無線電波的發(fā)射和接收電視、雷達擴展資料

1、無線電波的發(fā)射和接收電視、雷達擴展資料麥克斯韋麥克斯韋（James Clerk Maxwell，18311879），英國物理學(xué)家，經(jīng)典電磁理論的奠基人1831年6月13日出生于愛丁堡1847年入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)他很重視實驗，涉獵電化學(xué)、光學(xué)、分子物理學(xué)以及機械工程等等他說：“把數(shù)學(xué)分析和實驗研究聯(lián)合使用得到的物理科學(xué)知識，比之一個單純的實驗人員或單純的數(shù)學(xué)家所具有的知識更加堅實、有益而牢固” 1850年考入劍橋大學(xué)，1854年以優(yōu)異成績畢業(yè)并獲得了學(xué)位，留校工作1856年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學(xué)院的自然哲學(xué)講座教授，直到1874年經(jīng)法拉第舉薦，自1860年起任倫敦皇家學(xué)院的物理學(xué)和

2、天文學(xué)教授1871年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪什實驗室，隨后被任命在劍橋大學(xué)創(chuàng)辦卡文迪什實驗室并擔(dān)任第一任負(fù)責(zé)人1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲麥克斯韋一生從事過多方面的物理學(xué)研究工作，最杰出的貢獻是在經(jīng)典電磁理論方面在劍橋讀書期間，麥克斯韋在讀法拉第的電學(xué)實驗研究時，被書中的新穎見解所吸引，他敏銳地領(lǐng)會到了法拉第的“力線”和“場”的概念的重要性他注意到全書竟然無一數(shù)學(xué)公式，說明法拉第的學(xué)說還缺乏嚴(yán)密的理論形式在老師威廉湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，決心用自己的數(shù)學(xué)才能來彌補法拉第工作的這一缺陷1855年他發(fā)表了第一篇論文論法拉第的力線，把法拉第的直視力學(xué)圖象用數(shù)學(xué)形式表達了出來，文

3、中給出了電流和磁場之間的微分關(guān)系式1861年，麥克斯韋深入分析了變化磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，獨創(chuàng)性地提出了“分子渦旋”和“位移電流”兩個著名假設(shè)這些內(nèi)容發(fā)表在1862年的第二篇論文論物理力線中這兩個假設(shè)已不僅僅是法拉第成果的數(shù)學(xué)反映，而是對法拉第電磁學(xué)作出了實質(zhì)性的增補1864年12月8日，麥克斯韋在英國皇家學(xué)會的集會上宣讀了題為電磁場的動力學(xué)理論的重要論文對以前有關(guān)電磁現(xiàn)象和理論進行了系統(tǒng)的概括和總結(jié)，提出了聯(lián)系著電荷、電流和電場、磁場的基本微分方程組該方程組后來經(jīng)HR赫茲、O亥維賽和HA洛倫茲等人整理和改寫，就成了作為經(jīng)典電動力學(xué)主要基礎(chǔ)的麥克斯韋方程組這理論所宣告的一個直接的推論在科學(xué)

4、史上具有重要意義，即預(yù)言了電磁波的存在交變的電磁場以光速和橫波的形式在空間傳播，這就是電磁波；光就是一種可見的電磁波電、磁、光的統(tǒng)一，被認(rèn)為是19世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的綜合之一1888年，麥克斯韋的預(yù)言被赫茲所證實1865年以后，麥克斯韋利用因病離職休養(yǎng)的時間，系統(tǒng)地總結(jié)了近百年來電磁學(xué)研究的成果，于1873年出版了他的巨著電磁理論。這部科學(xué)名著，內(nèi)容豐富、形式完備，體現(xiàn)出理論和實驗的一致性，被認(rèn)為可以和牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理交相輝映麥克斯韋的電磁理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一麥克斯韋興趣廣泛，才智過人，不但是建立各種模型來類比不同物理現(xiàn)象的能手，更是運用數(shù)學(xué)工具來分析物理問題的大師在其他領(lǐng)

5、域中，他也做出了不少貢獻1859年，他用統(tǒng)計方法導(dǎo)出了處于熱平衡態(tài)中的氣體分子的“麥克斯韋速率分布律”他還用數(shù)學(xué)方法證明了土星環(huán)是由一群離散的衛(wèi)星聚集而成的，該項研究的論文獲得亞當(dāng)斯獎在論文中他運用了200多個方程，由此可見他駕馭數(shù)學(xué)的高超能力！在色視覺方面，他提出了三原色理論，首先提出了實現(xiàn)彩色攝影的具體方案他設(shè)計的“色陀螺”獲得皇家學(xué)會的獎?wù)蔓溈怂鬼f在他生命的最后幾年里，花費了很大氣力整理和出版卡文迪什的遺稿以及創(chuàng)建卡文迪什實驗室，為人類留下又一筆珍貴的科學(xué)遺產(chǎn)無線電發(fā)展簡史無線電電子學(xué)是在早期電磁學(xué)和電工學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是利用電磁波作為信息載體加以傳播的一門科學(xué)技術(shù)（1）準(zhǔn)備條件早

