Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Zarys historii elektroniki
Wrocław 2010
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Elektronika to dziedzina techniki, nauki zajmujÄ…ca
siÄ™ praktycznym zastosowaniem zjawisk zwiÄ…zanych
z dającym się sterować ruchem elektronów w próżni,
gazach i półprzewodnikach.
1
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Odkrycie elektronu
Najmniejsza porcja elektryczności = ELEKTRON
Odkrycie elektronu (1897)
Joseph J.Thomson
(1856-1940)
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Lampy elektronowe
Termin  elektronika pojawił się na początku XX wieku dla
opisania zastosowań lamp elektronowych.
Lampa katodowa (protoplasta kineskopu) --- Karl F. Braun
(1897r.)
Dioda próżniowa --- Ambrose Fleming (1904r.)
Trioda próżniowa --- Lee de Forest (1906r.)
2
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Rozwój radiotechniki
Pojawienie się lamp zapoczątkował rozwój radiotechniki i TV
lampy wieloelektrodowe i elektronopromieniowe:
tetroda (1919), pentoda(1927),
lampy obrazowe (tv) i lampy analizujÄ…ce (kamera).
elektroniczny system telewizyjny (1927)
Termin  elektronika ugruntował swoje znaczenie stając się
nazwą miesięcznika wydawanego przez znane wydawnictwo
McGraw-Hill.
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Tranzystor bipolarny (1947)
JOHN BARDEEN,
WALTER BRATTAIN,
WILLIAM SHOCKLEY
3
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Lata 40 - 50
Elektronika już w latach 40 uznana zostaje za strategiczną dziedzinę.
W połowie stulecia decyduje o burzliwym rozwoju
- radiotechniki,
- teletechniki,
- telewizji,
- metrologii elektronicznej,
- automatyki,
- maszyn matematycznych (komputerów).
Tranzystor zwiększa tempo wprowadzania elektroniki w różne dziedziny życia.
Urządzenia stają się bardziej niezawodne, miniaturowe, tańsze.
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Tyrystor, układ scalony, laser
1956r.  tyrystor - sterowanie urządzeń dużych mocy
1958r.  pierwszy układ scalony (Jack Kilby) [1961r.  komercyjna produkcja]
1960r.  tranzystor polowy MOS
1962r.  laser półprzewodnikowy  systemy łączności z kanałami o b. dużych
pojemnościach.
Rozwój techniki laserowej otwiera nową epokę w mikromechanice, biologii,
medycynie.
Równoległy rozwój techniki lampowej  kolorowa TV (1956r.)
4
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
ELEKTRONIKA
Mikroelektronika
Pierwszy sterowany elektronicznie robot przemysłowy(1962)
Pierwszy działający satelita telekomunikacyjny  Telstar(1962)
Pierwszy popularny mikrokomputer PDP-8(1963)
Pierwsza transmisja radiowa z Księżyca(1969)
Mikroprocesor (1971)  2300 tranzystorów w monolitycznym kawałku krzemu
Mikroprocesor (1997)  7,5mln tranzystorów
Mikroprocesor (2000 - ....)  minimalna długość kanału tranzystora
2005  65 nm
2008  45 nm
2009  32 nm
2012  22 nm ....
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Podstawowe elementy
bierne w elektronice
Wrocław 2010
5
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)
Podział
Najprostszy element bierny obwodu elektrycznego (elem. liniowy).
U
I
U = RI
Podział rezystorów:
Rezystory stałe - elementy o wartości rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i nie
podlegajÄ…cej zmianie w czasie pracy
Rezystory zmienne - elementy charakteryzujące się zmiennością rezystancji.
nastawne, o konstrukcji umożliwiającej płynną, dokonywaną w sposób mechaniczny,
zmianę wartości rezystancji w obwodzie (potencjometry),
półprzewodnikowe (wytwarzane z półprzewodników) o rezystancji zmieniającej się
w znacznym przedziale wartości pod wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych, są
to np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory.
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)
Podział
Ważne znaczenie ma klasyfikacja objęta międzynarodowym systemem normalizacyjnym
(IEC), w której rezystory dzieli się na:
typu1, tj. wysokostabilne i precyzyjne,
typu2, tj. powszechnego stosowania.
Niekiedy wyróżnia się rezystory mające szczególnie kształtowane wartości niektórych
parametrów, przykładem mogą być rezystory:
wysokonapięciowe (> 1 kV),
wysokoomowe (> 10 M&!),
dużej mocy (> 2 W),
wysokotemperaturowe (> 175°C),
precyzyjne (< 1%),
itp.,
6
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)
Parametry
" Rezystancja (0.1&!  10M&! szeregi E12(10%)? i E24(5%)?
" Moc (1/8  5W)
" Maksymalne napięcie (100V  1000V)
" Stabilność termiczna (10ppm/deg  500ppm/deg) termistory ?
