电子技术基础 模拟部分 1
电子技术基础 模拟部分 1
第一章 绪 论 3
第一章 绪 论 3
电子管 减电子管pg(5211) 吸气利 气 好纸 阴械天 凝极G 阳餐 管壳 图111电子管的外形 电子管，是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电 流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或 振荡的电子器件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产 品中，近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些 高保真音响器材中，仍然使用电子管作为音频功率放大器件。 4 4
4 电子管 4 电子管，是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电 流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或 振荡的电子器件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产 品中，近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些 高保真音响器材中，仍然使用电子管作为音频功率放大器件
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晶体管历史及重要里程碑 I947年12月16日：威廉邵克雷(Villiam Shockley)、约翰巴顿 (John Bardeen) 和沃特布拉顿(Walter Brattain)成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。 I950年：威廉邵克雷开发出双极晶体管(Bipolar Junction Transistor),这是现 在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 I954年I0月I8日：第一合晶体管收音机Regency TRI:投入市场，仅包含4只锗晶体 管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特诺伊斯(Robert Noyce)。 最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小 的晶体管，即集成电路。 I965年：摩尔定建诞生。当时，戈登摩尔(Gordon Moore)预测，未来一个芯 片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年)，摩尔定律在 Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 6 6
6 晶体管历史及重要里程碑 1947年12月16日：威廉·邵克雷（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen） 和 沃特·布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现 在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体 管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）。 最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小 的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯 片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年)，摩尔定律在 Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 6
I968年7月：罗伯特诺伊斯和戈登摩尔从仙童(Fairchild)半导体公司辞职，创 立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备(integrated electronics)”的缩写。 I969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用 传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004.4004规格为1/8英寸×1/16英寸， 包含仅2000多个晶体管，采用英特尔I0微米PMOS技术生产。 1972年，英特尔发布了第一个8位处理器8008。 1978年，英特尔发布了第一款16位处理器8086。含有2.9万个晶体管。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给BM新的个人电脑事业部， 武装了IBM新产品BMPC的中枢大脑。 1982年：286微处理器（全称80286，意为“第二代8086"）推出，提出了指令集概 念，即现在的×86指令集，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286 处理器使用了I3400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、I0MHz和I2.5MHz。 1985年：英特尔386微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管 数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运 行多个程序。 ·1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制 程技术生产。 ·1999年2月：英特尔发布了奔腾处理器。奔腾山是1x1正方形硅，含有950万个 晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。 7 2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟 ))亿个周期标筲。立采用结尔013尚米制想牯术生立令右5500斤个息木營
7 1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创 立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用 传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸， 包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1972年，英特尔发布了第一个8位处理器8008。 1978年，英特尔发布了第一款16位处理器8086。含有2.9万个晶体管。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部， 武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。 1982年：286微处理器(全称80286，意为“第二代8086”)推出，提出了指令集概 念，即现在的x86指令集，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286 处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。 1985年：英特尔386™微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管 数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运 行多个程序。 1993年：英特尔·奔腾·处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制 程技术生产。 1999年2月：英特尔发布了奔腾·III处理器。奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个 晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。 2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟 22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。 7
2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若千技术突破，包括高性能、 低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低k介质材料。这是业内首次在生 产中采用应变硅。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了英特尔 最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体 系架构，采用英特尔03微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生， 含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。 2006年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计， 含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。 2006年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体 管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生产。 2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向合式机、 笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn,是从英特尔®酷睿Tw微体系架 构派生而出。_发布英特尔酷睿7处理器 ● 2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑 的65纳米制程英特尔酷睿“2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特 尔酷睿2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。 2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。 英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器一 英特尔酷睿M2双核、英特尔 ®酷睿2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶 体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用 了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。 8 2010年II月，NVID1A发布全新的GFII0核心，含30亿个晶体管，采用先进的40
8 2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、 低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内首次在生 产中采用应变硅。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔·迅驰·移动技术平台诞生，包括了英特尔 最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体 系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生， 含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。 2006年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计， 含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。 2006年7月27日：英特尔·酷睿™2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体 管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生产。 2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、 笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn，是从英特尔®酷睿™微体系架 构派生而出。 发布英特尔酷睿i7处理器 2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑 的65纳米制程英特尔·酷睿™2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特 尔·酷睿™2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。 2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。 英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔酷睿™2双核、英特尔 ®酷睿™2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶 体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用 了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。 2010年11月，NVIDIA发布全新的GF110核心，含30亿个晶体管，采用先进的40 纳米工艺制造。 8
§1-1电子象统与信号 电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电 路组成的具有特定功能的电路整体。 由于大规模集成电路和模拟数字混合集成电路的出 现，目前，在单个芯片上能够集成许多种不同类型 的电路，从而自成一个系统。 如：单个芯片构成的数据采集系统产品，芯片内部 包括多路模拟开关、可编程放大电路、取样-保持电 路、模数转换电路、数字信号传输与控制电路等多 种功能电路。 电子系统必须与物理系统相结合，才能构成完整的 实用系统。 9
§1-1 电子系统与信号 ❖ 电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电 路组成的具有特定功能的电路整体。 ❖ 由于大规模集成电路和模拟-数字混合集成电路的出 现，目前，在单个芯片上能够集成许多种不同类型 的电路，从而自成一个系统。 如：单个芯片构成的数据采集系统产品，芯片内部 包括多路模拟开关、可编程放大电路、取样-保持电 路、模-数转换电路、数字信号传输与控制电路等多 种功能电路。 ❖ 电子系统必须与物理系统相结合，才能构成完整的 实用系统。 9
加热控制系统 石英预制棒加热炉温度控制系统的电子系统组成框图。 虚线框内是一台可编程逻辑控制器PLC,它是一种可 根据不同要求配备相应组合部件和控制程序的电子系 统。 高温计 放大 放大 取样-保持 加热炉 电压/电流 微处理机 转换 数模转换 系统 模数转换 10 10
10 加热控制系统 ❖ 石英预制棒加热炉温度控制系统的电子系统组成框图。 虚线框内是一台可编程逻辑控制器PLC，它是一种可 根据不同要求配备相应组合部件和控制程序的电子系 统。 10 高温计 加热炉 放大 放大 取样-保持 模数转换 微处理机 系统 数模转换 电压/电流 转换
加热控制系统 ÷加热炉把石英预制棒下部尖端加热至2200°C左右的 固定温度，使棒的尖端处于熔融状态，在光纤重力和 拉丝塔下部拉丝盘的作用下拉制成光纤。 冬保持加热炉内温度的稳定对保证光纤直径的准确性至 关重要。当外界因素，如气温、炉外的冷却水温、电 压等发生微小波动时，都会使炉内温度偏离预置值。 冬高温计把温度的变化转换 rrcl 为电压，经放大、滤波、 2200.5 取样/保持和A/D把信号转 换成数字。计算机根据加 2200.0 热炉的热力学模型和控制 2199,5r 模型计算出控制输出。 1020 304050507080 11
加热控制系统 ❖ 加热炉把石英预制棒下部尖端加热至2200 C左右的 固定温度，使棒的尖端处于熔融状态，在光纤重力和 拉丝塔下部拉丝盘的作用下拉制成光纤。 ❖ 保持加热炉内温度的稳定对保证光纤直径的准确性至 关重要。当外界因素，如气温、炉外的冷却水温、电 压等发生微小波动时，都会使炉内温度偏离预置值。 11 ❖ 高温计把温度的变化转换 为电压，经放大、滤波、 取样/保持和A/D把信号转 换成数字。计算机根据加 热炉的热力学模型和控制 模型计算出控制输出