电子技术发展论文汇总十篇

时间:2023-03-27 16:31:43

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电子技术发展论文

篇(1)

1引言

综观人类社会发展的文明史,一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的,科学技术作为革命的力量,推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式,与材料和能源一起是人类社会的重要资源,但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用,更好地满足了人们对信息的需求;而网络化则使人们更为方便地交换信息,使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同,它具有极强的渗透性和基础性,它可以渗透和改造各种产业和行业,改变着人类的生产和生活方式,改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说,没有微电子技术的进步,就不可能有今天信息技术的蓬勃发展,微电子已经成为整个信息社会发展的基石。

50多年来微电子技术的发展历史,实际上就是不断创新的过程,这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验,而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时,每一项重大发明又都开拓出一个新的领域,带来了新的巨大市场,对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新,才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始,与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文,所以有人认为,1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代(siliconage)〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新,没有创新,社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”,但经过这种破坏后,又将开始一个新的处于更高层次的创新循环,社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。

在微电子技术发展的前50年,创新起到了决定性的作用,而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为:目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期,21世纪上半叶,也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面:以硅基CMOS电路为主流工艺;系统芯片(SystemOnAChip,SOC)为发展重点;量子电子器件和以分子(原子)自组装技术为基础的纳米电子学;与其他学科的结合诞生新的技术增长点,如MEMS,DNAChip等。

221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺

微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比,因此便要求提高芯片的集成度,这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例,沟道长度缩小可以提高集成电路的速度;同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸,提高集成度,从而在芯片上集成更多数目的晶体管,将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上;此外,随着集成度的提高,系统的速度和可靠性也大大提高,价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟,这样在器件尺寸缩小后,即使器件本身的性能没有提高,整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成电路发明以来,为了提高电子系统的性能,降低成本,微电子器件的特征尺寸不断缩小,加工精度不断提高,同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE.Moore1965年预言的摩尔定律,即每隔三年集成度增加4倍,特征尺寸缩小倍。在这期间,虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓,但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测,微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期,这是其它任何产业都无法与之比拟的。

现在,0.18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术,0.035微米乃至0.020微米的器件已在实验室中制备成功,研究工作已进入亚0.1微米技术阶段,相应的栅氧化层厚度只有2.0~1.0nm。预计到2010年,特征尺寸为0.05~0.07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。

21世纪,起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展;但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律,一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间,硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外,全世界数以万亿美元计的设备和技术投入,已使硅基工艺形成非常强大的产业能力;同时,长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步,成为自然界100多种元素之最,这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用,人们不会轻易放弃。

目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0.030~0.015微米的“极限”之后,将是硅技术时代的结束,这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外,还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展,这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术,很多著名的微电子学家也预测,微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域,它仍将保持快速发展趋势,就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。

随着器件的特征尺寸越来越小,不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题,究其原因,主要是:对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上,这些理论适合于描述微米量级的微电子器件,但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用;在材料体系上,SiO2栅介质材料、多晶硅/硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约,已无法满足亚50纳米器件及电路的需求;同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求,必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括:基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件,新型器件结构,高k栅介质材料和新型栅结构,电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀,SOI、GeSi/Si等与硅基工艺兼容的新型电路,低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。

3量子电子器件(QED)和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域

在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术,可称之为“scalingdown”,与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面:

(1)量子电子器件(QED—QuantumElectronDevice)这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动,由于系统能量的改变和库仑作用,一个电子进入到一个势阱,则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高;由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低;由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间,所以速度很快;且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难,特别是制造大量的一致性器件很困难;对环境高度敏感,可靠性难以保证;在室温工作时要求电容极小(αF),要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。

因此,目前可以认为它们的理论是清楚的,工艺有待于探索和突破。

(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列(QCA—Quantum-dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。

量子点阵列由量子点组成,至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快,功耗低,集成密度高。但难以制造,且对值置变化和大小改变都极为灵敏,0.05nm的变化可以造成单元工作失效。

以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强,可支持高密度电流,而热导性能类似于金刚石,能在高集成度时大大减小热耗散,性质类金属和半导体,特别是它有三种可能的杂交态,而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管(CNT)成为当前科研热点,从1991年发现以来,现在已有大量成果涌现,北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0.33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件,更难以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。

QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做,有待突破,离开实际应用还需较长时日!但这终究是一个诱人探索的领域,我们期待它们将创出一个新的天地。

4系统芯片(SystemOnAChip)是21世纪微电子技术发展的重点

在集成电路(IC)发展初期,电路设计都从器件的物理版图设计入手,后来出现了集成电路单元库(Cell-Lib),使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计,极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品,它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制,整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电路的要求越来越高,传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高,已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108-109个晶体管,而且随着微电子制造技术的发展,21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代(即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps,注:1G=109、1T=1012、bps:每秒传输数据位数)。

正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片(SystemOnAChip,简称SOC)概念。

系统芯片(SOC)与集成电路(IC)的设计思想是不同的,它是微电子设计领域的一场革命,它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似,它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。

SOC是从整个系统的角度出发,把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,在单个(或少数几个)芯片上完成整个系统的功能,它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下(Top-Down)的。很多研究表明,与IC组成的系统相比,由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况,可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0.35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下,能够相当于采用0.18~0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能;还有,与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l~2个数量级。

对于系统芯片(SOC)的发展,主要有三个关键的支持技术。

(1)软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论(FunctionalPartitionTheory),这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。

