模擬電子技術是電子技術的一個方面,同樣也是一門具有基礎性意義的神奇領域學科。在這一領域內,物理、信息工程、電氣工程、自動化控制工程等各門學科都可以得到良好的結合和應用,并保持旺盛持久的生命力。
模擬電子技術概念
在計算機理論和應用中,最重要的一門基礎學科是模擬電子技術,該學科的研究對象是處理仿真信號的模擬電路。
其關鍵電子器件是半導體二極管和三極管,以及場效應管,主要研究方向為運算放大電路、信號運算和處理電路、功率放大電路、電源穩壓電路、反饋放大電路、信號產生電路等方面。模擬電子技術為計算機應用提供了堅實的基礎,在電力技術領域內得到了高度的關注。
因此,學習這門學科,不僅可以廣泛的打下學習各種學科的基礎,同時也可以培養我們分析和解決現實生活中很多問題。因此,當今的模擬電子技術,早已不再只是一門單純性的學科,而是一門充滿人類智慧的基礎理論性學科。而充滿科學思想甚至哲學概念的基礎性學科,往往也是集結許多學科的基礎理論。
模擬電子技術的發展
19世紀末20世紀初,模擬電子技術作為一門新興技術,在世界范圍內廣泛發展起來。特別是在上世紀初,模擬電子技術成為了近代科學發展最重要的標志。本世紀,人們進入了以互聯網和計算機為代表的信息化時代,模擬電子技術發展獲得了空前的成功,廣泛應用在生產生活的方方面面。可以這樣說,離開了模擬電子技術,人們的生活將寸步難行。
模擬電子技術的發展,很大程度上,可以以基本器件的發展作為其標志。1904年,第一至電子管問世;上世紀40年代末,第一只三極管被研制成功;1958年,第一塊集成電路研制成功。集成電路現如今正向大規模和超大規模集成化方向發展,使電子產品朝著高精度、智能化、低消耗方向穩步發展。模擬電子技術基本器件的發展可劃分為兩個階段。
一、分立元件階段(1905年一1959年)
1、電子管時代:
1905年-1948年,電子技術經歷了電子管時代,為現代技術的發展奠定了關鍵因素。
1906年,第一只極管研制成功;1912年,高空電子管被研制成功;1917年,研制成功了濾波器;1934年,回旋加速器被研制出來;1940年,研制成功了模擬電子計算機;1947年,晶體管被發明成功。
2、晶體管時代:
1948年-1959年,電子技術經歷了晶體管時代,標志著宇宙空間技術的探索正式開始。
1947年,點接觸型晶體管被研制成功;1948年,第一臺能夠存儲程序的計算機由貝爾實驗室發明;1950年,發明了磁心存儲器;1954年,單晶硅和太陽能電池被研制成功;1958年,發明了世界首個集成電路。
二、集成電路階段(1959年至今)
隨著集成電路的被研制成功,其發展也經歷了南小型集成電路到大型集成電路,再到超大型集成電路的發展過程。有數據顯示,每過兩年,集成電路的集成度將提高接近3倍,同時,集成電路中的元器件的尺寸也在不斷減小,正在向亞微米和深亞微米方向穩步發展,下表為集成電路發展史。
集成電路技術的發展史中,其標志是集成電路芯片技術的迅速發展,主要包括微控制芯片(MCU)、數字信號處理器(DSP)、可編程邏輯器件(PLD)和大規模存儲芯片(RAM/ROM),這些集成電路芯片的發展,為現代數字信息技術的發展奠定了堅實的基礎。
模擬電子技術應用原理
模擬電子技術的研究對象是處理仿真的模擬電路。電子技術的基礎是模擬電子技術,廣泛應用于功率放大、模揚反饋、信號放大、調制解調電路、混頻、整流穩壓等領域。比如,在高頻發射機和Hi-Fi音箱,就是模擬電子技術成功應用的成果。
功率和電壓是模擬電子技術中最重要的兩個指標。過去,混合集成電路基本采用的是CMOS工藝,而現在,集成電路中的基本元件制造工藝正逐漸向高壓BCD工藝方向發展,在如何提高功率、減少導通電阻、增大耐壓等方面,都得到了突破性的進展。
