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電子技術(shù)基礎重點(diǎn)介紹
導語(yǔ)：電子技術(shù)是十九世紀末、二十世紀初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標志。以下是為大家整理的電子技術(shù)基礎重點(diǎn)，希望能夠幫助大家！
電子技術(shù)是根據電子學(xué)的原理，運用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括 Analog （模擬） 電子技術(shù)和 Digital （數字） 電子技術(shù)。電子技術(shù)是對電子信號進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號的發(fā)生、放大、濾波、轉換。
發(fā)展階段
電子技術(shù)是十九世紀末、二十世紀初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標志。在十八世紀末和十九世紀初的這個(gè)時(shí)期，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要，在電磁現象方面的研究工作發(fā)展得很快。1895 年，荷蘭物理學(xué)家亨得里克·安頓·洛倫茲假定了電子存在。1897年，英國物理學(xué)家湯姆遜（J.J.Thompson）用試驗找出了電子。1904年，英國人J.A.Fleming 發(fā)明了最簡(jiǎn)單的二極管(diode或 valve)，用于檢測微弱的無(wú)線(xiàn)電信號。 1906 年，L.D.Forest 在二極管中安上了第三個(gè)電極（柵極，grid）發(fā)明了具有放大作用的三極管，這是電子學(xué)早期歷史中最重要的里程碑。1948 年美國貝爾實(shí)驗室的幾位研究人員發(fā)明晶體管。1958 年集成電路的第一個(gè)樣品見(jiàn)諸于世。集成電路的出現和應用，標志著(zhù)電子技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的階段。
電子技術(shù)研究的是電子器件及其電子器件構成的電路的應用。半導體器件是構成各種分立、集成電子電路最基本的元器件。隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型半導體器件層出不窮�，F代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現代電力電子學(xué)方向轉變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現代電力電子時(shí)代。
整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車(chē)、電傳動(dòng)的內燃機車(chē)、地鐵機車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟�，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應用得以很大發(fā)展，當時(shí)國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠(chǎng)的熱潮。全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠(chǎng)家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
逆變器時(shí)代
七十年代出現了世界范圍的能源危機，交流電機變頻調速因節能效果顯著(zhù)而迅速發(fā)展。變頻調速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著(zhù)變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補償等。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠實(shí)現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代，大規模和超大規模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結合，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世，導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場(chǎng)上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設備的高效節材節能，實(shí)現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎。
發(fā)展趨勢
在電力電子技術(shù)的應用及各種電源系統中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì )大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中，更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
高頻化
理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗表明，電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話(huà)，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進(jìn)行改造， 成為“開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源”，其主要材料可以節約90%或更高，還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來(lái)采用電子管的傳統高頻設備固態(tài)化，帶來(lái)顯著(zhù)節能、節水、節約材料的經(jīng)濟效益，更可體現技術(shù)含量的價(jià)值。
模塊化
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見(jiàn)的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七元，包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續流二極管，實(shí)質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅動(dòng)保護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實(shí)際上，由于頻率的不斷提高，致使引線(xiàn)寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶(hù)專(zhuān)用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線(xiàn)連接，這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計，達到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶(hù)專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片，再把整個(gè)模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn)，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線(xiàn)，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。另外，大功率的開(kāi)關(guān)電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。這樣，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情況下滿(mǎn)足了大電流輸出的要求， 而且通過(guò)增加相對整個(gè)系統來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統可靠性，即使萬(wàn)一出現單模塊故障，也不會(huì )影響系統的正常工作，而且為修復提供充分的時(shí)間。
數字化
在傳統功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號來(lái)設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來(lái)越重要，數字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以，在八、九十年代，對于各類(lèi)電路和系統的設計來(lái)說(shuō)，模擬技術(shù)還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數修正(PFC)等問(wèn)題的解決，離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識，但是對于智能化的開(kāi)關(guān)電源，需要用計算機控制時(shí)，數字化技術(shù)就離不開(kāi)了。
綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著(zhù)節電， 這意味著(zhù)發(fā)電容量的節約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國際電工委員會(huì )(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上，許多功率電子節電設備，往往會(huì )變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數下降，使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產(chǎn)各種綠色開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎。
現代電力電子技術(shù)是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎。隨著(zhù)新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓撲的不斷出現，現代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統的應用技術(shù)下，由于功率器件性能的限制而使開(kāi)關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性，使器件性能對開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓撲和新型的控制技術(shù)，可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高工作頻率，提高開(kāi)關(guān)電源工作效率，設計出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。
總而言之，電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現又會(huì )使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會(huì )開(kāi)拓更多更新的應用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實(shí)現，將標志著(zhù)這些技術(shù)的成熟，實(shí)現高效率用電和高品質(zhì)用電相結合。這幾年，隨著(zhù)通信行業(yè)的發(fā)展，以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源，僅國內有20多億人民幣的市場(chǎng)需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線(xiàn)性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統的國內市場(chǎng)正在啟動(dòng)，并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著(zhù)人們去開(kāi)發(fā)。
發(fā)展前景
科技的日新月異，使得電子技術(shù)的廣泛應用和快速發(fā)展成為了可能。電子技術(shù)在以后的日子，有其廣泛的發(fā)展前景。
智能化和人性化
電子技術(shù)的智能化，是電子技術(shù)具有類(lèi)似人的智能，可以依據一定的程序，進(jìn)行有效的判斷并能做出決定。隨著(zhù)模糊控制、納米技術(shù)等人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和推廣，電子技術(shù)產(chǎn)品的智能化將成為主要特性；智能化的發(fā)展使得電子技術(shù)可以更加的人性化。人性化是電子技術(shù)的一個(gè)特性，人是電子技術(shù)產(chǎn)品的使用者，所以賦予電子技術(shù)需要滿(mǎn)足人性化的需求。因此，電子技術(shù)產(chǎn)品不僅要具有最優(yōu)性能，還要加強人們對色彩、造型、舒適度等方面的研究，滿(mǎn)足人們對電子技術(shù)產(chǎn)品人性化需求。
集成化
電子系統集成系統，應該包含有電子子系統和電力應用系統兩個(gè)部分。其中，電力電子系統的集成在于建立一系列的標準芯片或者是模塊，通過(guò)集成滿(mǎn)足用戶(hù)需要的智能化應用系統。通過(guò)電子技術(shù)的集成，使得電子技術(shù)產(chǎn)品結構優(yōu)化，性能達到最大化。
網(wǎng)絡(luò )化
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )成為人們日常生活中非常普及的一種工具，遠程控制和監控技術(shù)得到迅速發(fā)展，從而使電子技術(shù)也順應網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡(luò )化特性更加的明顯。
綜上所述，新技術(shù)的快速發(fā)展，使電子技術(shù)在不斷的發(fā)展，這也導致電子技術(shù)在人們生活中更多的應用，滿(mǎn)足人們的需求，也促進(jìn)社會(huì )建設和經(jīng)濟發(fā)展�？梢詳嘌�，電子技術(shù)必將成為信息產(chǎn)業(yè)與傳統產(chǎn)業(yè)之間的重要環(huán)節和橋梁，也必將為大幅度節省、降低材料損耗、提高生產(chǎn)效率、加速經(jīng)濟發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐。
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