(2)IP模块库问题。IP模块有三种,即软核,主要是功能描述;固核,主要为结构设计;和硬核,基于工艺的物理设计、与工艺相关,并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础,在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线(Fabless)公司的基础上,90年代后期又出现了一些无芯片(Chipless)的公司,专门销售IP模块。

(3)模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术(gluelogictechnologies)和IP模块综合分析及其实现技术等。

微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前,SOC技术已经崭露头角,21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

在新一代系统芯片领域,需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革,例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中,由于射频、存储器件的加入,其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构,因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外,为了实现胶联逻辑(GlueLogic)新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。

5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点

微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点,这方面的典型例子便是MEMS(微机电系统)技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的,后者则是与生物工程技术结合的产物。

微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号,把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,发出指令并完成该指令。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。

MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具;微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护;信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用;同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子,可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,目前正处在技术发展时期,再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年,全世界MEMS的市场达到120到140亿美元,而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。

目前,MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期,其电路在今天看来是很简单的,应用也非常有限,以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资,促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度,对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动,形成了今天的双赢局面,带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强,单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步,最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业,从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。

当前MEMS系统能否取得更更大突破,取决于两方面的因素:第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展,使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统;第二是找准应用突破口,扬长避短,以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破,从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有:MEMS建模与设计方法学研究;三维微结构构造原理、方法、仿真及制造;微小尺度力学和热学研究;MEMS的表征与计量方法学;纳结构与集成技术等。

微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础,利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,并与工程技术相结合进行加工生产,它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点,正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微电子加工技术,可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况,这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽,然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段,该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA(脱氧核糖核酸)是生物学中最重要的一种物质,它包含有大量的生物遗传信息,DNA芯片的作用非常巨大,其应用领域也非常广泛:它不仅可以用于基因学研究、生物医学等,而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统,这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面,那时,生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。

目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术,在固体芯片表面构建的微分析单元和系统,以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。

6结语

在微电子学发展历程的前50年中,创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起,又提出了一系列新的课题,客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。

回顾20世纪后50年,展望21世纪前50年,即百年的微电子科学技术发展历程,使我们深切地感受到,世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇,也是一个严峻的挑战,如果我们能够抓住这个机遇,立足创新,去勇敢地迎接这个挑战,则有可能使我国微电子技术实现腾飞,在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权,促进我国微电子产业的发展,为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础,以重铸中华民族的辉煌!

参考文献

[1]S.M.SZE:LecturenoteatPekingUniversity,FourDecadesofDevelopmentsinMicroelectronics:Achievementsandchallenges.

[2]BobSchaller.TheOrigin,Natureandlmplicationof“Moore’sLaw”,.1996.

[3]张兴、郝一龙、李志宏、王阳元。跨世纪的新技术-微电子机械系统。电子科技导报,1999,4:2

篇(2)

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展,各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加,应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献:

[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998。

篇(3)

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展,各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加,应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998

篇(4)

2汽车电子技术领域新技术的发展应用趋势

2.1智能传感器技术

随着人民群众的需求发展,智能化传感器技术亟待普及。具体来讲,未来的汽车传感器应具有模拟和处理信号的功能、对信号放大和处理的功能、较强的抵抗外部电磁干扰的能力、自动进行校正功能等。

2.2多媒体娱乐与智能通讯系统

现阶段,随着智能交通系统的发展,信息通信技术和计算机网络技术应用的普及,交通指挥中心和司乘人员之间的通信已经很通畅,未来更多的应用将在网络导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动和远程救援等方面开展。汽车逐步将变成移动的工作和休闲娱乐场所。

2.3安全防护技术

安全防护设计软硬件两个方面。硬件安全性从耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等方面考虑,质量监控是主要手段。软件方面,软件漏洞的隐患与后果,如功能的缺失、安全威胁等。对车辆电子控制安全造成的威胁,主要从局部物理、远程和内部电子三个方面考虑。

3汽车电子技术的应用领域展望

(1)汽车整车系统总体控制。各功能单元通过总线进行通信,传输信息,接受中央控制单元的指令并执行特定的功能,使车辆行驶功能控制达到最佳水平。系统化还使汽车制造核心技术同时重视硬件和软件,由技术成熟者牵头各相关企业制定切实可行的通信协议,使得技术实力弱势的中小企业围绕强势的大公司,促使行业整体良性发展。

(2)功能模块化。各种技术进行系统集成化,使得汽车零部件产品功能模块化,便于企业之间采购和组装。以统一标准进行模块的集成和接口,标准化的配套和整车制造工艺统一,有利于产品质量得到有效控制。汽车电子技术应用于各个功能模块,使得所有功能模块协调控制,统一服务于整个车辆。电子零部件企业承担的职责将越来越大,汽车零部件产业在整个汽车工业中的作用和地位将越来越重要。

(3)高配成为标配。汽车电子技术新产品的应用变得普及。经过近些年的发展,实际应用。在未来汽车电子控制技术在汽车上将作为标准配置被使用。先如今,轮胎智能压力监测系统(TPMS)与ABS、安全气囊并称为汽车三大安全系统,仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在电子技术的发展和人民大众对汽车安全性的重视之下,不久的将来,这些东西很快会成为所有汽车的标准配置。现如今ABS已经普及。

(4)传感器技术的应用。在汽车的电子控制过程中,传感器技术的应用已经有了一定的基础。当前我国在高档车辆上开始逐步使用传感器技术用于辅助的驾驶防撞。另外在汽车驾驶考试过程中,传感器技术在考试各关键评分环节应用,但是在普通的民用环节还缺少物美价廉的更多产品。传感器相关产品必将在汽车电子技术相关产品的应用过程中起到较大作用,以促进车辆驾驶的智能化。

