Download pdf - 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

$Page 1: W1 18 Historia elektroniki - ue.pwr.wroc.pl · =du\v klvwrull hohnwurqlnl 3rolwhfkqlnd :urfádzvnd,qvw\wxw 7hohnrpxqlndfml 7hohlqirupdw\nl l $nxvw\nl:urfãdz 3rolwhfkqlnd :urfádzvnd,qvw\wxw$
1

Zarys historii elektroniki

Politechnika Wrocławska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

Wrocław 2018

Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki

ELEKTRONIKA - początekpierwszy kalkulator (ok.1500)??


ELEKTRONIKA - początekRadio 1900 ??

Radio - metoda przekazu informacji na odległość za pomocą fal radiowych.

Nicola Tesla1856 - 1943

2


ELEKTRONIKA - początekRadio 1900 ??

Guliemo Marconi1874 - 1937


ELEKTRONIKA

Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmującasię praktycznym zastosowaniem zjawisk związanychz dającym się sterować ruchem elektronów w próżni,gazach i półprzewodnikach.


ELEKTRONIKAOdkrycie elektronu

Najmniejsza porcja elektryczności = ELEKTRON

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

Nagroda Nobla 1906

3


ELEKTRONIKALampy elektronowe

Termin „elektronika” pojawił się na początku XX wieku dla opisania zastosowań lamp elektronowych.

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



Dioda próżniowa (zawór elektryczny) -- Ambrose Fleming (1904r.)



Trioda próżniowa

Lee de Forest (1906r.)

4



Trioda próżniowa



http://vimeo.com/28565075


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


ELEKTRONIKATranzystor bipolarny (1947)

JOHN BARDEEN,WALTER BRATTAIN,WILLIAM SHOCKLEY


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.


ELEKTRONIKATyrystor, układ scalony, laser

1950r. – pierwszy komputer UNIVAC I

6


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.)


ELEKTRONIKAMikroelektronika

Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysłowy(1962)

Pierwszy działający satelita telekomunikacyjny –Telstar(1962)



Pierwszy popularny mikrokomputerPDP-8(1963)

Pierwsza transmisja radiowa z Księżyca(1969)

7



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


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



Niemal całkowicieprzezroczysty (pochłaniatylko 2,3% światła)

Ponad 100 razy mocniejszyniż stal o tej samej grubości,

Elastyczny - można go bezszkody rozciągnąć o 20%.

8



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


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


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.,


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


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


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





c) kod paskowy – zakodowanie wartości za pomocą czterech, pięciu lub sześciukolorowych pasków

11


Rezystor (opornik)Model

R

C~0,5pF

C~0.5pF C~0.5pF

L~5-10nH


Rezystor (opornik)Przykładowe rezystory


Rezystor (opornik)Rezystory powierzchniowe

12


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





13


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





14







15



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.




KondensatorModel

RSC

C~0.5pF C~0.5pF

L

RU

16


KondensatorPrzykładowe kondensatory

ceramiczne

styrofleksowe



polipropylenowe

tantalowe



elektrolityczne

17


KondensatorZakres pojemności


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


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


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.


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)


CewkaModel

RS

C

C~0.5pF C~0.5pF

L

19


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.


CewkaTransformator

1

2

12

N

NN

UNU


CewkaPrzykładowe cewki i transformatory

20


Bezpieczniki w aparaturze elektron.


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)



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



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




Bezpieczniki w aparaturze elektron.Obudowy

22


Bezpieczniki w aparaturze elektron.Obudowy SMD