Upload
vanphuc
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKAELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA
wykład 1 WSTĘP DO ELEKTRONIKI–
luty 2008 - Lublin
dr inż. Andrzej Kociubiński
pokój 308 GE081 53 84 311
strona przedmiotu:http://student.semiconductor.pl
użytkownik: studenthasło: NADBYSTRZYCKA38A
poniedziałek 14.00 - 15.00wtorek 16.00 - 17.00
Konsultacje:
KONTAKT Z PROWADZĄCYM
SPOSÓB ZALICZENIA PRZEDMIOTU
PUNKTY : OCENA
0 - 50 : 2
51 - 60 : 3,0
61 - 70 : 3,5
71 - 80 : 4,0
81 - 90 : 4,5
91 - 100 : 5,0
Egzamin w formie testu za 100 punktów.
3 terminy egzaminów:1 w sesji w czerwcu ,2 poprawkowe we wrześniu
1. Wstęp do elektroniki i energoelektroniki (19.02.2008)2. Półprzewodniki (26.02.2008)3. Złącze p-n, kontakt m-s (04.03.2008)4. Tranzystor bipolarny cz.I (11.03.2008)5. Tranzystor bipolarny cz.II (01.04.2008)6. Tranzystor polowy (08.04.2008)
Pozostałe tematy zostaną uzupełnione na stronie przedmiotu w późniejszym terminie
TEMATY WYKŁADÓW
LITERATURA
pod redakcją J. Baranowskiego 'Układy elektroniczne' tom I-IIIGuziński A. 'Liniowe elektroniczne układy analogowe'Filipkowski 'Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe'P. Horowitz, W. Hill, 'Sztuka elektroniki'B. Pióro, M. Pióro, 'Podstawy elektroniki' cz. 2P. E. Gray, C. L. Searle, 'Podstawy elektroniki'W. Marciniak 'Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone'U.Tietze, Ch.Schenk, 'Układy półprzewodnikowe'
Od piasku do krzemu
Od piasku do krzemu
Od krzemu do przetworzonej
Od krzemu do przetworzonej
płytkipłytki
mikroprocesor
mikroprocesor MOSFETMOSFET
Ten
wyk
ład
Ten
wyk
ład
prz
yrzą
dp
rzyr
ząd
O CZYM BĘDZIEMY MÓWIĆ ?
Jaki pożytek miałaby mieć moja firma z tej elektrycznej zabawki?
Prezydent Western Union, WILLIAM ORTON, odrzucając propozycję kupna upadającej firmy telefonicznej Alexandra Grahama Bella za 100000 USD.
Radio nie ma przyszłości.
LORD KELVIN, szkocki matematyk i fizyk, 1897
PRZEWIDYWANIE NIE JEST ŁATWE ...
Źródło: UC Berkeley School of Information Management and Systems
40,000 BCErysunki jaskiniowe
narzędzia z kościpismo
papier
druk
elektryczność, telefon
tranzystor
komputer
Internet(DARPA) web
GIG
AB
AJT
Y
2000 multimedia
1999 1½M
2000 3M
Tworzenie informacji do roku 2000
WZROST OBJĘTOŚCI INFORMACJI do 2000 roku
... i po następnych 2 latach
2001 6M
2002 12M
200324M
40,000 BCErysunki jaskiniowe
narzędzia z kości
GIG
AB
AJT
Y
2000 multimedia
2000 3M
pismopapier
druk
elektryczność, telefon
tranzystorkomputer
Internet(DARPA) web
Światowe zasoby informacji podwajają się co rok
93% nowej informacjitworzone jest
w postaci cyfrowej
DOSTĘP DO INFORMACJI ROŚNIE WYKŁADNICZO
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1990 1995 2000 2005
155 milionówkomputerówosobistych
330 milionówużytkowników
Internetu
1.5 miliarda użytkowników urządzeń
bezprzewodowych
[Miliony]
26,000komputerów
przesyłania fotonika, „radio”
przetwarzania mikroelektronika
przechowywania pamięci masowe
prezentacji techn. wyświetlania
Technologia Dziedzina
(4 x P)
O TEMPIE ROZWOJU TECHNIKINFORMACYJNYCH DECYDUJĄ
KAMIENIE MILOWE W ELEKTRONICE
Lee de ForestTrioda
Townes, Prochorow, BasowMaser, Maser, LaserLaser
Shockley, Brattain,Bardeen
Tranzystor bipolarny
1907
1947
1954
Pierwszy, germanowy tranzystor ostrzowy(Bell Laboratories)
Wynalazcy tranzystora:John Bardeen
Walter BrattainWilliam Shockley
1947 PIERWSZY TRANZYSTOR OSTRZOWY–
1958 PIERWSZY UKŁAD SCALONY–
Pierwszy, germanowy układ scalony.Zawierał pięć elementów:tranzystory, rezystory i
kondensatory
Pierwszy, krzemowy, planarny układ scalony. Zawierał 4
tranzystory i pięć rezystorów
Jack S. Kilby, Texas Instruments Robert N. Noyce, Fairchild
Tezeusz, mądra mysz elektromechaniczna, Claude'a
Shannona. Jeden z pierwszych eksperymentów
w dziedzinie sztucznej inteligencji.