(5)“云计算”技术在自动驾驶领域应用。目前IT技术已经发展到了云时代。“云计算”可以把局部信息处理共享处理。未来汽车驾驶和控制突破“传感器-避障-目标-方向盘”的传统固有模式,使实现“目标-电子控制-方向盘-自动驾驶”完全有可能。而且“云计算”将大大提高导航功能,降低出行者在陌生地区出行的压力。

篇(5)

一辆捷达轿车。冷车启动困难,有时候要启动半个小时左右才能着车,着车后车辆抖动也比较厉害。需要将油门稳住,待发动机热了后,抖动才消失。热车后一切正常,加速也非常有力。

1.2诊断与排除过程

1.2.1第一次的诊断与排除过程

①首先调取故障码,用汽车故障诊断议诊断显示,曲轴位置传感器故障。②读取传感器数据,正常,再测量传感器电阻,正常,判断传感器没问题。③出现这个故障码是因为发动机启动多次不着车ECU储存的故障码,清除故障码。④无故障码,说明感应塞、传感器、线圈、电阻等电子原件所反映零部件的部位无故障。⑤检查高压线有火;检查火花塞有很浓的汽油味,说明该车冷车确实燃烧不好,火花塞跳火试验良好,说明点火系无故障。⑥拆下喷油嘴检查,雾化良好,并且无滴漏情况,说明喷油嘴正常;用LED灯检查喷油嘴信号,4个都正常,说明燃油供给系无故障。⑦检查气缸压力,发现缸压偏低,只有8KG左右,捷达车缸压在11KG左右,因此判断是因为冷车缸压不够引起冷车不好启动。经拆检,全部气门上都有很厚的积碳,而汽缸壁磨损情况良好。清除气门上的积碳,研磨好后装车,一次就启动了。至此,车的故障好像已经排除,维修完成。

1.2.2第二次诊断与排除过程

第二天,再次启动,竟然和头天维修前的情况一样,启动还是需要多次才能着车,说明故障没有排除。①再次检查缸压仍只有8KG左右,说明故障不是气门本身密封不严。②发动机工作时无烧机油现象,说明活塞环间隙、缸壁间隙正常。③故障排除到现在这个程度感觉已无从下手了,但是该车的故障是很明显地存在的。只是靠汽车故障诊断仪进行诊断已经不能解决问题,要找到故障、排除故障需要的不仅是检测设备,更需要使用的设备的维修师傅的经验积淀,如果仅仅会熟练使用诊断仪,至此也就只能束手无策了。仔细把上述故障诊断排除过程梳理了一遍,排除故障的步骤是对的,没有错误,但也没有找到故障的根源,故障根本不在电器、点火系、燃油供给系。在上述气缸压力检查中发现缸压低于正常值很多,只有8KG。再从该车的原理与结构上分析,该车是用的顶置凸轮轴,凸轮轴再通过凸轮及液压挺柱(筒)来驱动气门。故障可能出现在配气机构。④用替换法,将凸轮轴、液压挺柱(筒)更换上新的,启动发动机,一次性打着,至此,问题似乎又解决了。但是将车停了一夜,第三天再次启动发动机,又打不着了,又要启动很多次才能打着!说明原车的凸轮轴、液压挺柱(筒)没有问题,第二天的推理判断没有找准故障原因。①装回原车的凸轮轴、液压挺柱(筒)。换好了后再试着启动一下,居然一次就打着了,证明液压挺柱(筒)本身是没问题的,那为什么液压挺柱(筒)拆装了一次就能正常的启动一次,冷车启动就要多次?会不会是机油压力过高,让液压挺柱变高,让气门不能完全回位,与气门座圈之间产生间隙呢?液压挺柱(筒)是个机械零件,它的作用是:通过发动机的机油压力将机油压入它内部从而自动调整气门间隙,实现无间隙传动,以解决由于气门间隙的存在配气机构在工作时所产生的冲击和噪声。其工作原理是:发动机工作时,机油沿主油道供到气门挺柱,并充满柱塞内腔及高、低压腔的空腔内。当气门关闭时,机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞低压腔,并推开单向阀充入油缸的高压腔。压力弹簧使柱塞连同压合在挺柱体中的柱塞座上紧靠着挺柱体,使配气机构的间隙消失。当凸轮转到工作而使挺柱体向下移动时,柱塞随之挺柱体下移,于是柱塞下部空腔内的油压迅速升高,使单向阀关闭。由于液体的不可压缩性,整个挺柱便像一个刚体一样,按凸轮的运动规律,使气门开启、关闭。当油压过高或者气门受热膨胀时,将有少许油液经柱塞与挺柱体的间隙处漏出去。当气门开始关闭或冷却收缩时,柱塞所受压力减小,由于柱塞弹簧的作用,柱塞向上运动,始终保持与推杆的接触,同时柱塞下部高压腔产生真空度,于是,主油道的油压将再次推开单向阀,向高压腔内充油而再度充满整个挺柱内腔。通过上述液压挺柱的工作原理,推理得出:液压挺柱的高、低压腔在气门开始关闭或冷却收缩时充满着压力油,当压力油的压力符合要求时,气门就关闭的严密;如果压力油的压力高,甚至高出标准很多时,挺柱就会在压力的作用下顶开气门,气门就会关闭不严。把液压挺柱拆装一次后,液压挺柱内部多余的机油就泄掉了,挺柱就不会顶开气门了,气门密封就好了,缸压就正常了,发动机也好启动了。②检查机油压力,接上机油压力表,启动发动机,发现机油压力明显偏高,机油压力表上显示到最高位了。③拆检机油泵,发现机油泵内部的泄压阀有拉伤的痕迹。冷车的时候就卡住了,发动机热了以后,间隙正常了,就不会卡了,机油压力就正常,所以发动机冷车不好启动,热车一切正常。④更换机油泵,一次性启动。第二天再启动,也是一次性启动。此车故障彻底排除。