6、在1865年，麥克斯韋從電磁理論研究中就預(yù)言電磁波能以波的形式向外傳播，其速度與光速相同1887年德國物理學(xué)家赫茲以著名的電火花放電實驗證明了麥克斯韋的預(yù)言他們的科學(xué)成果，為無線電通訊技術(shù)的興起作了理論上和實驗上的準(zhǔn)備與此同時，愛迪生在研究如何延長碳絲白熾燈的壽命時，意外地發(fā)現(xiàn)了在燈絲與加有正電壓的電極間有電流通過，而電極為負(fù)壓時則無電流，這種熱電子發(fā)射效應(yīng)當(dāng)時稱作愛迪生效應(yīng)，這一效應(yīng)為后來電子管的發(fā)明準(zhǔn)備了條件在此以前，美國莫爾斯在1837、1838年發(fā)明電磁式電報機和點劃組合的莫爾斯電碼，1844年建成了從華盛頓到巴爾的摩的電報線路；貝爾1876年試驗電話通話成功，1878年發(fā)展為波士頓與

7、紐約間的長途通話（300 km）所有這些，都為無線電電子學(xué)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用準(zhǔn)備了充分條件（2）馬可尼與波波夫1890年法國物理學(xué)家布蘭利改進了赫茲的電波接收裝置，能在140 m以外探測到赫茲電波英國物理學(xué)家洛奇發(fā)明粉末檢波器，改進電路，在800 m外成功地接收到用莫爾斯電碼發(fā)送的信號最有影響的要屬意大利人馬可尼的工作1895年，他在大量成功的無線電發(fā)送接收實驗中發(fā)明了天地線裝置，改進了發(fā)射機與接收機，利用當(dāng)時僅有的金屬檢波器，有效地把無線電傳播距離增加到2.8 km 1896年，電波已能飛越英吉利海峽（45英里）， 1901年又首次完成了橫渡大西洋（3200 km）的試驗，由此誕生了無線電報1

8、899年，德國人布勞恩還研制出一套能夠調(diào)諧的接收系統(tǒng)，既能排除干擾，又大大提高了靈敏度，從根本上改進了馬可尼的無線電系統(tǒng)為此，馬可尼和布勞恩共同獲得1909年諾貝爾物理學(xué)獎金與此同時，俄國物理學(xué)家波波夫也對無線電通訊做出重要貢獻1895年他發(fā)表了論文，并公開表演了他制作的“雷電指示器”，實際上就是一臺無線電接收機；1896年又成功地表演了無線電電報，傳播距離250 m，傳送的第一個電文就是“赫茲”他長期致力于航海的無線電通訊，并在救援阿非利加號軍艦觸礁中發(fā)揮了實際效用，到1900年通信距離已達45 km（3）三極管的誕生與電子技術(shù)的突破早期的無線電通訊，由于缺乏相應(yīng)的電子元件，只能限于短距離的

9、符號通訊，發(fā)展受到限制1904年英國工程師弗萊明利用熱電子發(fā)射效應(yīng)，發(fā)明了熱電子真空二極管，可用來檢測無線電信號，有靈敏的檢波整流作用1906年美國德福雷斯特制成真空三極管，具有放大與控制作用，并可用于發(fā)生高頻振蕩信號，從而代替了電火花發(fā)生器和高頻交流發(fā)電機，成為無線電技術(shù)中最基本、最關(guān)鍵的電真空器件并為無線電技術(shù)由長波向短波發(fā)展提供了條件1906年圣誕節(jié)前夕，美國費森登利用50 kHz發(fā)電機作發(fā)射機，用微音器直接串入天線實現(xiàn)調(diào)制，首次完成用無線電波從波士頓傳送語言和音樂的實驗，使大西洋航船上的報務(wù)員能夠聽到，創(chuàng)立了現(xiàn)代意義的無線電廣播三權(quán)管的運用，大大促進了無線電波的發(fā)射和接收第一次世界大戰(zhàn)

10、推動了通訊技術(shù)1913年美國電工學(xué)家阿姆斯特朗設(shè)計出再生式放大線路，1919年又設(shè)計出超外差式接收機同時，哈特萊等先后改進了振蕩電路，無線電廣播與收音機迅速發(fā)展1919年，第一個定時廣播電臺在英國建成1920年，美國匹茨堡建成了第一座商業(yè)電臺（KDKA），第一天播音時把當(dāng)天總統(tǒng)競選結(jié)果立即告知人們，獲得巨大成功1926年美國組成世界上第一個全國廣播網(wǎng)在此期間，加拿大、澳大利亞、丹麥、前蘇聯(lián)、法、英、德、意、日以及墨西哥也都相繼建立了無線電臺，到1930年已經(jīng)形成全球性的無線電廣播系統(tǒng)（4）開發(fā)短波區(qū)段早期無線電通訊使用的都是長波，這一方面限于發(fā)射設(shè)備的頻率不太高，另一方面只知道電磁波傳播中波的

