集成電路發(fā)明的影響
集成電路取代了
晶體管,為開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品的各種功能鋪平了道路,并且大幅度降低了成本,第三代電子器件從此登上舞臺(tái)。它的誕生,使微處理器的出現(xiàn)成為了可能,也使計(jì)算機(jī)變成普通人可以親近的日常工具。集成技術(shù)的應(yīng)用,催生了更多方便快捷的電子產(chǎn)品,比如常見(jiàn)的手持
電子計(jì)算器,就是基爾比繼集成電路之后的一個(gè)新發(fā)明。直到今天,硅材料仍然是我們電子器件的主要材料。
基爾比被授予諾貝爾獎(jiǎng)
2000年,集成電路問(wèn)世42年以后,人們終于了解到他和他的發(fā)明的價(jià)值,他被授予了
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)
基爾比:“為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。1959年,
仙童半導(dǎo)體公司的羅伯特·羅伊斯申請(qǐng)了更為復(fù)雜的硅集成電路,并馬上投入了商業(yè)領(lǐng)域。但基爾比首先申請(qǐng)了專利,因此,羅伊斯被認(rèn)為是集成電路的
共同發(fā)明人。羅伊斯于1990年去世,與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過(guò)。杰克·基爾比相當(dāng)謙遜,他一生擁有六十多項(xiàng)專利,但在獲獎(jiǎng)發(fā)言中,他說(shuō):“我的工作可能引入了看待電路部件的一種新角度,并開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新領(lǐng)域,自此以后的多數(shù)成果和我的工作并無(wú)直接聯(lián)系。”[3]
電路由
電源、開(kāi)關(guān)、
連接導(dǎo)線和用電器四大部分組成。實(shí)際應(yīng)用的電路都比較復(fù)雜,因此,為了便于分析電路的實(shí)質(zhì),通常用符號(hào)表示組成電路實(shí)際原件及其連接線,即畫成所謂
電路圖。其中導(dǎo)線和輔助設(shè)備合稱為中間環(huán)節(jié)。
電源是提供電能的設(shè)備。電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)變成電能。例如,電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能;
發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。由于非電能的種類很多,轉(zhuǎn)變成電能的方式也很多。電源分為電壓源與電流源兩種,只允許同等大小的電壓源并聯(lián),同樣也只允許同等大小的電流源串聯(lián),電壓源不能短路,電流源不能斷路。
在電路中使用電能的各種設(shè)備統(tǒng)稱為負(fù)載。負(fù)載的功能是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥堋@纾?a target="_blank" target=_blank rel=nofollow >電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽浑妱?dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,等等。通常使用的照明器具、家用電器、機(jī)床等都可稱為負(fù)載。
連接導(dǎo)線用來(lái)把電源、負(fù)載和其他輔助設(shè)備連接成一個(gè)閉合回路,起著傳輸電能的作用。
輔助設(shè)備 輔助設(shè)備是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制、分配、保護(hù)及測(cè)量等作用的。輔助設(shè)備包括各種開(kāi)關(guān)、
熔斷器、
電流表、電壓表及測(cè)量?jī)x表等。
串聯(lián)是連接電路元件的基本方式之一。將電路元件(如電阻、電容、電感,用電器等)逐個(gè)順次首尾相連接,
將各用電器串聯(lián)起來(lái)組成的電路叫串聯(lián)電路。
·開(kāi)關(guān)在任何位置控制整個(gè)電路,即其作用與所在的位置無(wú)關(guān)。電流只有一條通路,經(jīng)過(guò)一盞燈的電流一定經(jīng)過(guò)另一盞燈。如果熄滅一盞燈,另一盞燈一定熄滅。
·優(yōu)點(diǎn):在一個(gè)電路中, 若想通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)控制所有電器, 即可使用串聯(lián)的電路;
·缺點(diǎn):只要有某一處斷開(kāi),整個(gè)電路就成為
斷路。 即所相串聯(lián)的
電子元件不能正常工作。
串聯(lián)電路中總電阻等于各電子元件的電阻和,各處電流相等,總電壓等于各處電壓之和。