" Stabilność czasowa (np.. 1%/1000h)
" Indukcyjność pasożytnicza (indukcyjność doprowadzeń 6-8nH)
" Pojemność (0.1pF  5pF)
" Nieliniowość (R=R(U) rzędu 0.01%/V)
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)
Model
C~0,5pF
L~5-10nH
R
C~0.5pF C~0.5pF
7
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Rezystor (opornik)
Przykładowe rezystory
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator (pojemność)
Zbudowany jest z dwóch okładek (przewodników) rozdzielonych dielektrykiem
u(t)
i(t)
Podłączenie napięcia do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie się na
nich ładunku elektrycznego. Po zaniku napięcia, ładunki utrzymują się na
okładkach siłami przyciągania elektrostatycznego.
Kondensator charakteryzuj pojemność określająca zdolność kondensatora do
gromadzenia Å‚adunku:
Q
C =
U
t
du 1
i(t) = C ; u(t) =
+"i(t)dt + u(o)
dt C
0
8
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator
Parametry
" Pojemność (0.1pF  5F; szeregi E6  E12)
" Napięcie przebicia (5V  10kV)
" Polaryzacja (dla kondensatorów elektrolitycznych !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)
" Rezystancja upÅ‚ywu (0 - 10µA)
" Stratność (rodzaj dielektryka i upływność)
" Rezystancja szeregowa
" Stabilność termiczna (rodzaj dielektryka np. NP0& .)
" Prąd maksymalny (szczególnie impulsowy)
" Indukcyjność doprowadzeń
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator
Model
RU
L
C
RS
C~0.5pF C~0.5pF
9
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator
Przykładowe kondensatory
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator
Rodzaje
Stało
Sta o
Sta ość
Sta o
Typ Zakres Napięcie Upływ
Typ Zakres Napi cie Up yw
Typ Zakres Napi cie Up yw-
Typ Zakres Napi cie Up yw
Dokładno tempera- Uwagi
Dok adno tempera Uwagi
Dok adność tempera Uwagi
Dok adno tempera Uwagi
kondensatora pojemności przebicia [V] ność
kondensatora pojemno ci przebicia [V] no
kondensatora pojemno ci przebicia [V] no
kondensatora pojemno ci przebicia [V] no
turowa
turowa
turowa
turowa
doskonały; dobry w
doskona y; dobry w
doskona y; dobry w
doskona y; dobry w
Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra mała
Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra ma a
Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra ma a
Mikowy 1 pF-0,01uF 100-600 dobra ma a
układach w.cz.
uk adach w.cz.
uk adach w.cz.
uk adach w.cz.
Zależy od
Zale y od
Zale y od
Zale y od
mały, niedrogi, bardzo
ma y, niedrogi, bardzo
ma y, niedrogi, bardzo
ma y, niedrogi, bardzo
Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska rodzaju średnia
Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska rodzaju rednia
Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska rodzaju rednia
Ceramiczny 10pF-luF 50-30k kiepska rodzaju rednia
popularny
popularny
popularny
popularny
ceramiki
ceramiki
ceramiki
ceramiki
0,001uF- tani, dobry, bardzo
0,001uF- tani, dobry, bardzo
0,001uF- tani, dobry, bardzo
0,001uF- tani, dobry, bardzo
Poliestrowy 50-600 dobra kiepska mała
Poliestrowy 50-600 dobra kiepska ma a
Poliestrowy 50-600 dobra kiepska ma a
Poliestrowy 50-600 dobra kiepska ma a
50jiF po­pularny
50jiF po­pularny
50jiF po­pularny
50jiF po­pularny
wysokiej jakości, o du ych
wysokiej jako ci, o du ych
wysokiej jako ci, o dużych
wysokiej jako ci, o du ych
Polistyrenowy
Polistyrenowy
Polistyrenowy
Polistyrenowy
10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.mała wymiarach, dobry do
10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.ma a wymiarach, dobry do
10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.ma a wymiarach, dobry do
10pF-2,7uF 100-600 b. dobra dobra b.ma a wymiarach, dobry do
(styrofleksowy)
(styrofleksowy)
(styrofleksowy)
(styrofleksowy)
filtracji sygnałów
filtracji sygna ów
filtracji sygna ów
filtracji sygna ów
wysokiej jakoÅ›ci, o ma­Å‚ych
wysokiej jako ci, o ma­ ych
wysokiej jako ci, o ma­ ych
wysokiej jako ci, o ma­ ych
Poliwęglanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita mała
Poliw glanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita ma a
Poliw glanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita ma a
Poliw glanowy 100pF-30uF 50-800 b. dobra znakomita ma a
wymiarach
wymiarach
wymiarach
wymiarach
wysokiej jakości, ma a
wysokiej jako ci, ma a
wysokiej jako ci, mała
wysokiej jako ci, ma a
Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.mała
Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.ma a
Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.ma a
Polipropylenowy 100pF-50uF 100-800 b. dobra dobra b.ma a
absorpcja dielektryczna
absorpcja dielektryczna