11、波長越長衰減越小實際上沿地球表面?zhèn)鞑サ拈L波，受天線限制，無法再增大傳播距離而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低頻區(qū)段已感擁擠不堪，廣播和軍事的需要，都要求開發(fā)短波區(qū)段早在1900年，已經(jīng)有人偶爾收到過直視距離之外的短波信號英國的亥維賽和美國的肯涅利認(rèn)為波長幾十米的短波可被高空的電離層反射回來，經(jīng)多次反射，即可增大傳播距離這一觀點到1924年被英國物理學(xué)家阿普頓的實驗證實和補充而三極管的產(chǎn)生，又提供了技術(shù)條件，于是無線電廣播和通訊得以迅速向短波區(qū)域發(fā)展起來美國早在第一次世界大戰(zhàn)就開始研究軍用短波通訊技術(shù)，到1918年已研制成功波長為70 m150 m的發(fā)射接收設(shè)備繼之，出現(xiàn)了一代新的電子器件：1921年美國

12、的赫耳制成大功率微波器件磁控管，可產(chǎn)生幾米波長的超短波1923年拉文德發(fā)明了比三極管更適用于高頻的五極管1933年阿姆斯特朗發(fā)明了調(diào)頻技術(shù)，1939年發(fā)明了適用于超短波放大和振蕩的速調(diào)管美國從1929年開始采用超短波通訊到30年代以后無線電通訊已進入10 m以內(nèi)波長的超短波波段（5）電視與雷達當(dāng)實現(xiàn)了用無線電波傳播聽覺信號以后，人們又試圖用來傳播視覺信號，這就需要更高的頻率中短波廣播一般為500 kHz，而一般電視頻率要幾十至幾百兆赫，而雷達定位、自動跟蹤要求波長更短光電管、陰極射線管和無線電短波通訊等發(fā)明為電視、雷達技術(shù)準(zhǔn)備了條件早在19世紀(jì)中葉英國人巴伊恩就發(fā)明了一種通過有線電信傳遞靜止圖

13、像的機械裝置，1913年考恩第一次用無線電通訊從柏林向巴黎傳遞了畫面，但還只是無線電傳真的靜止圖像1923年茲沃雷金取得電子顯像管專利，到1933年又研制成功光電攝像管，至此完成了電視攝像與顯像的完全電子化過程，現(xiàn)代電視系統(tǒng)基本成型至1939年4月美國無線電公司的全電子電視首先播映，獲得巨大成功第二次世界大戰(zhàn)暫時阻礙了電視的發(fā)展，但是超短波、微波技術(shù)特別是雷達技術(shù)的發(fā)展，也推動了電視技術(shù)，所以第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，電視就進入了大規(guī)模實用與普及階段廣播電視成為有力的宣傳教育工具，它使人類文明廣泛傳播，知識迅速普及，其意義相當(dāng)于歷史上印刷術(shù)的發(fā)明隨著電磁波波長越來越短，方向性越好，遇到障礙物后的反

14、射性越強利用這一性質(zhì)，通過短電磁波的發(fā)射與反射，可以測定障礙物的方位與距離無線電探察與測距（Radio Detection and Ranging，Radar，簡稱雷達）裝置就是根據(jù)這一性質(zhì)制作的1935年英國沃森一瓦特研制成功1.5厘米波的飛機探測雷達CH系統(tǒng)，探測距離達80 km；于1938年建成英國東海岸的防空警戒雷達網(wǎng)，有效距離200 km，這一雷達網(wǎng)在1940年擊敗納粹德國空襲中起了重要作用接著，美國于19381939年先后制成火炮控制雷達、SCR270防空雷達，SCR268跟蹤控制兩用雷達，后者可以自動指揮高射炮射擊1941年，第一部微波雷達研制成功它們在太平洋對日作戰(zhàn)中發(fā)揮了很大