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本文作者:蔺坤哲工作单位:哈尔滨市东联电子技术开发有限公司

创业资金是创业成功的保证新技术的研究与开发需要很多的投资,资金的投资成为了科技型企业创业不可避免的直接支撑元素,新技术的研究与发展需要不断加强电子科技企业的生存与发展的道路,就必须给予充分的资金保障作为后续支援,电子科技企业的生存与发展依靠良好的资金基础,尤其是电子科技企业的初期发展阶段。创业者的综合能力强传统企业的经营与管理只是要求企业经营者具备管理能力与管理经验,然而科技企业的创业需要管理者具备管理、经验、技术、知识等多种能力,这些能力必须集合于一身,可以融会贯通,不仅仅要在技术上拥有指导能力,还要在企业的发展运营角度上具备战略指导的能力。员工要具有较高的文化程度和素质电子科技企业所需要的人才是多方面、多层次的,因为电子科技企业涉及到许多科学知识的运用,综合性强,因此需要知识复合型的人才。与一般企业相比,电子科技企业中的人员素质要求较高,不仅要求具有较高的文化水平,而且还需要具有较强的创新精神、风险意识和学习能力。在电子科技企业中最重要的是人才,创建电子科技企业可以没有十分雄厚的资金,但必须拥有人才,有人才才能创造技术,并可用知识换钱来发展企业,所以说没有一家成功的电子科技企业不重视人才的。

任何企业的创业都是一个复杂的创造性过程,就企业与环境的相互作用而言,电子科技企业所处外界环境的复杂多变尤其是技术进步迅速使得企业创业总是处于不可控制、难于把握、不断变动的环境之中,深圳电子科技企业的创业可以归结为创业者与环境间交互作用的结果。主要体现在企业与其外部环境在资源的需求与供给的有效匹配上,我们电子科技企业创业环境构成的三个子环境构建电子科技企业的创业环境体系并重点就技术,资金,人才,政策法规,社会文化等对深圳电子科技企业创业影响较大的方面进行论述。技术环境。技术环境主体主要是企业构成的技术研发环境和作为技术转移和扩散主体的技术市场。电子成果的生产能力要转化为现实的生产力还有赖于技术转移与扩散,它决定了电子成果转化的速度和效率。融资环境。上文中提到科技企业的发展主要依靠资本的支持,资本的支持对科技企业的发展带来了全新的发展动力,资本对于科技企业的创业来说是较为有效的支撑,对企业的运营带来了强有力的发展动力。人才环境。科技企业的创业需要知识型人才、技术型人才、管理型人才、经验型人才的综合体,这些人才对于科技型企业所能带来的作用是很大的,而且可以有效的推动科技型企业的创业发展,让科技型企业从无到有的走可持续发展道路。政策性与法规环境。科技型创业企业发展会面临许多法律法规问题,在这方面需要依赖于地方性的法律事务机构以及法律委托机构,可以全权委托律师事务所去办理相关法律性的问题,可以建立与地方政府的良好关系,帮助企业良好发展与运营,提高在政策性上的了解,方便于企业可以详细规划下一步的发展计划与战略规划。

科技型企业的创业环境中必须要与政府建立良好的关系,以确保政策的颁布与执行可以第一时间获得,而且可以向政府及时有效的反馈企业发展信息。文化环境。良好的社会文化氛围是创业企业的灵魂。营造深入人心,因势利导的文化环境可极大地促进人们对创业的激情。对于企业创业来说,文化环境主要是创业文化,即指社会对创业行为和价值所持的认同和倡导的态度以及由此形成的鼓励、推崇创业的氛围。制度环境其实与政策环境的注意事项不同,制度环境指的是企业本身的发展需要建立健全的制度,而政策发展指的是企业外部需要注意政府做出的哪些政策要求与发展规划,政府在支持科技型企业的发展过程中会特别注意科技型企业本身的制度是否完善,这也是政府做出政策性要求和颁布措施中的一个重要参考依据,因此企业在发展过程中必须要加强自身的制度发展,不断改善制度发展的不足和缺点,完善制度中的漏洞,科技型企业管理者要主动了解企业内部存在的不足,认真分析企业的发展动力和内部员工的发展认识能力,积极的了解企业经营管理本身存在的问题和缺点,将技术人员的管理与经验型员工的管理分开,并且保证企业内部的劳动力资源处于充沛阶段,而且对于开发市场也要有一定的深入了解,可以把握市场的发展规律。

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自上世纪70年代初美国家庭影院(HBO)开播以来,付费电视在国外己经存在了30多年。数字付费电视在全球范围内已经是一种成熟、普遍的商业模式,成为发达国家电视业收入的重要来源。随着社会信息化程度的进一步深入,近年来兴起的网络电视、移动电视等新兴媒体,正以不可阻挡之势步步深入百姓生活,我国模拟电视时代的光环在渐渐退去,可以说“中国的电视也已过了而立之年”。