„A Mathematical Theory of Communication” (1948)
cLAUDE SHANNON
Jako jeden z pierwszych Shannon twierdził, że ciągami zer i jedynek (bitów) da się opisać tekst, obraz i dźwięk.
WIA
DO
MO
ŚĆ
ŹR
ÓD
ŁÓ
IN
FO
RM
AC
JI
EN
KO
DE
R
DE
KO
DE
RD
EK
OD
ER
PR
ZE
ZN
AC
ZE
NIE
ŹRÓDŁOSZUMÓW
WIA
DO
MO
ŚĆ
SY
GN
AŁ
SY
GN
AŁ
O
DE
BR
AN
Y
SYSTEM KOMUNIKACYJNY SHANNONA
Technologia Tendencje wzrostuszybkość/gęstość - 2 razy co 18-24 miesiące
przepustowość transmisji - 2 razy co rok
pojemność pamięci - 2 razy co 9 miesięcy
liczba pikseli - 2 razy co 2 lata
pojemność kanału - 10-1000 razy co 5 lat
wielkość systemu operacyjnego - 2 razy co 2 lata
Układy scalone
Fotonika
Pamięć masowa
Wyświetlacze
Komunikacja bezprzewodowa
Oprogramowanie
FILARY WZROSTU INFRASTRUKTURYINFORAMCYJNEJ I KOMUNIKACYJNEJ
Dla rozwoju wszystkich technologii, z wyjątkiem oprogramowania, potrzebne są nowe materiały i przyrządy
1970 1980 1990 2000 2010
103
104
105
106
107
108
109
1010
40048086
80386
PentiumPro
Pentium 4
Itanium 2
Montecito
Liczba
tranzysto
rów
na ch
ipieprawo moore'a
“Prawo Moore'a” Liczba tranzystorów w IC rośnie wykładniczo
Fairchild1961
4 Tranzystory
HP1981
~ Miliona½
UKŁAD SCALONY: WIELE TRANZYSTORÓWPOŁĄCZONYCH ZE SOBĄ W JEDNYM CHIPIE
INTEL2002
~400 Milionów
Cray X-MP$8,000,00060.000 W
Bez wbudowanej grafikiŁącze Internetowe 56 Kbps
Sony PS2$4005 W
Interaktywna grafika 3DSzerokie pasmo w domu
Komputer do noszenia na (przy) sobie
$100<0,2 W
Wzbogacona rzeczywistość Szerokie pasmo bezprzewodowe
CO TAK NAPRAWDĘ OZNACZA prawa moore'a ?
1985 2000 2009
1.E-06
1.E-03
1.E+00
1.E+03
1.E+06
1.E+09
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
podwajanie co10 lat
podwajanie co3.2 roku
podwajanie co 1.4 roku
Op/sek/1000$
1.E+12
1.E+15
~2028
Osobisty komputer
OsobistyInternet
Osobistemultimedia
Internet 3D
„Mózg na biurku”
Petaflops/1000 $
??????
