半导体器件之历史风云

2019年7月20日 FireSu 2186  0  0
上一节我们总结了二极管器件的原理和特性,学习三极管器件之前,很有必要重温下历史。以下内容摘自互联网。

纵观历史,无论是弗莱明发明首个电子二极管还是李··福斯特发明首个真空三极管,他们的初衷都不是设计个电脑或者设计个手机。在历史长河中,我们很容易发现,智能电器并非突然出现,而是科学家们不断改进通信技术时衍生的新产物。

为了解决电力传输,出现了交流电,发现了电磁波,开启了通信时代。对通信技术的改进过程中,科学家发明了二极管和三极管,二极管和三极管的出现催生了逻辑电路。优化二极管和三极管的工艺后,半导体器件诞生了。半导体器件的诞生又加速了智能电器的发展,历史总是环环相扣。

上一节我们总结了二极管器件的原理和特性,学习三极管器件之前,很有必要重温下历史。以下内容摘自互联网。

无线电的启航(1889-1896

1889年,在一次著名的演说中,赫兹明确地指出,光是一种电磁现象。至此,无线电这个概念也逐渐走入了科学研究的视野,他的发现继而被应用于人类无线电事业的开拓。而这一次,上帝将他的手抚摸到了三个国家——美国、意大利和俄国,后来者居上再一次印证了中国古老的训言。

1893年,克罗地亚尼科拉·特斯拉(Nikola Tesla)在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。而具有历史意义的无线电发射,却是由俄国科学家波波夫和意大利的马可尼完成的。

1888年,赫兹的发现激发了俄国科学家波波夫(亚历山大·斯塔帕诺维奇·波波夫,Александр Степанович Πопов1859~1906)的研究兴趣。1889年,他多次重复了赫兹的实验,并提出电磁波可以用来向远处发送信号1894年,波波夫改进了赫兹的实验装置,利用撒了金属粉末的检波器,通过架在高空的导线,记录了大气中的放电现象。这是世界上第一台无线电接收机。189557日,波波夫在俄国的物理学部年会上表演了他创造的这个雷暴指示器

一年后即1896324日,波波夫又在彼得堡大学两幢相距250米的大楼之间表演了无线电通信,他和助手进行了一次正式的无线电传递莫尔斯电码的表演。波波夫把接收机安放在物理学会会议大厅内,他的助手把发射机安装在森林学院内。时间一到,助手沉着地把信号发射出去,波波夫这边的接收机清晰地收到信号。此时俄罗斯物理学会分会长把接收到的字母一个个地写在黑板上。最后,黑板上出现一行字母:海因里希·赫兹。这是世界上的第一份无线电报,内容是纪念赫兹这位电磁波发现者。

下面我们介绍另一位伟大的人物——马可尼(古列尔莫·马可尼,Guglielmo Marconi1874~1937)。马可尼出生在意大利博洛尼亚市的一个中产阶级家庭。由于他的家庭十分富裕,因此他的父母专门请了家庭教师指导他学习。

马可尼对物理和电磁学有着极强的兴趣。1894年,也就是赫兹去世的那年,马可尼刚满20岁,他在电气杂志上读到了赫兹的实验和洛奇的报告。从小就喜欢摆弄线圈、电铃的他,便一头钻进了对电磁波的研究中。在他看来,既然赫兹能在几米外测出电磁波,那么只要有足够灵敏的电波检测装置——检波器,也一定能在更远的地方测出电磁波。经过多次的失败,他终于迈出了可喜的第一步。

他在家中的楼上安装了发射电波的装置,楼下放置了检波器,并让检波器与电铃相接。他在楼上一接通电源,电磁波便穿过了检波器,让楼下的电铃迅速响了起来。晚上,当他的父亲看到了这个新奇的装置,把以前憋在肚子里的火气和不满都抛到九霄云外,再也不叫他“不切实际的空想家”了。自此,他的父亲开始给儿子经济资助,让他一心搞实验。

马可尼初次体会到胜利的喜悦后,信心增强了。他大量收集资料和文章,无论这些文章的作者是有名气的还是无名气的,只要对他有用,有所启发的文章,他都耐心阅读,仔细分析。他把各家的缺点分析清楚,把各人的长处集合起来,改进自己的宝贝机器。