一、数字付费电视的定义

数字电视(DTV)数字电视的概念则相对于传统的模拟电视,是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视,是在数字技术基础上把电视节目转换成为数字信息,以码流形式进行传播的数字形态,综合了数字压缩、多路复用、纠错掩错、调制解调等多种先进技术。数字付费电视=数字电视+付费电视在很多发达国家,在模拟电视时代就有了付费电视频道。付费电视(PayTV)付费电视是相对于免费电视而言的,在我国仍是个新事物。付费电视特指的是“付费节目和付费频道”,是除有线电视维护费用之外的,通过收费来选择节目服务。数字付费电视就是“数字电视+付费电视”,最大的特点就是用户收看电视期间可以自主选择自己喜欢的电视节目而不受到广告的干扰,使人们由被动收看变为主动选择。数字电视与模拟技术相对应,从技术特征讲是指电视节目的采集、制作、编辑、播出、传输、接收的全过程都采用数字技术。与原来的模拟电视相比,数字电视有高清晰的电视画面,可与DVD相媲美;有优质的音响效果,伴音更趋逼真;有抗干扰功能,数字电视受其它电器的干扰很小,因此画面稳定。以前,我国没有付费电视产品,也没有真正意义上的付费电视用户。随着数字技术的使用,很多模拟的付费电视改用数字播出,就成了数字付费电视频道。数字电视广义上讲是技术概念,付费电视是商业概念,“数字付费电视等于把数字电视和付费电视的优点全部集中起来,使我们坐在家中可以享受高品质、个性化的电视节目。

二、数字付费电视的现状

在十几年前,数字电视之于中国电视业的转型和发展对于中国电视业主管部门和从业者来说还没有概念:仅仅在五年前,“数字电视”这个概念还仅仅处于信息技术讨论层面;而在今天,无论是国家广电总局及各级广电主管部门,还是电视台/影视制作公司,甚至普通市民都在关心和议论“数字电视”的影响和发展问题。目前中央和各省的卫视节目已近50套,加上各省各市的其他节目,基本节目已超出了60套,同时,总局已批准开办68套数字付费电视、9套数字广播节目,还有几十套数字付费节目正在审核。为推进中国有线电视数字化进程,加快建立有线数字电视技术新体系,根据《广播影视科技“十五”计划和2010年远景规划》,国家广电总局日前了《我国有线电视向数字化过渡时间表》。今年要达到主要城市将普及数字HDTV的商用播出,北京奥运会将以数字HDTV方式向全世界转播;东部地区县以上城市、中部地区地(市)级城市和大部分县级城市、西部地区部分地(市)级以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。到2010年,要全面实现数字广播电视,即中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。到2015年,停止模拟广播电视的播出,西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。中国付费广播电视是随着有线电视数字化进程而发展的。目前,在49个经济实力较强、有线电视网络基础较好的重点城市,数字化试点工作正在稳步推进,数字机顶盒推广工作有了新的进展,付费广播电视频道的推广、销售工作也已经启动。目前,49个试点城市中已经有41个启动了整体转换。如杭州己经提前完成了市区的有线电视数字化整体转换,成为继青岛之后实现数字电视整体转换的城市,并打算在两年半时间内实现70万有线电视用户“模转数”的整体平移,并在2008年全部完成杭州市的电视数字化改造工作。

三、数字付费电视的前景

在广电总局提出的“数字发展年”和“产业发展年”的主题下,数字付费电视目前发展趋势良好。随着中央电视台数字付费频道的正式开播,我国付费电视将正式进军电视消费市场。从2002年到2015年,国内数字电视市场规模将由400亿元扩张到5000亿元,2010年中国数字电视机顶盒市场规模将达到2050万台,其中蕴藏的市场机会超过万亿元。而整个数字电视产业的规模预计将达到1.5万亿元,市场潜力不可估量。在未来的10年内,中国的数字电视必将得到长足发展,由此带动的产业链市场价值更是以千亿元计算。数字电视将带来一场深刻的革命,这不仅仅是技术革命,而且将带来广播电视运营体制管理方式以及用户收听收看方式的根本性变革,甚至对整个信息产业的发展产生深远影响。有关数据统计显示,目前上海数字付费电视的用户已超过3万户,短期内有望突破5万户,全国到去年底城市数字电视机顶盒用户达200万,SiTV的数字频道信号已覆盖全国22个省市的3000万用户,其中数字付费电视全国用户达24.5万,每套节目的市场平均价位则在30元/月。但这个数据与全球数字付费电视还是存在明显的差距。据知名的咨询机构In-Stat/MDR的研究报告显示,目前全球的数字付费电视用户数为6100万,预测到2008年用户数将新增4000万,并有望在今后几年实现高额赢利,2008年全球这一市场收入将达到700亿美元。

数字电视可以为家电企业带来新的机遇。有人预计,数字电视可以为家电企业带来至少两万亿元的市场规模。这么巨大的产业规模无疑会刺激中国经济的旺盛发展。新技术产品通常具有宽裕的利润空间,这对于利润越来越薄的家电行业来说不亚于雪中送炭。这么有利于国民经济的事情政府当然不会不考虑,不会不关心。中国电视节目的生产能力还非常低下。因此,在市场条件下,政府应该负责的是,为行业的发展制定公平合理的规则,充分调动各方的参与积极性。就中国的现状来看,尽快打通电信和广电之间的壁垒已成当务之急。数字电视本身就是融合了电视和电信技术和业务的崭新行业。如果这个壁垒不被打破,内容服务商的积极性就提不高。接入服务商应该致力于扩大覆盖面。只有覆盖面扩大了,付费数字电视的规模才有可能大起来,你的服务才有竞争力。电信也好,有线也好,千万不要满足于自己目前这种行业内的垄断。壁垒迟早要打破,竞争早晚要进来,因为这是市场的要求。投资商一定要有耐心。每个投资商都希望尽快得到回报,但是不同的产业有不同的周期。媒介产业基本属于投入资本高,回报周期长的一类。