15、威力早期雷達技術(shù)尚不成熟，主要是頻率低、功率小、精度差隨著電子技術(shù)不斷改進，例如大功率高頻磁控管的發(fā)明，天線、微波技術(shù)的發(fā)展，雷達的作用距離不斷增大，鑒別率、分辨率不斷提高等等，雷達不僅應(yīng)用于軍事，也廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、科學(xué)研究和其他一些領(lǐng)域電磁波污染及其防護電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各處家用電器的日益增多，方便了人們的生活也使人們對電器所產(chǎn)生的電磁波污染的憂慮與日俱增1999年5月7日，我國環(huán)保總局告知新聞界：電磁輻射環(huán)境污染確實存在，國家正擬定電磁輻射環(huán)境污染源進行環(huán)境影響評價電磁污染源可分為天然和人為兩大類人為的電磁污染主要有工頻電磁場、射頻電磁輻射和微波輻射三大類其中無線電廣播、電視、微波通

16、訊等各種射頻設(shè)備的輻射，影響區(qū)域較大長時間處于電磁輻射作用下，人很容易產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功能紊亂癥候群有人還可能會伴有白血球下降，視為模糊，心電圖改變等臨床癥狀我國環(huán)保局決定，建立重點污染源檔案和數(shù)據(jù)庫，建立健全有關(guān)電磁輻射建設(shè)項目的審批制度，使電磁污染源遠離稠密居民區(qū)，把電磁污染管理納入日常環(huán)保工作軌道一般人只注意到大中型發(fā)射設(shè)備工作時所產(chǎn)生的電磁輻射對人身的危害，而實際上，現(xiàn)代化辦公大樓，新式辦公設(shè)備，家用電器在居室中產(chǎn)生的電磁輻射更為突出專家呼吁長時間坐在計算機屏幕前工作要采取行之有效的保護措施，操作人員要穿防輻射大褂、馬甲、圍裙等系列用品，視頻顯示終端必須加裝災(zāi)光屏防護網(wǎng)，也可以

17、飲用防輻射茶；不在近處看電視，使用微波爐要加裝防輻射罩，同時，人與正在工作的微波爐至少要保持在兩米以外的距離，縮短使用電剃須刀和吹風(fēng)機的時間目前許多場合禁止使用移動電話，例如飛機上、醫(yī)院里而且人如果長時間打手機，會出現(xiàn)頭暈、惡心、記憶力短暫失憶因此在使用手機最好使用專用保護型耳機或加裝天線電磁輻射防保裝置，盡可能地使天線遠離人體，特別是頭部，減少通話時間；左右耳輪流聽電話，同時手機使用者要多吃富含維生素B的食物科研表明，婦女和兒童是電磁輻射和敏感人群世界衛(wèi)生組織認(rèn)為，在對孕婦及胎兒構(gòu)成危害的各種污染中，電磁污染的威脅最大我國最新研制的“護胎寶腰圍”可以預(yù)防胎兒免受電磁輻射事實上，電磁波也如同大

18、氣和水資源一樣，只有當(dāng)人們規(guī)劃、使用不當(dāng)時才會造成危害一定量的輻射對人體是有益的，醫(yī)療上的烤電、理療等方法都是利用適量電磁波來達到治病健身的目的對電磁輻射，我們要正確認(rèn)識，科學(xué)防護噪聲和電磁波輻射污染噪聲和電磁波輻射污染，是現(xiàn)代化派生出來的現(xiàn)代病，已被列入七大公害之一噪聲污染，是可聞的，尤其生活在城市里面的居民，來自機動車輛、工廠的轟鳴等超出正常范圍的聲傳播，時間長了，可以引起各種疾病而電磁輻射的污染，聽不著、瞅不見，且覆蓋全球，充斥于大氣層中，它是看不見的“殺手”，是隱藏在生物系統(tǒng)中的黑色幽靈提起人工噪聲，顧名思義，是人為引起的機械波，通過連續(xù)介質(zhì)的傳播，在時間與空間中產(chǎn)生不同程度的噪聲它不

19、像自然噪聲，如風(fēng)聲、雨聲、雷聲以及動物蟲鳴發(fā)出的聲，一般形成不了太大的污染，除了地震、火山爆發(fā)等特殊現(xiàn)象外，自然噪聲給人類帶來的是優(yōu)美和諧，可以說，在某種程度上，又是人類的一種享受但人為的噪聲，給人類帶來的卻是嘈雜、喧囂不寧工業(yè)噪聲，也許是噪聲污染的主要來源由于各種動力機、工作機做功時產(chǎn)生的撞擊、摩擦、噴射以及振動，可產(chǎn)生七八十分貝以上的聲響這些聲響，像紡織車間、鍛壓車間、粉碎車間和鋼廠、水泥廠都比較嚴(yán)重，雖然都做了一定程度的降噪處理，但仍然不能從根本上消除機器本體上所產(chǎn)生的噪聲這種噪聲，對人體的影響已顯而易見，輕則令人煩躁不安，影響休息，甚至?xí)斐晒ぷ髦械牟铄e；重則造成耳膜穿孔、聽力下降和其