第二年(1895年)夏天,马可尼又完成了一次非常成功的实验。到了秋天,实验又获得很大的进步。他把一只煤油桶展开,变成一块大铁板,作为发射的天线。把接收机的天线高挂在一棵大树上,用以增加接收信号的灵敏程度。他还发现金属碎屑可以通过一个装置牢牢抓住空中的无线电信号,因此还改进了洛奇的金属粉末检波器,使它更加卓越。马可尼在玻璃管中加入少量的银粉,与镍粉混合,再把玻璃管中的空气排除掉。这样一来,发射端增大了功率,接收端也增加了检测电波的灵敏程度。他把发射机放在一座山岗的一侧,接收机安放在山岗另一侧的家中。当给他当助手的同伴发送信号时,他有些紧张地守候着信号接收机。突然,电铃发出了清脆的响声。这响声对他来说比动人的交响乐更悦耳动听,让他几乎跳了起来。

马可尼成功了!

这次实验的距离达到2.7公里,出现了历史性的突破。那时,在博洛尼亚大学学习的他只有21岁。这在当时是一个令人惊讶的伟绩,并从此让马可尼走上了职业道路。喜讯传到了英国邮局主管工程师威廉·普尔斯的耳朵里,促使马可尼日后来到英国发展。

1896年,马可尼抱着自己简陋的无线电发射机来到了工业革命的中心——英国,在伦敦开始了自己的创业生涯。这一年的6月,他用电磁波进行了约14.4公里距离的无线电通讯实验,再一次展现了自己的才华。18977月,以其姓名命名的马可尼无线电电报与信号有限公司(后更名为马可尼无线电电报有限公司)成立。

应当指出的是,马可尼和波波夫关于无线电通信的发明,都是在1895年到1901年这短短的五、六年时间内,各自独立完成的。因此可以说,无线电应用的大门是马可尼和波波夫同时打开的。

无线电应用初露端倪

马可尼成立公司以后,无线电的发展便进入了一个新的时代。从此不再是单兵作战,而是一群人的你思我想。智慧的火花点燃了无线电向着更广阔范围的延展。

1897年,波波夫奉命在俄国波罗的海舰队的一些舰艇上建立无线电通信设备。

1897年,不用导线传送电码的无线电通信完全得到了世人的承认。此后无线电通信的距离不断加大。

1898年,马可尼的无线电报首次应用于商业性通信。1898年在英吉利海峡两岸进行无线电报跨海试验成功,通讯距离为45公里;1899年又建立了106公里距离的通讯联系。

1899年,波波夫将无线电投入军事应用,建立了40多公里的无线电通信网。

1900年,马可尼正式取得由线圈和可变电容器组成的调谐回路专利权(即著名的第7777号专利),调谐回路被广泛地应用到各类无线电通信机。

190010月马可尼在英国建立了一座强大的发射台,采用10千瓦的音响火花式电报发射机。

190112月,马可尼在加拿大用风筝牵引天线,成功地接收到了大西洋彼岸的无线电报,完成了横跨大西洋3600公里的无线电远距离通信。由于他的卓越贡献,1909年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦马可尼无线电报公司的意大利物理学家马可尼(Guglielmo Marconi 1874—1937)和德国阿尔萨斯州斯特拉斯堡大学的布劳恩(Karl Braun1850—1918),以承认他们在发展无线电报上所作的贡献。

1903年开始,从美国向英国《泰晤士报》用无线电传递新闻,当天见报。到了1909年无线电报已经在通讯事业上大显身手。在这以后许多国家的军事要塞、海港船舰大都装备有无线电设备,无线电报成了全球性的事业。

在此期间,1904年,当英国人J·A·弗莱明(约翰·安布鲁斯·弗莱明,John Ambrose Fleming18491945)发明了第一个可以确定是否有单向电流的真空二极管弗莱明真空管时,一个暗示将来发展的机遇出现了。

1906年,美国的李··福斯特(Lee de Forest 18731961)在弗莱明真空管中加了一个栅格网,制成了第一个三极真空管。命名为“Audion”三极管检波器非常有效,可以将空中的无线电波用无形的手捕捉到人们的面前,用声音的形式让无形的电磁波显现出来,从而开启了无线电正式进入通信世界的新篇章。他高兴地宣告:“我发现了一个看不见的空中帝国。”福斯特先生被美国人誉为“无线电之父”。虽然谁是真正的“无线电之父”的争论仍然没有停止,但这不妨碍我们向这些先驱科学家表示崇尚的敬意。

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