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中学生物理小常识:从电子管到集成电路

http://www.newdu.com 2020-05-16 新东方 佚名 参加讨论


    1945年,美国制成了第一台电子计算机。那真是一个令人吃惊的庞然大物,总重为30吨,占地面积170米2,共有18000个电子管,70000个电阻,10000个电容,6000个开关,运行时耗电150千瓦。然而50年后的今天,制造一台那种性能的电子计算机,只需用几块集成电路就可以了,体积比一只饭盒还小。这是怎么回事呢?原来是电子元件发生了几次根本性的变化。
    电子管是电子仪器的主要元件。1904年,英国电气工程师弗莱明在一只玻璃泡里装入灯丝,用圆筒形金属片把灯丝包围起来,并把灯泡抽成真空,制成了第一只二极真空管,又叫电子管。这种电子管的作用同半导体二极管一样,具有单向导电性,可以用来整流或者检波。1907年,美国发明家德福雷斯特制成了具有放大作用的三极管。在此基础上,人们又发展了许多类型的电子管,这就是第一代电子元件。它们在早期的无线电技术中发挥了不可估量的作用,带来了无线电事业的兴旺和繁荣。
    然而,电子管并不十全十美,它有难以克服的致命缺点,如体积大,耗电多,寿命短,制造工艺复杂等等。所以第一台电子计算机便如此庞大。随着电子技术的发展,人们对电子元件提出了越来越严格的要求,希望有稳定、可靠、省电、体积小、寿命长的电子元件问世。很多人投入到研制新元件的热潮中,这样,新一代的电子元件──晶体管诞生了。1940年,首先研制出晶体二极管。1947年12月,美国著名的贝尔实验室的三位科学家肖克利、布拉顿和巴丁,制成了第一只晶体三极管,为此他们获得了1956年诺贝尔物理学奖。晶体管的出现,不仅接替了电子管的许多工作,而且应用更加广泛,使电子技术得以向小型化方向迅速发展。
    后来,人们感到在复杂的电子仪器中,把成千上万个晶体管、电阻、电容等元件,用导线连接成电路太麻烦,机构庞大,焊接点多,线路复杂,安装、维修都不方便。为此,1952年,英国电子学家达默提出了制造集成电路的设想。所谓集成电路,就是把很多电子元件精细地制作在一小块晶体片上,具有一个完整的电路功能。6年之后,美国电子工程师吉尔比实现了这一设想,他制成了第一块包括4个晶体管、6个电阻、电容元件的集成电路。从此,具有各种电路功能的集成电路涌现出来,它作为新型的第三代电子元件登上了电子技术的大舞台。
    1971年,美国工程师霍夫把2250个晶体管装在只有米粒大小的硅片上,制成了第一块大规模集成电路。10年之后,小小硅片上的晶体管数目已达13万个。目前,在米粒大小的硅片上,可以装上15万6千只晶体管,这就是超大规模集成电路。把一块超大规模集成电路放在显微镜下观察,它就像一座“电子城市”,那密密麻麻的电子电路,就像一块块街区;纵横交错的硅铝导线,就像一条条马路。不过,超大规模集成电路并没达到顶峰。科学家们推测,不久的将来,还有可能在米粒大小的硅片上制造几亿个晶体元件呢!
    大规模和超大规模集成电路在航空航天技术、卫星的遥测遥控、导弹的发射和拦截以及微电脑工业中都有广泛的应用。然而,它不仅仅是高技术领域的宠儿,如今也渗透到人们的日常生活中。在普通的电子手表内,就有由3000多个晶体管集成在一小块硅片上的集成电路。电子石英钟、自动选曲的收录机、录像机、彩色电视机、自动洗衣机中都有集成电路。
    从电子管诞生到大规模集成电路的问世,还不到一个世纪,电子技术经历了多次变革,取得了飞速的发展。人类用自己的智慧和劳动,推动着社会向高科技时代发展。而电子技术的发展和广泛应用,是高科技社会的重要标志。
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