并聯(lián)電路是使在構(gòu)成并聯(lián)的電路元件間電流有一條以上的相互獨(dú)立通路
,為電路組成二種基本的方式之一。例如,一個(gè)包含兩個(gè)電燈泡和一個(gè)9 V電池的簡(jiǎn)單電路。若兩個(gè)電燈泡分別由兩組導(dǎo)線分開(kāi)地連接到電池,則兩燈泡為并聯(lián)。
特點(diǎn):用電器之間互不影響。一條支路上的用電器損壞,其他支路不受影響。[4]
電路的作用是進(jìn)行電能與其它形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)換。因此,用一些物理量來(lái)表示電路的狀態(tài)及各部分之間能量轉(zhuǎn)換的相互關(guān)系。
電流的含義
電流在實(shí)用上有兩個(gè)含義:第一,電流表示一種物理現(xiàn)象,即電荷有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)就形成電流。第二,本來(lái),電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)表示,而電流強(qiáng)度是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面積的電荷量,其單位是安培(庫(kù)/秒),簡(jiǎn)稱安,用大寫字母A表示。但電流強(qiáng)度平時(shí)人們多簡(jiǎn)稱電流。所以電流又代表一個(gè)物理量,這是電流的第二個(gè)含義。
電流的方向
電流的真實(shí)方向和正方向是兩個(gè)不同的概念,不能混淆。
習(xí)慣上總是把正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,作為電流的方向,這就是電流的實(shí)際方向或真實(shí)方向,它是客觀存在,不能任意選擇,在簡(jiǎn)單電路中,電流的實(shí)際方向能通過(guò)電源或電壓的極性很容易地確定下來(lái)。
但是,在復(fù)雜直流電路中,某一段電路里的電流真實(shí)方向很難預(yù)先確定,在交流電路中,電流的大小和方向都是隨時(shí)間變化的。這時(shí),為了分析和計(jì)算電路的需要,引入了電流參考方向的概念,參考方向又叫假定正方向,簡(jiǎn)稱正方向。
所謂正方向,就是在一段電路里,在電流兩種可能的真實(shí)方向中,任意選擇一個(gè)作為參考方向(即假定正方向)。當(dāng)實(shí)際的電流方向與假定的正方向相同時(shí),電流是正值;當(dāng)實(shí)際的電流方向與假定正方向相反時(shí),電流就是負(fù)值。
換一個(gè)角度看,對(duì)于同一電路,可以因選取的正方向不同而有不比較電壓和電位的概念可以看出,電場(chǎng)中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓,電位是電壓的一個(gè)特殊形式同的表示,它可能是正值或者是負(fù)值。要特別指出的是,電路中電流的正方向一經(jīng)確定,在整個(gè)分析與計(jì)算的過(guò)程中必須以此為準(zhǔn),不允許再更改。
從數(shù)值上看,AB兩點(diǎn)之間的電壓是
電場(chǎng)力把單位
正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)所做的功;而電場(chǎng)中某點(diǎn)的電位等于電場(chǎng)力將單位正電荷自該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)所做的功。。對(duì)于電位來(lái)說(shuō),參考點(diǎn)是至關(guān)重要的。在同一電路中,當(dāng)選定不同的參考點(diǎn),同一點(diǎn)的電位數(shù)值是不同的。
原則上說(shuō),參考點(diǎn)可以任意選定。在電工領(lǐng)域,通常選電路里的接地點(diǎn)為參考點(diǎn),在電子電路里,常取機(jī)殼為參考點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用時(shí),僅知道兩點(diǎn)間的電壓往往不夠,還要求知道這兩點(diǎn)中哪一點(diǎn)電位高,哪一點(diǎn)電位低。例如,對(duì)于半導(dǎo)體二極管來(lái)說(shuō),還有其陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)才導(dǎo)通;對(duì)于
直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),繞組兩端的電位高低不同,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可能是不同的。由于實(shí)際使用的需要,要求我們引入電壓的極性,即方向問(wèn)題。
電路中因其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的
電位差,叫做電動(dòng)勢(shì)。用字母E表示,單位是伏特。在電路中,電動(dòng)勢(shì)常用符號(hào)δ表示。