

2

12

N

NN

UNU

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

CewkaPrzykadowe cewki i transformatory

20

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry

Napicie znamionowe najwiksze napicie (stae lub zmienne) dla ktregomona stosowa dany bezpiecznik

Prd znamionowy prd (roboczy), dla ktrego przystosowany jest bezpiecznik.Jest mniejszy od maksymalnego prdu, ktry nie powoduje zadziaaniabezpiecznika.

Zdolno czenia najwysza warto prdu, ktry moe by przerwany przezbezpiecznik, przy danym napiciu, bez ryzyka wystpienia przebicia lub stopieniaobudowy.

Prd zadziaania IN minimalna warto prdu powodujca zadziaaniebezpiecznika (przerwanie obwodu)

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry

Charakterystyka zadziaania opisuje zaleno pomidzy szybkocizadziaania bezpiecznika a wartoci prdu:- bezpieczniki szybkie krtkim czasie zadziaania, stosowane w ukadach gdzieprzekroczenie prdu maksymalnego moe uszkodzi ukad- bezpieczniki zwoczne zadziaanie bezpiecznika nastpuje po przepywieprdu wikszego/rwnego prdowi zadziaania przez okrelony czas; stosowanew ukadach gdzie wystpuje tzw. prdy rozruchowe, duo wiksze od prdupobieranego przez ukady podczas pracy normalnej

21

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry

FF bardzo szybkie zabezpieczaj ukady zawierajce elementypprzewodnikowe przed zwarciamiF szybkie stosowane w ukadach, w ktrych nie wystpuj nage skokinapicia lub jako bezpieczniki gwneM o rednim opnieniu zadziaania uywane w ukadach niskonapiciowychi niskoprdowychT o opnionym czasie zadziaania stosowane w ukadach z przeczanymiprdami o powolnych czasach narostu i opadaniaTT z du zwok zadziaania w ukadach z krtkotrwaymi prdamirozruchowymi

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Parametry

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Obudowy

22

Politechnika WrocawskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Bezpieczniki w aparaturze elektron.Obudowy SMD