电子信息与通信工程专业外语(张雪英)课文翻译1.4节基础电子学

基础电子学

电子学衍生于对电力的研究和应用，是工程学和应用物理学的领域。电力涉及力的产生，传输与使用金属导体。电子学利用电子不同的运动方式及通过供气材料，如硅与锗等半导体，其他设备如太阳能电池，LED ，微波激射器，激光及微波管等实现。电子学应用于包括广播、雷达、电视、卫星系统传输，导航辅助设备系统，控制系统，空间探测设备，微型设备如电子表，许多电气设备和电脑等方面。

1. 电子学的开端电子学的历史始于20 世纪，包括三个关键元素：真空管，晶体管和集成电路。

19 世纪早期是理论和发明取得重大发展的时代。发现了红外线和紫外线。道尔顿在1808 年提出了原子理论。在1840 年之前就发现了热电效应、电解效应和光电效应。20 年之间相继产生了工作在低压下的放电管，辉光放电，新型电池及早期的扩音器。因此，在1800—1875 年之间，发现了基本的物理现象，电话，留声机，麦克风及扬声器等在实际应用中达到了极致。至于

19 世纪末期，无线电报，磁记录，阴极射线示波器等都被发明了。

20 世纪早期也见证了现代电子技术的开端。1880 年爱迪生发明了白炽灯成为现代电子领域的历史先驱者。他发现有微弱的电流从加热的灯丝流向真空管内附着的金属板。这就是众所周知的“爱迪生效应”。如果使用了一个非电器的热源，注意到电池仅是必要的用来加热灯丝使电子移动。1904 年，约翰利用爱迪生效应发明了二极管，李.德.佛列思特紧接着在1906 年发明了三极管。这些真空管设备使电子能源控制的放大及传输成为可能。20 世纪初真空管的引入使现代电子学快速成长。采用真空管让信号的控制成为可能，这是早期的电报电话电路不可能实现的，也是早期用高压电火花产生无线电波的发射机所不能实现的。

电子管首先应用于无线通信。Guglielmo Marconi 于1896 年开辟了无线电报的发展，于1901 年实现了远距离广播交流。早期的收音机包括了无线电报（摩尔斯电码信号传输）或收音机电话（语音留言）。所有基于二极管和快速的发展都归功于一战期间军队的武力交流。早期的无线电广播发射机，电报机和电话利用高电压火花来产生电波和声音。真空管放大微弱的音频信号，并将这些信号叠加在无线电波上。1918 年，Edwin Armstrong 发明了

超外差接收机，它可以在众多信号或信源中选择，还可接收远距离信号。于是无线广播在1920 年得到空前发展。1920 年至1935 年只有调幅被使用，而Armstrong 于1935 年发明了调频。

一战通过电阻和电容等元件推动了无线传播的发展。1920 年，匹兹堡的KDKA 广播首先预定了Westinghouse Corp 的无线广播。1925 年，贝尔实验室发明了一台用电来记录声音的设备。

但是，二战对于元件的发展却有惊人的效果，因为战争将要面临全世界各地的气候。

也许二战之前最重要的发明之一是雷达。雷达是由一组英国科学家研究无线电波反射的产物。雷达是Radio Detection And Ranging 的首字母缩略词。通过无线电微波的回音来测量一个物体的距离及方向。它用于航空、船侦查、核武器控制、导航及其他形式的监控。由于战争，电路学，视频，脉冲技术及微波传送被改进并快速地被电视产业接受。1950 年中期，电视已经超越广播被用于家庭使用及娱乐。

二战后，电子管用来开发第一台电脑，但是由于它们的元件大小变得不实际。1946 年印制电路开始应用于微型管。1947 年，贝尔实验室的一组工程师发明了晶体管。因此，John

Bardeen,Walter Brattain,Willian Shockley 获得了诺贝尔奖，但是很少人可以预知到晶体管可

以多么快速，激烈地改变着世界。晶体管的功能与真空管相似，但尺寸小，重量轻，功耗低，工作更为可靠。它由金属电极和半导体材料构成，成本较低。

Geoffrey W.A.Dummer 于1952 年提出集成电路的概念，他是工作在皇室雷达机构的电子专家。在整个20 世纪50 年代，晶体管是大量生产的单一晶片及分立元件。总的半导体电路迈出了简单的一小步，它把晶体管和二极管（有源器件）和电容、电阻（电阻器件）组成