20、它疾病因此，這方面引起的問題，在世界范圍內(nèi)越來越突出如日本與噪聲相關(guān)的訴訟案每年平均有五六萬起，美國有40%的人口在噪聲的侵?jǐn)_下生活英國的倫敦、羅徹斯特等大城市，有相當(dāng)數(shù)量的居民無法擺脫噪聲惡劣環(huán)境帶來的苦難交通噪聲，“音”、“氣”雙管齊下，馬路成了有害氣體和有害聲源的“風(fēng)洞”世界各國的交通業(yè)日趨發(fā)達，人們坐飛機、乘輪船、開汽車，給工作和生活帶來了便捷和舒適，同時也促進了經(jīng)濟的發(fā)展交通現(xiàn)代化給人類帶來的好處，是無法用語言來表達的但不能不看到，隨著城鄉(xiāng)車輛的增加，公路和鐵路交通干線的增多，機車和機動車輛的噪聲已成了交通噪聲的元兇北京是世界有名的噪聲城市車輛不及日本的十分之一，噪聲程度卻高出1倍又

21、如世界有名的幾大航空港，平均每分鐘就有一架飛機起落，跑道兩側(cè)1公里內(nèi)無法交談，4公里內(nèi)不能休息和睡眠交通噪聲一方面制造噪聲污染，一方面制造大氣污染汽車尾氣排放的二氧化碳和其它有害氣體，在馬路上要比其它地方高出3.4倍街道上，是行人擁擠之所，但又是聲波和廢氣源瘋狂肆虐的“風(fēng)洞”科學(xué)正告居民：如果沒事，最好不要到馬路上來!世界上有幾億產(chǎn)業(yè)工人在超過噪聲標(biāo)準(zhǔn)條件下工作，而生存在超噪聲標(biāo)準(zhǔn)條件下的人更多因此，抵御噪聲的污染，是現(xiàn)代人又一項緊迫的防病保健工作噪聲是可聞的，而還有一種看不見聞不到的污染，這就是電磁波輻射污染當(dāng)今時代，已進入電子時代由于電的使用和開發(fā)已日臻完善和成熟，人類社會便既得到它的恩賜

22、，同時又受到它的摧殘如通信設(shè)施、發(fā)電輸電線路、工業(yè)設(shè)備，已形成了一個龐大的電磁輻射場而覆蓋地球，有人形象地叫它“電子霧”電子霧主要依靠長、中、短波和微波的輻射，籠罩著整個世界其特點是無時不在、無所不在特別是大功率高壓線下或大功率發(fā)射臺附近，其輻射的強度，足可使計算機發(fā)出混亂，使儀器失常，使一些項目無法展開工作當(dāng)然，對人體的危害，更直接、更明顯常見的是頭痛、疲乏無力、身體不適現(xiàn)代生活，處處離不開與電子設(shè)備打交道與日常工作有密切關(guān)系的是電腦、打印機、復(fù)印機、手提電話、無線電儀器等，這些先進的現(xiàn)代辦公設(shè)備，無不產(chǎn)生對身體不利的電磁輻射波有資料證明，長期使用手提電話，就對頭部產(chǎn)生副作用，有的可以致病與

23、日常生活有關(guān)的如電視機、音響、洗衣機、電冰箱等等這些家庭電器產(chǎn)品，均能產(chǎn)生各種當(dāng)量不等的電磁干擾這種覺察不出的電磁波，多對人體有害可以說，人類都被“電子霧”籠罩著，人類生活在隱形的“電子霧”的環(huán)境中電磁波如黑色的幽靈，將伴隨著人類不逝不滅這是現(xiàn)代文明下的又一現(xiàn)代式的“污染”電子技術(shù)發(fā)展的里程碑晶體管談到晶體管，也許很多人會感到很陌生然而，就是小小的晶體管的發(fā)明給電子學(xué)帶來了一場革命這場革命發(fā)展之迅速、波及范圍之廣泛，完全超出了人們的想象現(xiàn)在晶體管和微型電路幾乎無所不能，無處不在小到人們?nèi)粘Ｉ钪械闹犉?、收音機、錄音機和電視機，大到實驗室儀器、工業(yè)生產(chǎn)及國防設(shè)備、計算機、機器人、宇宙飛盤等，都

24、離不開晶體管可以毫不夸張地說，晶體管奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)可是，晶體管究竟是什么樣的?它又是怎樣發(fā)明出來的?必不可少的一步電子管的問世1883年，聞名世界的大發(fā)明家愛迪生發(fā)明了第一只白熾照明燈電燈的發(fā)明，給一直生活在黑暗之中的人們送去了光明和溫暖就在這個過程中，愛迪生還發(fā)現(xiàn)了一個奇特的現(xiàn)象：一塊燒紅的鐵會散發(fā)出電子云后人稱之為愛迪生效應(yīng)1884年的一天，一位叫弗萊明的英國發(fā)明家，遠涉重洋，風(fēng)塵仆仆地來到美國，拜會了他慕名已久的愛迪生就在這兩位大發(fā)明家的會見中，愛迪生再次展示了愛迪生效應(yīng)遺憾的是，由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，不論是愛迪生，還是弗萊明，都對這一效應(yīng)百思不得其解，不知道利用這一效應(yīng)能做