模擬電子技術不僅適用于生活的方方面面,更高效實用的在幫助我們的生活。在自動化技術領域當中,自動化的實現過程不僅包含最基本最重要的自動控制,同樣也會按照某個物理量的變化自動動作。通過這些自動控制的電路,模擬電子技術不僅可以在生產生活中真正實現過程自動化、管理自動化,更可以在所研究的自動控制電路中由最基本的電子元件晶體管組成。
在面對無觸點式的開關時,其所研究的問題中什么樣的方法和電路產生、變換、傳遞、放大和測量等各種信號,幾乎都是由大多數開關中的二極管或三極管制成的,而二極管所具有的導電性都可以當作正向電壓,導通二極管。因此,在利用各種生活狀態時,很多電源電壓早已經聚集到了放大狀態。
從某些方面來說,無觸點式的開關其實就是晶體組成的、可以用于微弱控制電流或者無觸點的控制。但晶體管繼電器同時也有抗干擾性能差、易受溫度變換影響、參數穩定性能較差等原因,不斷彌補自身的不足,并將這些不足之處都一一補足并結合使用。
隨著科技的發展,自動化在生產生活中的應用越來越趨于集成化,而電子技術的發展也會直接影響到自動控制的發展。
模擬電子技術的應用
模擬電子技術的快速發展,推動了各行業領域內的技術進步。
1、推動了計算機技術的不斷進步
模擬電子技術的進步推動了電子計算機技術的不斷進步。自1946年美國第一臺電子計算機研制成功后,伴隨模擬電子技術基本器件的更新換代,計算機技術也經歷了電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規模集成電路計算機等四個階段。
隨著大規模或超大規模集成電路的加速發展,計算機技術正向著微型化不斷進步。
2、促進了模擬電視的快速發展
上世紀60年代,北京飯店采用了閉路電視系統,是我國有線電視系統的開端。80年代末,同軸電纜被微波多路分配系統與調幅光纖所取代,用于干線傳輸技術,使我國的有線電視網絡發展更為合理。90年代初,我國形成了規模完善、基本覆蓋全國的有線電視網絡。
伴隨模擬電子技術進步,模擬電視的發展也步人快車道,我國有線電視用戶數已躍居世界第一。模擬電視是目前我國媒體傳播最主要的方式,促進了國家經濟的持續增長,目前,我國模擬電視技術正朝著數字化、功能化和產業化的方向不斷發展。
3、加快了電子產品的更新換代
隨著模擬技術的不斷進步,音視頻類、保健類、游戲類等消費電子產品得到了快速發展。音視頻類電子產品的輸入和輸出都是模擬信號,因此,應該用模擬接人方式,對信號進行數字化處理,再轉回模擬量的方式,便于為人所感知。
此外,由于人所能感知的外部信息都是模擬信號,并且,大自然的外部信息也基本是以模擬量而存在的,所以,在保健類和游戲類等電子產品,廣泛采用了新式加速度測量芯片,提高了電子產品的技術含量。
模擬電子技術的展望
有關模擬電子技術的目前發展狀況,其實我國目前集成電路發展已經達到了一個相當高的水平。舉例來說,世界上最小的芯片僅有不到手指寬大,然而集成度卻已經達到了令人難以想象的水平。
隨著納米技術的發展,電路的集成度終將達到一個極限,并隨著納米電子的不斷發展逐漸實現了巨大的進步。而我國目前所使用的光纖通信便跟電子學息息相關,這種通信技術不僅有著通信容量大、傳輸距離遠、無輻射、難以竊聽、抗電磁感染性能差等優點,且通信質量都是無線電通信怎么也無法比擬的。
模擬電子技術的納米電子技術,遲早會給人們帶來巨大的產業革命,并推動相關產業帶動整個人類社會的巨大進步。模擬電子技術雖然發展的歷史不夠長,但應用的領域卻十分廣泛。其所代表的現代化社會重要標志,早已成為人類探索的宏觀世界和微觀世界的物質技術基礎。
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