在一个简单的晶片上。半导体工业和非集成电路同时在德州仪器及费尔柴尔德半导体公司形成。到1961 年，一定数量的企业全面生产集成电路，并且为了从多方面适应这种技术，快速改变设备设

计。双极型晶体管与集成电路先被设计出来。紧接着在20 世纪70 年代中期设计出模拟型

IC,LSI,VLSI。VLSI包含了成千的元件，通过通断开关或在一个简单的晶片上两者之间的门极。集成电路使微型计算机，医疗设备，摄像机及其他交谈工具成为可能的例子。1、数字逻辑电路简史1835年，Joseph Henry 发明了电子机械类的继电器。继电器是在小电流流经继电器线圈可关闭触点和允许更大电流流过电路的一个设备。它在数字逻辑电路中是很普通的一个器件。1845年，George Boole开发了数字逻辑电路设计的基本数学理论。直到1937年Claude Shannon,—位MIT的电机工程师才注意到布尔代数适用于中转和开关电路。他作为硕士论文主题写的“中转和开关电路的典型分析” ，随后得到出版。它的意义在于Claude Shannon 被认为是实际数字电路设计理论的奠基者。Sha nnon使用他的逻辑设计思路举了许多例子，

如：一个电子号码锁，累加器，表决器，可以找到因子及质数的电路。（他建议，中转逻辑

每秒运行5 操作，会比数学家花20年完成的更加准确和快速。他强调他的设备花2 个月可以完成相同的工作量。）

1947 年，Bardeen,Braittain,Shockley 在贝尔实验室发明了晶体管。它作用于固态开关，使之比继电器更快速、可靠。这促使更大型，更有用的电脑生成。1985 年，Jack Kilby 和Robert Noyce 发明了集成电路使得更多，成本更低的数字电路合成在一块更小的板上。这些应用于重量是一个重要因素的太空项目中。1969年，Dick Morley 发明了首个PLC,the MODICOM Model 84.PLC 是为了符合制造商更广泛，更有利地应用而设计的。这些设备已经在生产领域代替了可控继电器。1971 年，Robert Noyce and Gordon Moore 发明了“在一个晶片上的电脑”。它的每秒60000操作比Shannon的逻辑继电器元件的每秒5操作多很多。集成电路和微处理器的改进增强了可编程逻辑控制器的功能。20 世纪70 年代至80 年代中期，Allen Bradley 使用集成电路和微处理器制造了PLC1-PLC5 一系列的PLC.1980 年，IBM 开始生产IBM PC 机使得计算机对于每个人都是普遍的。PC 机对于PLC 项目及数字逻辑电路的计算，

分析相当有用。除了电脑和PLC 外，数字集成电路还被应用于电路，其他移动设备，汽车，医疗设备，安全系统，家用设备，能源设备和HDTV 中。

2、新发展集成电路的发展已经变革了通信，信息处理，战争及计算。集成电路在提高速度及可靠性的同时，减小了元件大小，降低了制造成本。数字化更进一步减小大小，提高速度，降低成本。

磁共振成像，一种利用核磁共振理论生成身体图像的医疗诊断技术。MRI, 作为一种通

用的，强大的，灵活的工具，可以透过身体的任何部位成像，包括的器官有心脏，肺，动脉血管，静脉，从各个角度和方向，而不借助外科的探尝穿到身体的某个部位。这些图像从基本的生物医学和人体解剖学为诊断提供很大帮助。

MRI 是可能的在人体内部，因为身体内充满小生物磁体，氢原子的核心，质子是最丰富和易感知的。MRI 利用质子随机分布的原理，而质子拥有大量的磁场能量。一旦病人被放于圆柱形的磁铁内，诊断过程分3 个步骤。首先，MRI 在身体内创造一个稳定的磁场，通过将身体放置在比地球磁场强30000 次的平稳磁场内。接着，MRI 利用无线电波激发身体内部稳定磁场质子静态方向。下一步停止无线电波，观察身体在选定频率内放射出的电磁波，放射出的信号被用于重组人体内部图像。

CAT 扫描或计算轴切片成像，是利用X 射线和计算机来产生人体三维图像的医疗技术。CT 扫描器包括X 射线源，发出X 射线；X 射线检测仪，显示撞击在表面许多部位的X 射线数和一台计算机。发射源和检测仪在扫描器环内相互对应安装好，以便它们可以沿扫描器边缘旋转。从X 射线源发出的光点穿过人的身体并被另一边的检测仪记录。由于发射源和