25、些什么20世紀(jì)初，有線電報問世了這一發(fā)明給人們帶來了很多便利有線電報發(fā)出的信號是高頻無線電波，收信臺必須進行整流，才能從聽筒中聽出聲音來當(dāng)時的整流器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功效又差，亟待改進正在研究高頻整流器的弗萊明靈機一動，他想，如果把愛迪生效應(yīng)應(yīng)用在檢波器上，結(jié)果會怎樣呢?就這樣，引出了一個新的發(fā)明1904年弗萊明在真空中加熱的電絲(燈絲)前加了一塊板極，從而發(fā)明了第一只電子管他把這種裝有兩個極的電子管稱為二極管利用新發(fā)明的電子管，可以給電流整流，使電話受話器或其它記錄裝置工作起來如今，打開一架普通的電子管收音機，我們很容易看到燈絲燒得紅紅的電子管它是電子設(shè)備工作的心臟，是電子工業(yè)發(fā)展的起點弗萊明的二極

26、管是一項嶄新的發(fā)明它在實驗室中工作得非常好可是，不知為什么，它在實際用于檢波器上卻很不成功，還不如同時發(fā)明的礦石檢波器可靠因此，對當(dāng)時無線電的發(fā)展沒有產(chǎn)生什么沖擊此后不久，貧困潦倒的美國發(fā)明家德福雷斯特，在二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板，從而發(fā)明了第一只真空三極管這一小小的改動，竟帶來了意想不到的結(jié)果它不僅反應(yīng)更為靈敏、能夠發(fā)出音樂或聲音的振動，而且，集檢波、放大和振蕩三種功能于一體因此，許多人都將三極管的發(fā)明看作電子工業(yè)真正的誕生起點德福雷斯特自己也非常驚喜，認(rèn)為“我發(fā)現(xiàn)了一個看不見的空中帝國”電子管的問世，推動了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展到1960年前后，西方國家的無線電工業(yè)年產(chǎn)10

27、億只無線電電子管電子管除應(yīng)用于電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領(lǐng)域，將新聞、教育節(jié)目、文藝和音樂播送到千家萬戶就連飛機、雷達、火箭的發(fā)明和進一步發(fā)展，也有電子管的一臂之力三條腿的魔術(shù)師電子管在電子學(xué)研究中曾是得心應(yīng)手的工具電子管器件歷時40余年一直在電子技術(shù)領(lǐng)域里占據(jù)統(tǒng)治地位但是，不可否認(rèn)，電子管十分笨重，能耗大、壽命短、噪聲大，制造工藝也十分復(fù)雜因此，電子管問世不久，人們就在努力尋找新的電子器件第二次世界大戰(zhàn)中，電子管的缺點更加暴露無遺在雷達工作頻段上使用的普通的電子管，效果極不穩(wěn)定移動式的軍用器械和設(shè)備上使用的電子管更加笨拙，易出故障因此，電子管本身固有的弱點和迫切的戰(zhàn)時

28、需要，都促使許多科研單位和廣大科學(xué)家，集中精力，迅速研制成功能取代電子管的固體元器件早在30年代，人們已經(jīng)嘗試著制造固體電子元件但是，當(dāng)時人們多數(shù)是直接用模仿制造真空三極管的方法來制造固體三極管因此這些嘗試毫無例外都失敗了年6月的一天，在美國貝爾實驗室的一個房間里，一架樣式很普通的收音機正在播放著輕柔的音樂，許多參觀者在它面前駐足不前為什么大家都對這臺收音機情有獨鐘呢？原來這是第一架不用電子管，而代之以一種新的固體元件晶體管的收音機雖然人們對這架收音機顯露出濃厚的興趣然而，他們對晶體管本身卻不以為然美國紐約先驅(qū)論壇報的記者在報道中寫道：“這一器件還在實驗室階段，工程師們都認(rèn)為它在電子工業(yè)中的革

