数字电子技术
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1.1 发展简史

1.电子技术

电子技术(Electric Technology)是研究电子器件及其应用的一门学科,其内涵是指含有电子的、数据的、磁性的、光学的、电磁的或者类似性能的相关技术。电子技术是19世纪末、20世纪初开始发展起来的新兴技术,在20世纪发展最为迅速,应用最为广泛,对人类科技进程产生了巨大的影响,是近代科学技术发展的一个重要标志。目前,电子技术被应用到了通信、网络、物理、化学、生物、医药、航天等众多领域中,对人类社会生产和生活产生了深刻的影响。从最早的黑白电视机、蜂窝手机,到现在的智能电视机、5G手机,见证了电子技术的一步步发展;从最初的电子二极管到后来的电子三极管、晶体管、集成电路,看到了电子技术的逐渐成熟;从最原始的工业型机器人到如今的智能型机器人,体现了电子技术的最新成就。

2.电子器件

电子技术的核心是电子器件。电子器件的进步和换代,引起了电子电路极大的变化,出现了很多新的电路和应用。因此,电子技术的发展历史也可以说是电子器件不断更新换代的历史。表1-1从电子器件角度简要描述了电子技术的发展历史。

表1-1 电子技术的发展历史

表1-1表明电子器件当前处于集成电路(Integrated Circuit,IC)阶段。集成电路是一种微型电子器件或部件,简称芯片(IC),就是把一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、电感、晶体管等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内作为所需电路功能的电子器件。

现在,集成电路已经在各行业中发挥非常重要的作用,是现代信息社会的基石。集成电路具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优点;同时成本低,便于大规模生产。因而,在工、民用电子设备如收音机、电视机、计算机等方面得到广泛应用,同时在军事、通信、遥控等方面也得到广泛的应用。

3.摩尔定律Moore's Law

1964年,英特尔(Intel)公司创始人之一戈登·摩尔提出“摩尔定律”:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

摩尔定律被称为计算机第一定律,适用于集成电路的发展和性能预测,同时揭示了信息技术进步的速度。摩尔定律所描述的这种趋势已经持续了超过半个世纪,2013年底开始放缓。

当然,需要注意的是摩尔定律普遍被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。

4.数字电子技术

数字电子技术(Digital Electronic Technology)和模拟电子技术(Analog Electronic Tech-nology)是电子技术内容的两个主要方面,也是电子爱好者学习电子技术的主要内容。数字电子技术和模拟电子技术一样,经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代,但其发展比模拟电子技术发展得更快。从20世纪60年代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件;随后发展到中规模逻辑器件;70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

纵观数字电子技术的特点,可以发现数字电子技术既抽象又具体,在逻辑问题的提取和描述方面是抽象的,而在逻辑问题的实现上又是具体的;数字电子技术思维严谨、运用灵活。数字电路的分析与设计具有很大的灵活性,许多问题的处理没有固定的方法和步骤,很大程度上取决于操作者的逻辑思维推理能力、知识广度和深度,以及解决实际问题的能力。换而言之,数字电路的分析与设计具有极大的弹性和可塑性,数字电子技术的理论与实际结合紧密。

需要注意的是,尽管当前电子技术的应用主要为数字电子技术,几乎出现在所有的领域中,只有极少的领域还在采用模拟电子技术解决问题;但是,数字电子技术离不开模拟电子技术,毕竟我们生活在一个模拟的而非数字的世界中。