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电子技术简史

时间:2023-03-20 16:56:28 科技观察

电子技术和电子学是与电子学相关的理论和技术。现在,人们已经掌握了很多电子技术的知识,而且电子技术还在不断发展。这些知识是人们长期劳动的结晶。我国很早就发现了电和磁现象,古籍中就有“磁石生铁”、“琥珀拾芥”的记载。磁铁最初是用来指示方向和校正时间的。东汉两书《韩非子》和王崇柱《论衡》中提到的“司南”指的就是这个。后来,由于航海事业发展的需要,我国在十一世纪发明了指南针。宋代沈括《梦溪笔谈》中记载“方氏以磁石磨针,可导之,但常稍偏东,不全南”。这不仅说明了罗盘的制造,而且还发现了磁偏角。直到十二世纪,指南针才由阿拉伯人传入欧洲。十八世纪末十九世纪初这一时期,由于生产的需要,电磁现象的研究工作迅速发展。1785年库仑首先在实验室确定了电荷间的相互作用力,电荷的概念开始有了定量的意义。1820年,奥斯特在实验中发现了电流对磁针的强大作用,开创了电学理论的新篇章。同年,安培确定承载电流的线圈像磁铁一样起作用,从而指出了现象的本质。著名的欧姆定律是欧姆在1826年通过实验得出的。法拉第对电磁现象的研究做出了特殊的贡献。他在1831年发现的电磁感应现象,是日后电子技术的重要理论基础。楞次在电磁现象的理论和应用研究中发挥了巨大的作用。1833年他建立了确定感应电流方向的规则(楞次规则)。之后,他致力于运动理论的研究,阐明了运动可逆性原理。1844年,他与英国物理学家焦耳独立确定了电流热效应定律(焦耳-楞次定律)。与楞次一起从事电磁现象研究的雅可比于1834年制造出世界上第一台电动机,从而证明了电能实际应用的可能性。电气工程的快速发展离不开Dorivo-Dobrovolsky的工作。这位杰出的俄罗斯工程师是三相系统的先驱,他发明并制造了三相异步电动机和三相变压器,并率先使用了三相电力线。在法拉第的研究工作基础上,麦克斯韦于1864年至1873年提出了电磁场理论,他从理论上推测了电磁波的存在,为无线电技术的发展奠定了基础。1888年,赫兹通过实验得到电磁波,证实了麦克斯韦的理论。但真正利用电磁波为人类服务还应该归功于马克尼和波波夫。在赫兹实验成功后约七年,他们分别在意大利和俄罗斯独立进行了通信实验,为无线电技术的发展开辟了道路。人类在与自然斗争的过程中,也在不断总结和丰富自己的知识。电子技术是通过生产斗争和科学实验发展起来的。1883年美国发明家爱迪生发现热电子效应,1904年弗莱明利用这种效应制成电子二极管,并证实电子管具有“阀门”效应,并首先用于无线电探测。1906年,美国的德弗里斯将第三个电极即栅极放入弗莱明二极管中,发明了电子三极管,从而奠定了早期电子技术最重要的里程碑。又经过五年的研究和改进,从1911年开始使用电子技术的时代。因此,作为一门新兴科学,电子技术仅仅发展了七八十年。半个多世纪以来,电子管为电子技术做出了巨大贡献;然而,电子技术成本高、制造复杂、体积大且耗电大。自1948年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来,晶体管在大部分领域逐渐取代了电子管。但是,由于电子管的独特优势,在一些设备中,无论是稳定性、经济性还是功耗,都需要使用电子管。1948年,第一个用半导体材料制成的晶体管被??称为“半导体器件”或“固态器件”。1951年成为商品,这是分立元件出现的又一里程碑。1950年代后期,提出了“一体化”的思想。1950年,基尔比在IRE的一次会议上宣布出现了“固态电路”,即后来的“集成电路”。集成电路的出现和应用,标志着电子技术的发展进入了一个新的阶段。实现了材料、元器件、电路的统一;它与传统电子元器件的设计和生产方法、电路结构有本质区别。1960年,集成电路处于“小规模集成”阶段,每块半导体芯片上的元件不到100个。1966年进入“中等规模集成”阶段,每个芯片上有100到1000个元件。1969年进入“大规模集成”阶段,每块芯片上的元器件数量达到1万个左右。1975年进一步进入“超大规模集成”阶段,每块芯片上的元器件超过10000个。从1960年到1980年的二十年间,片上元器件的“集成度”增长了100万倍,年增长率约为2倍。现在的超大规模集成,在几十平方毫米的芯片上集成了数百万个元器件,已经进入“微电子”时代,极大地推动了先进科学技术的发展。随着半导体技术的发展和科研、生产、管理的需要,电子计算机应运而生,并日趋完善。自1946年第一台电子计算机诞生以来,它们经历了电子管、晶体管、集成电路和超大规模集成电路四代,计算速度达到每秒10亿次。目前正在研发第五代计算机(人工智能计算机)和第六代计算机(生物计算机)。他们不靠程序来工作,而是靠人工智能来工作。特别是七十年代卫星计算机问世以来,由于其便宜、方便、可靠、小巧玲珑,大大加快了电子计算机的普及速度。数字控制和数字测量也正在得到发展和应用越来越广泛。数控机床和“自适应”数控机床相继出现。目前,也已经实现了电子计算机对几十台甚至上百台数控机床的集中控制(所谓“群控”)。晶闸管在工业上也得到广泛应用,将半导体技术带入强电领域。随着生产的需要和科学技术的发展,电子技术的应用已经渗透到人类生活和生产的方方面面。西方学者将其概括为四个方面,或称为四个“C”。有两种说法:一种是元件制造(Creation)工业、通讯(Communication)、控制(Control)和计算机(Computer);另一种是通讯(Communication)、控制(Control)、计算机(Computer)和文化生活(Culturallife),如广播、电视、录音、电化教学、电子文体器具、电子表等。由于电子技术(如空间电子技术、生物医学电子技术、信息处理与遥感技术、微波应用等)的高度发展和广泛应用,对社会生产力的发展也起到了变革性的推动作用。电子技术水平是现代化的重要标志,电子工业是实现现代化的重要物质技术基础。电子工业的发展速度和技术水平,特别是电子计算机的高度发展及其在生产领域的广泛应用,直接影响到工业、农业、科技和国防建设,关系到我国的发展。社会主义建设的快慢和国家的发展,也直接影响着亿万人民的物质文化生活,关系到广大人民群众的切身利益。【本文为专栏作家周兆雄原创文章,作者微信公众号:周氏逻辑(logiczhou)】点此阅读更多本作者好文