29、新是有限的”事實上，晶體管發(fā)明以后，在不長的時間內(nèi)，它的深遠影響便很快地顯示出來它在電子學(xué)領(lǐng)域完成了一場真正的革命什么是晶體管呢？通俗地說，晶體管是半導(dǎo)體做的固體電子元件像金銀銅鐵等金屬，它們導(dǎo)電性能好，叫做導(dǎo)體木材、玻璃、陶瓷、云母等不易導(dǎo)電，叫做絕緣體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，就叫半導(dǎo)體晶體管就是用半導(dǎo)體材料制成的這類材料最常見的便是鍺和硅兩種半導(dǎo)體是19世紀(jì)末才發(fā)現(xiàn)的一種材料當(dāng)時人們并沒有發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的價值，也就沒有注重半導(dǎo)體的研究直到二次大戰(zhàn)中，由于雷達技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件微波礦石檢波器的應(yīng)用日趨成熟，在軍事上發(fā)揮了重要作用，這才引起了人們對半導(dǎo)體的興趣許多科學(xué)家都投入到半導(dǎo)

30、體的深入研究中經(jīng)過緊張的研究工作，美國物理學(xué)家肖克利、巴丁和布拉頓三人捷足先登，合作發(fā)明了晶體管一種三個支點的半導(dǎo)體固體元件晶體管被人們稱為“三條腿的魔術(shù)師”它的發(fā)明是電子技術(shù)史中具有劃時代意義的偉大事件，它開創(chuàng)了一個嶄新的時代固體電子技術(shù)時代他們?nèi)艘惨蜓芯堪雽?dǎo)體及發(fā)現(xiàn)晶體管效應(yīng)而共同獲得1956年最高科學(xué)獎諾貝爾物理獎肖克利小組與晶體管美國人威廉肖克利，1910年2月13日生于倫敦，曾在美國麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)量子物理，1936年得到該校博士學(xué)位后，進入久負(fù)盛名的貝爾實驗室工作貝爾實驗室是電話發(fā)明人貝爾創(chuàng)立的在電子、特別在通訊領(lǐng)域是最有名氣的研究所，號稱“研究王國”早在1936年，當(dāng)時的研究部

31、主任，后來的貝爾實驗室總裁默文凱利就對肖克利說過，為了適應(yīng)通訊不斷增長的需要，將來一定會用電子交換取代電話系統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)換這段話給肖克利留下了不可磨滅的印象，激起他滿腔熱情，把畢生精力投入到推進電子技術(shù)進步的事業(yè)中沃爾特布拉頓也是美國人，1902年2月10日出生在中國南方美麗的城市廈門，當(dāng)時他父親受聘在中國任教布拉頓是實驗專家，1929年獲得明尼蘇達大學(xué)的博士學(xué)位后，進入貝爾研究所從事真空管研究工作溫文儒雅的美國人巴丁是一個大學(xué)教授的兒子，1908年在美國威斯康星州的麥迪遜出生，相繼于1928年和1929年在威斯康星大學(xué)獲得兩個學(xué)位后來又轉(zhuǎn)入普林斯頓大學(xué)攻讀固體物理，1936年獲得博士學(xué)位194

32、5年來到貝爾實驗室工作默文凱利是一位頗有遠見的科技管理人員他從30年代起，就注意尋找和采用新材料及依據(jù)新原理工作的電子放大器件在第二次世界大戰(zhàn)前后，敏銳的科研洞察力促使他果斷地決定加強半導(dǎo)體的基礎(chǔ)研究，以開拓電子技術(shù)的新領(lǐng)域于是，1945年夏天，貝爾實驗室正式?jīng)Q定以固體物理為主要研究方向，并為此制定了一個龐大的研究計劃發(fā)明晶體管就是這個計劃的一個重要組成部分1946年1月，貝爾實驗室的固體物理研究小組正式成立了這個小組以肖克利為首，下轄若干小組，其中之一包括布拉頓、巴丁在內(nèi)的半導(dǎo)體小組在這個小組中，活躍著理論物理學(xué)家、實驗專家、物理化學(xué)家、線路專家、冶金專家、工程師等多學(xué)科多方面的人才他們通力

33、合作，既善于汲取前人的有益經(jīng)驗，又注意借鑒同時代人的研究成果，博采眾家之長小組內(nèi)部廣泛開展有益的學(xué)術(shù)探討“有新想法，新問題，就召集全組討論，這是習(xí)慣”在這樣良好的學(xué)術(shù)環(huán)境中，大家都充滿熱情，完全沉醉在理論物理領(lǐng)域的研究與探索中開始，布拉頓和巴丁在研究晶體管時，采用的是肖克利提出的場效應(yīng)概念場效應(yīng)設(shè)想是人們提出的第一個固體放大器的具體方案根據(jù)這一方案，他們仿照真空三極管的原理，試圖用外電場控制半導(dǎo)體內(nèi)的電子運動但是事與愿違，實驗屢屢失敗人們得到的效應(yīng)比預(yù)期的要小得多人們困惑了，為什么理論與實際總是矛盾的呢？問題究竟出在那里呢？經(jīng)過多少個不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一種新的理論表面態(tài)理論這一理