参考文献:

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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)11-0138-02

一、介绍

光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术,涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域,是未来社会发展和进步的核心技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛,而且也是未来信息技术中的重要推动力量,它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容,如:光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论,它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。

光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后,其技术水平和工程应用技术取得了很多突破,在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用,光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前,国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中,许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向,将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。

因此,光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识,也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。

二、课程特点及专业培养目标

光电子学基础是整个专业中的基础专业课程,在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用,也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际,注重对学习者能力的培养,重点培养学生综合分析、解决问题能力,为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。

我们的培养目标为:培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能,德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才,使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此,基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点,我们在教学过程中进行了改革探索。

三、教学改革探索

1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要,从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发,研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件,重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上,对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解,同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说,既是基本的原理内容,但又是滞后的技术,若授课时只是按照教材内容讲解,往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果,易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此,在教学过程中补充和及时更新教学内容,增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求,从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向,培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时,要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解,结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解,使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景,对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨,尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文,指导学生学习专业词汇,在课堂中进行讲解,开阔同学们的视野,引导学生进行初步科研潜力的培养和学习,调动学生的积极性,引导他们进行文献学习,进一步了解国外光电子技术的发展现状,激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点,系统规划、组织,实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点,在课程内容上跟上市场技术需求,结合本地区经济发展的实际情况,培养既有专业知识和跨学科知识,又有极强的实际操作能力、适应性强的学生,全面提升学生的理论素养和实践能力,增强学生在未来光电子产业上的竞争力。

2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学,利用多媒体课件在表达上形象直观、方便,在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示,还能节约课程上的时间,从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容,较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件,充分利用网络上丰富的信息资源,并与兄弟院校的老师展开课程教学交流,共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时,利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》,开展光电子技术专题研究,如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等,既能强化学生所学的基础理论,又能激发学习兴趣,培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中,提前打下科学研究基础。③在方法改革中,在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师,帮助学生制定合理的研究计划,选择合适的研究方案和方法,积极发动研究光电子技术的老师,为这些同学们提供必要的实验条件,由学生自己动手去实验,考证研究方法和方案,来寻求实验结果中的答案。这时,教师起到的是一个组织者的角色,指导、规范学生的探索过程。这样的过程,不仅仅是要让学生学量的知识,更重要的是要学习科学研究的过程或方法。

3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中,本来并没有设置时间环节,而且多数放置在大三或大四学习,实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合,先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节,开设具体的、有针对性的实验内容,让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上,开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上,结合地方实际,联系相关光电子产业中的企业,组织学生进行参观学习,从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际,再从实验实际再到光电子技术,从光电子技术再到光电子商品的过程,能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中,从而更能培养和激发学生兴趣,也能将培养目标中的产业式人才完成,弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。

4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中,把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合,培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来,我们在教学过程和专业培养中,存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象,造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程,极大地激发和培养学生的学习兴趣,为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中,我们培养的本科毕业生就业率95%以上,该专业毕业生考研成功率30%以上,使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围,形成了争赶超的局面。同时,针对光信息科学和工程专业的学生,我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养,增加了企业参观及动手实践等环节,同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性,从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。

参考文献:

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[2]张向华.专业课教学应遵循的教学规律[J].辽宁教育学院学报,2014,(4):71.

[3]陈小刚,陈俊风,林善明.《光电子技术》课程设计改革的探索[A].光电技术与系统文选[C].2005.

[4]梁红兵.提速光电子技术与产业[N].中国电子报,2001.

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社会的发展因为高新电子技术的出现迎来了黄金时期,其中,计算机技术的作用尤其突出,他与以往的生产力完全不同,而应该在另一个层面进行解释,对科学技术的应用已经占据了生产力的主流。比如,创新性和战略性是旧式的生产力所不具备的,超高的辐射性和人工智能技术同样是本世纪的新兴产物,作为一种新的的生产力,他是人们的生产和生活方式产生了翻天覆地的变化,丰富了业余生活,使电视可以连接网络使用,而告别了楼顶电线杆的时代,这都大大提高了人们的生活质量,是电子技术发展史上里程碑式的标志。本文在这个方面探讨电子技术在电视媒体中的应用以及对电视媒体的影响。

1电子技术与电子计算机技术的发展

1946年,世界上第一台计算机在美国诞生,从20世纪50年代以后,计算机的应用就逐渐蔓延开来,它既包含了物理逻辑学的严谨,又赶上了电子技术飞速发展的时代,于是在仅仅几十年的时间就全球普及。电子技术经过六十多年的发展,从最初的电子管计算机,到晶体管计算机、小规模集成电路计算机、大规模与超大规模集成电路计算机,最后是网络计算机。更新换代程度越来越频繁,技术越来越先进,计算机的运算速度得到了大大的提高,包含的程序和功能越来越多,现阶段已经到了研发纳米级的程度了,其运行速度已经超越前面任何一个阶段的速度,到了纳秒以下。越来越多的生活领域应用到这项技术,对人类生活的提高文明的进步产生了极大的影响。