absorpcja dielektryczna
absorpcja dielektryczna
wysokiej jakości,
wysokiej jako ci,
wysokiej jako ci,
wysokiej jako ci,
Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.mała najmniejsza absorpcja
Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.ma a najmniejsza absorpcja
Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.ma a najmniejsza absorpcja
Teflonowy 1 nF-2uF 50-200 b. dobra najlepsza b.b.ma a najmniejsza absorpcja
dielektryczna
dielektryczna
dielektryczna
dielektryczna
10
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Kondensator
Rodzaje
Stało
Sta o
Sta ość
Sta o
Typ Zakres Napi cie Dok a Upływ-
Typ Zakres Napięcie Dokła- Up yw
Typ Zakres Napi cie Dok a Up yw
Typ Zakres Napi cie Dok a Up yw
temperatur Uwagi
temperatur Uwagi
temperatur Uwagi
temperatur Uwagi
kondensatora pojemności przebicia [V] dność ność
kondensatora pojemno ci przebicia [V] dno no
kondensatora pojemno ci przebicia [V] dno no
kondensatora pojemno ci przebicia [V] dno no
o-wa
o wa
o wa
o wa
duża sta o długoczasowa
du a sta o d ugoczasowa
du a stałość d ugoczasowa
du a sta o d ugoczasowa
Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.mała
Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.ma a
Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.ma a
Szklany 10pF-l000pF 100-600 dobra b.ma a
pojemności
pojemno ci
pojemno ci
pojemno ci
dobry, duża sta o
dobry, du a sta o
dobry, du a stałość
dobry, du a sta o
Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra mała
Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra ma a
Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra ma a
Porcelanowy 100 pF-0,1uF 50-400 dobra dobra ma a
długoczasowa pojemności
d ugoczasowa pojemno ci
d ugoczasowa pojemno ci
d ugoczasowa pojemno ci
duże pojemno ci,
du e pojemno ci,
du e pojemności,
du e pojemno ci,
polaryzowany, małe
polaryzowany, ma e
polaryzowany, ma e
polaryzowany, ma e
Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepska
Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepska
Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepska
Tantalowy 0,1 uF-500uF 6-100 kiepska kiepska
wymiary; mała indukcyjność
wymiary; ma a indukcyjno
wymiary; ma a indukcyjno
wymiary; ma a indukcyjno
własna;
w asna;
w asna;
w asna;
filtry w zasilaczach;
filtry w zasilaczach;
filtry w zasilaczach;
filtry w zasilaczach;
Elektrolityczny
Elektrolityczny
Elektrolityczny
Elektrolityczny
0,1uF-1F 3-600 zła okropna b.duża polaryzowany, krótki czas
0,1uF-1F 3-600 z a okropna b.du a polaryzowany, krótki czas
0,1uF-1F 3-600 z a okropna b.du a polaryzowany, krótki czas
0,1uF-1F 3-600 z a okropna b.du a polaryzowany, krótki czas
aluminiowy
aluminiowy
aluminiowy
aluminiowy
życia
ycia
ycia
ycia
do podtrzymywania
do podtrzymywania
do podtrzymywania
do podtrzymywania
Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska maÅ‚a za­wartoÅ›ci pamiÄ™ci; du­Å¼a
Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska ma a za­warto ci pami ci; du­ a
Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska ma a za­warto ci pami ci; du­ a
Buck-up 0,1 F-10F 1,5-6 kiepska kiepska ma a za­warto ci pami ci; du­ a
rezystancja szerego­wa
rezystancja szerego­wa
rezystancja szerego­wa
rezystancja szerego­wa
filtry wysokonapiÄ™cio­we;
filtry wysokonapi cio­we;
filtry wysokonapi cio­we;
filtry wysokonapi cio­we;
Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k mała duże wymiary; d ugi czas
Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k ma a du e wymiary; d ugi czas
Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k ma a du e wymiary; długi czas
Olejowy 0,1 uF-20uF 200-10k ma a du e wymiary; d ugi czas
życia
ycia
ycia
ycia
Próżniowy 1 pF-5nF 2k-36k b.mała Układy w.cz.
Pró niowy 1 pF-5nF 2k-36k b.ma a Uk ady w.cz.
Pró niowy 1 pF-5nF 2k-36k b.ma a Uk ady w.cz.
Pró niowy 1 pF-5nF 2k-36k b.ma a Uk ady w.cz.
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Cewka (indukcyjność)
Jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w wytwarzanym polu
magnetycznym.
u(t)
t
1 di
i(t) =
+"u(t)dt + i(0); u(t) = L dt i(t)
L
0
" Indukcyjność (szereg E12 tylko dla dławików małej dobroci)
" AL [nH/zw2] - stała rdzenia (L = AL" z2 )
" Rezystancja szeregowa - dobroć
" Naskórkowość
" Nieliniowość i histereza rdzenia, straty w rdzeniu
" Maksymalny prąd (nasycenie materiału rdzenia  Bmax=0,2 - 1.6T)
" Maksymalne napięcie pracy (przebicie międzyuzwojeniowe)
11
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Cewka
Model
C
L
RS
C~0.5pF C~0.5pF
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Cewka
Przykładowe cewki i transformatory
12