Moc
obl
icze
niow
a [o
pera
cje/
sek/
1000
$]
KONSEKWENCJE prawa moore'a
Zajmował pomieszczenie 10m x 17m 30 ton 174,000 Wat koszt: $486,000 w 1946
ENIAC From Vacuum Tubes to MicrochipHistory, Operation and Reconstruction in VLSI
Jan Van der SpiegelUniversity of Pennsylvania
ENIAC
ENIAC From Vacuum Tubes to MicrochipHistory, Operation and Reconstruction in VLSI
Jan Van der SpiegelUniversity of Pennsylvania
Wymiar charakterystyczny 0.5 mµ Rozmiary chipu: 7.44mm x 5.29 mm Liczba tranzystorów: 174,569 Obudowa: 132 pin PGA
ENIAC
CD 0.65 GB DVD (2x)4.7 GB Niebieski (2x)22.5 GB
Podłoże 1.2 mm Podłoże 0.6 mm Podłoże 0.1 mm
λ = 780 nm
NA = 0.450.65 GB
λ = 650 nm
NA = 0.64.7 GB
λ = 405 nm
NA = 0.8522.5 GB
Źródło: B. De Ruyter, ”Human factors in Sensor Networks”, PHILIPS, 2004
Mała plamka odczytowa osiągnięta przez:● Niebieski laser● Bardzo silne soczewki (NA = 0.85)● Cienką warstwę kryjącą
22.5 GB na jednej stronie dysku RW
PAMIĘĆ MASOWA
Wprowadzenie Wzrost Dojrzałość Nasycenie Zmierzch Zapomnienie
ANALOGOWABIPOLARNA
CMOS
BiCMOS
GaAs
SiGeSOI
Diament SiCGaN
S/LS TTL
ECL
HMOSNMOS
TTL
PMOS
CYKL ŻYCIOWY TECHNOLOGII
57 000Polon-210 w baterii nuklearnej**
850Tryt w baterii nuklearnej**
3Metanol w ogniwie paliwowym*
0.3Jony litu w baterii chemicznej
GĘSTOŚĆ ENERGII(miliwatogodzin/miligram)
TECHNOLOGIA
WYDAJNOŚĆ ENERGETYCZNA
*Zakładając sprawność 50%
**Zakładając sprawność 8% i 4 lata pracy
„NIEOGRANICZONE ŹRÓDŁO ENERGII”
A. Lal, J. Blanchard, The Daintiest Dynamos, IEEE Spectrum, Sept. 2004
Wielkość, cena Liczba
Wiele Wiele komputerówkomputerówdla dla każdegokażdego
JedenJeden komputer komputer(mainframe)(mainframe)
dla dla wieluwielu ludzi ludzi
Jeden Jeden komputerkomputer(PC) dla(PC) dlakażdegokażdego
F.Mattern, Ubiquitous Computing, ETH Zurich
UŻYCIE KOMPUTERÓW:WYRAŹNA TENDENCJA
Liczba
Gabaryty, cena
Wiele Wiele komputerówkomputerówdla dla każdegokażdego
Komputery wtopione w tło
WYRAŹNA TENDENCJA ...I CO DALEJ ?
Moduł Bluetooth port IrDA
LCD B/W 320x240
Panel dotykowy
Zaciski baterii
Mikrofon
3 przyciski
czujnik odcisków palca
Wibrator
Wyłącznik
Akcelerometrwewnętrzny
Głośnik piezo
W ostatnich latach urządzenia elektroniczne takie jak: telefony komórkowe, kamery, czy odtwarzacze CD, stają się inteligentne.
Oferują użytkownikowi nowe funkcje nieosiągalne do niedawna.
od Inteligentnych Urządzeń ...
Pić! Czas na obiad! Przytul
mnie
Kawa stygnie!
Wiadomość dla Lidki
Bateria rozładowana
Minął termin zwrotu
Ważna wiadomość
F.Mattern, Ubiquitous Computing, ETH Zurich
... po przedmioty codziennego użytku
MOŻLIWOŚCI MOŻLIWOŚCI MOŻLIWOŚCI
MATERIAŁY PRZYRZĄDY UKŁADY SYSTEMY
POTRZEBY POTRZEBY POTRZEBY
SOCSystem On Chip
INTEGRACJAWIEDZY
SKALAINTEGRACJI
Mikrosystemy
integracja
Druga rewolucja krzemowa: Systemy, które wiedzą gdzie są i co się wokół nich dzieje.
Ta wizja wymaga:• Nowych materiałów• Nowych technik produkcji• Nowych technik integracji
Mikrosystem
Myśląmikro-procesory,pamięci,ukł. ASIC
Działają
Aktuatory MEMS
Czują
czujniki,radary, GPS
Komunikują się
optycznie bezprzewodowo
Zasilają się Na podstawie:
Sandia National Laboratories
CO TO JEST MIKROSYSTEM
Opracowywane w MicroChips Inc. urządzenie do dostarczania leków jest krzemowym chipem o 100 lub więcej nanometrowych zbiorniczkach zawierających lekarstwo lub sensory biochemiczne.
KRZEMOWY FARMACEUTA