2电子技术在电视媒体中的应用

电视媒体的发展依靠于电子技术的发展,上文提到,网络电子通信技术为多媒体电视的发展提供了强有力的技术支持,电视媒体的信息传播依赖于网络通讯技术,因此人们生活水平的提高离不开电子通信技术的发展。近些年的电视媒体越来越多姿多彩,形式新颖,足够吸引人的眼球,高传播性同样可以使它的影响范围大大加强。首先,电视应用的信号离不开卫星传播,加强地面覆盖建设,可以使信号覆盖范围大大加强,同时,媒体间的良性竞争也有利于推动技术的发展。其次,有线电视的发展得到了大力推动。因为原有的电视通讯传输介质是电缆,电缆的传输条件并不好,传输途中会损失掉好多电视信号,因此近些年光缆一出现,就迅速替代了电缆作为媒体传输介质。当前电视媒体的传播形式主要有三,一是有线电视,二是卫星信号,三是网络电视。其中有线电视的特点十分独特:(1)频道内容丰富,采用卫星信号传输,无线网络传播,因此多媒体音质,画质都达到了现有技术的最高水平,能同时传送多达120套电视节目。预计未来可以同时传播多达500套电视节目。(2)光缆信号稳定,受干扰性小之又小,播出质量可以保证。(3)光缆的特征可以将信号双向传输,不仅可以连接有线电视,还能将网络引入到电视中来,电视上可以点播网络节目观看,扩大了电视媒体功能领域。

3电子技术在电视媒体发展中的作用

3.1电子技术的发展提高了媒体创作与媒体接收设备质量

电视媒体的发展是媒体技术的整体发展,环环相扣,都是必不可少的。每个环节都是为了将媒体技术向更高的技术水平推进,朝着数字化,动力化,智能化发展。电子元件的发展是整个发展过程的先决条件,只有基础设施完备,才能将技术发展推进到更高的发展水平。创新研发能力越强,技术进步就越大。当前电视媒体技术已实现了五个转变:(1)电视摄像器材由摄像管向CCD的转变。(2)电视录像器材同3/4模拟分量向1/2模拟分量转变;(3)ENG由分体式向一体化转变;(4)播出方式从计算机控制人工上带的半自动化播出向计算机控制机械手上带的全自动播出方式转变;(5)从模拟播出系统向数字播出系统转变。新技术还不断丰富着新闻媒介的报道手法,开拓着新闻媒介的业务领域。如利用先进的传送设备进行现场报道。

3.2电子技术拓展电视媒体功能

技术的发展使得元器件的功能和作用都得到了很大程度的拓展,网络电视和智能电视机的出现就是很好的佐证,利用技术进步制造出电视制式之间的相互兼容,通过模拟分量技术将数字信号间的传输变得更快,新型的传输媒介的使用为传输速度提供了更优质的渠道,在各方面共同作用下,我们才能在家里享受丰富多彩的电视节目,提高了生活水平。在电视节目制作中,我们不再采用以往的媒体工作模式,电视节目的播出时间段和组织方式也随着时代的发展在变化,节目越来越“接地气”,追求高收视率,这就需要网络技术和电视技术的多方面配合,是的多媒体技术更能满足人们的日常需求,由单一模式变为多样模式。

3.3电子技术的发展对电视新闻传播的有效影响

电子技术的高速发展有效地拉近时间和空间的距离。时间与空间不再是限制人们的桎梏,而是超越了时空的界限,今天可以收看昨天的电视节目,而大规模的传播特性也可以坐在家里收看大洋彼岸的实况直播。随着电子技术和无线网络传输技术的发展,无论是在什么地方,什么场合中都可以将现场的情况真实有效及时的传送到电视观众面前。另一方面,电子技术的以展改进了图像符号。使图像更清晰,音质更保真,近些年出现的3D,4D技术就是多媒体的进步,具有强烈的现场感。同时在字幕制作特效方面,电子技术的发展也为其提供了技术支持。通过图像,音效与特效三者结合,极大了发挥了电视新闻的传播效果。同时,录像机,摄像机的发明和使用,也有效的节约了人力和物力的,提高了工作效率。

参考文献

[1]顾涛.数字技术的发展对电视媒体的影响研究[J].大连理工大学硕士毕业论文.

[2]孙彬.消费电子技术发展对广播影视新媒体的影响[J].消费电子.

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【关键词】电子科技 风险 分析

电子科技作为第三次科技革命的标志,一直引导着各行各业的改革与发展。工业中的机器已经很大程度上实现了电子控制,交通管理中信号灯以及摄像头的应用将交通警察从烈日与严寒中解放了出来,学校的教育依靠着多媒体的技术已经实现了大规模的进步,就连之前我们一直发愁的火车票业务也通过电子计算机和网络系统实现了网上买票。所有这些,都是拜电子科技的发展所赐。然而,在我们享受这些便利的时候,我们越来越清楚地认识到,电子化和信息化并不是十全十美的,个人隐私的透明化、个人信息的泄露以及个人财产的安全问题成为了人们日益关注的话题,这就是电子科技发展过程中为我们带来的风险,同时也是电子技术本身发展的风险。

1 电子技术对个人隐私的公开化风险

现代社会的快捷将人与人之间的关系拉的更近,信息的网络化使得我们可以足不出户就能够了解全世界此刻正在发生的事情。然而,就在我我们方便的了解到别人的故事时,很多人开始担心,个人的隐私已经无时无刻的不面临着暴漏在公众视野下的危险。电子技术的发展首先使得记录工具比如录音机和摄像机变得异常的先进与方便使用。可以说,在现代社会电子科技如此发达的社会,个人正在慢慢地变得透明,始终能够感觉到有一双眼睛在自己的背后。

对安全的考虑牺牲了我们对自由的向往,已经引起了很多学者的思考。电子科技带给人类的风险,就是个人的生活已经被迫融入到集体中去,任何人都仿佛置身于一个玻璃的房间当中,个人的隐私已经完全得不到保障,这种情况在一定程度上令人恐惧。不幸的是,随着经济的发展和每个人个性的崛起,整个社会正在变得越来越复杂,人与人之间的互相信任也变得越来越浅薄。为了安全,我们必须要加装更多的摄像头和监控设备,这不仅是出了事情我们可以迅速找到证据,而且对于很多不良分子起到震慑的作用。这样一来,个人的隐私就越来得不到保障了,这样带来的其实是另一个层面上的恐惧,并且这种恐惧无论如何使无法用电子科学的方法进行解决的。社会将其中的每个人互相联系了起来,但是每个人除了具有社会性也就是公众形象,同业也具有私下的个人形象。个人的生活习惯、个人的兴趣爱好,很多人是不愿意进行公开的,但是在无孔不入的电子信息时代,这一点是十分困难的,这就是我们现代人的悲哀,解决心理上的安全与身体上的安全之间的平衡,是需要大智慧才能够做到的。

2 电子技术漏洞对于个人信息的泄露

电子信息在发展的过程中,系统的漏洞为人们带来越来越大的损失。手机号、银行卡号以及密码全部存在于大的依据电子技术发展起来的存储器上,而这些存储器的保密效果的确是不敢恭维的。无论系统运用这样的加密技术,总是能够被一些不法之徒攻破。历史上著名的黑客通过对电子技术的应用曾经对整个社会的经济系统或者军事系统造成过巨大的伤害或者威胁,更别说个人的信息了。目前屡禁不止的垃圾短信和骚扰电话,使得我们都开始怀疑电子技术为我们带来的是方便还是骚扰。计算机云技术的发展使我们的个人信息变得更加的集中,那么对于用心不良的人来说,这是更好的机会去盗取别人的电话号码、邮箱号或者一些在公共空间使用的一些聊天账号等。由于手机基站的搭建十分简单,很容易在一个区域范围内进行垃圾短息的强制发放,使得很多人虽然咬牙切齿但是又无可奈何。个人账号合格手机号的泄露导致铺天盖地的推销广告和垃圾短信,一些不法分子通过电话或者短信诈骗的方式欺骗一些电子信息技术了解不多的人,这样的事件还时有爆出,使人们对于电子信息技术的安全性提高了警惕。这种情况下我们屡见不鲜,并且很难找到充分的证据来对这种违法犯罪进行指控。对于这部分的犯罪目前虽然已经有侦破的可能,但是要彻底杜绝这种现象的发生,仍然是一件任重而道远的事情。尤其是在这个复杂的社会,大的网络公司和游戏公司对于用户信息的大规模泄露事件时常发生,尤其是身份证号等重要信息的泄露为个人的安全带来了不小的威胁,十分值得人们关注。

3 电子技术对于财产安全的风险

银行系统作为现代商业和工业的资金来源和储备的地方,对于电子系统的依赖越来越强,的确为人们的生活带来了很大的方便。就如同个人信息泄露的情况类似,背靠电子系统的银行系统的漏洞一旦被攻破,信息化越是发达,造成的损失就会越大。近些年来,电子商务的高速发展使得这一问题变得更加地严峻。由于各种的原因电子商务参与者面临财产等经济利益的风险,前者包括客户的银行资金被盗、交易者被冒名或者财产别窃取等,后者比如信息的泄露、丢失、使企业的信誉受损等,都对当事人造成不可挽回的损失。造成财产安全的问题有多个来源。首先是硬件层面的问题,包括硬件和软件未及时升级以及各种系统在设计的时候不可避免的漏洞,第二个原因是应用层面,包括相关管理人员的素质、消费者对于电子商务知识的贫乏以及网络攻击和商业欺诈等违法犯罪的行为。根据国家计算机病毒应急处理中心的统计,去年我国发现的计算机病毒有80%以上是以窃取信息等经济利益为目的的,这些网络攻击行为可能导致企业和个人的信息被盗,资金被窃取,也可能导致企业电子商务系统效率下降甚至崩溃。

归根结底,造成电子信息技术发展过程中的风险问题在很大程度上是人们对于电子信息时代下对于生活方式转变太快带来的不适应和管理制度不完善造成的。科学的发展是不可阻挡的,我们只有转变自己的观念,同时着力建设更加有效严格的管理体制,才能从根本上对这些风险进行监控和制止。

4 总结

电子信息技术在发展的过程中,由于各种原因为我们的生活带来了一些不便,包括个人的隐私的泄露、个人信息的泄露以及个人财产受到的威胁等。科学的问题应该用科学的方法来解决,同时也要求我们全体公民对电子技术进行积极地了解,从心态的转变和管理的层面对电子信息技术带来的风险进行客观地认识和有效地遏制。

参考文献

[1]张雷.电子数据及其使用规则研究[D].南京大学硕士研究生学位论文,2010.

[2]杨利.当今金融电子产品行业的发展中的问题与对策探析[D].西南财经大学硕士研究生学位论文,2011(10).

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