34、論認(rèn)為表面現(xiàn)象可以引起信號放大效應(yīng)表面態(tài)概念的引入，使人們對半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認(rèn)識前進了一大步布拉頓等人乘勝追擊，認(rèn)真細致地進行了一系列實驗結(jié)果，他們意外地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把樣品和參考電極放在電解液里時，半導(dǎo)體表面內(nèi)部的電荷層和電勢力發(fā)生了改變，這不正是肖克利曾經(jīng)預(yù)言過的場效應(yīng)嗎?這個發(fā)現(xiàn)使大家十分振奮在極度興奮中，他們加快了研究步伐，利用場效應(yīng)又反復(fù)進行了實驗誰知，繼續(xù)實驗中突然發(fā)生了與以前截然不同的效應(yīng)這接踵而至的新情況大大出乎實驗者的預(yù)料人們的思路被打斷了，制作實用器件的原計劃不能不改變了，漸趨明朗的形勢又變得撲朔迷離了然而肖克利小組并沒有知難而退他們緊緊循著茫茫迷霧中的一絲光亮，改變思路，繼

35、續(xù)探索經(jīng)過多次地分析、計算、實驗，1947年12月23日，人們終于得到了盼望已久的“寶貝”這一天，巴丁和布拉頓把兩根觸絲放在鍺半導(dǎo)體晶片的表面上，當(dāng)兩根觸絲十分靠近時，放大作用發(fā)生了世界第一只固體放大器晶體管也隨之誕生了在這值得慶祝的時刻，布拉頓按捺住內(nèi)心的激動，仍然一絲不茍地在實驗筆記中寫道：“電壓增益100，功率增益40，電流損失1/2.5親眼目睹并親耳聽聞音頻的人有吉布尼、摩爾、巴丁、皮爾遜、肖克利、弗萊徹和包文”在布拉頓的筆記上，皮爾遜、摩爾和肖克利等人分別簽上了日期和他們的名字表示認(rèn)同巴丁和布拉頓實驗成功的這種晶體管，是金屬觸絲和半導(dǎo)體的某一點接觸，故稱點接觸晶體管這種晶體管對電流、

36、電壓都有放大作用晶體管發(fā)明之后基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，貝爾實驗室并沒有立即發(fā)表肖克利小組的研究成果他們認(rèn)為，還需要時間弄清晶體管的效應(yīng)，以便編寫論文和申請專利此后一段時間里，肖克利等人在極度緊張的狀態(tài)中忙碌地工作著他們心中隱藏著一絲憂慮如果別人也發(fā)明了晶體管并率先公布了，他們的心血就付之東流了他們的擔(dān)心絕非多慮，當(dāng)時許多科學(xué)家都在潛心于這一課題的研究1948年初，在美國物理學(xué)會的一次會議上，柏杜大學(xué)的布雷和本澤報告了他們在鍺的點接觸方面所進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)當(dāng)時貝爾實驗室發(fā)明晶體管的秘密尚未公開，它的發(fā)明人之一布拉頓此刻就端坐在聽眾席上布拉頓清楚地意識到布雷等人的實驗距離晶體管的發(fā)明就差一小步了因此

37、，會后布雷與布拉頓聊天時談到他們的實驗時，布拉頓立刻緊張起來他不敢多開口，只讓對方講話，生怕泄密給對方，支吾幾句就匆匆忙忙地走開了后來，布雷曾惋惜地說過：“如果把我的電極靠近本澤的電極，我們就會得到晶體管的作用，這是十分明白的”由此可見，當(dāng)時科學(xué)界的競爭是多么的激烈！實力雄厚的貝爾實驗室在這場智慧與技能的角逐中，也不過略勝一籌晶體管發(fā)明半年以后，在1948年6月30日，貝爾實驗室首次在紐約向公眾展示了晶體管這個偉大的發(fā)明使許多專家不勝驚訝然而，對于它的實用價值，人們大都表示懷疑當(dāng)年7月1日的紐約時報只以8個句子、201個文字的短訊形式報道了本該震驚世界的這條新聞在公眾的心目中，晶體管不過是實驗

38、室的珍品而已估計只能做助聽器之類的小東西，不可能派上什么大用場的確，當(dāng)時的點接觸晶體管同礦石檢波器一樣，利用觸須接點，很不穩(wěn)定，噪聲大，頻率低，放大功率小，性能還趕不上電子管，制作又很困難難怪人們對它無動于衷然而，物理學(xué)家肖克利等人卻堅信晶體管大有前途，它的巨大潛力還沒有被人們所認(rèn)識于是，在點接觸式晶體管發(fā)明以后，他們?nèi)匀徊贿z余力，繼續(xù)研究又經(jīng)過一個多月的反復(fù)思索，肖克利瘦了，眼中也布滿了血絲一個念頭卻在心中越來越明晰了，那就是以往的研究之所以失敗，根本原因在于人們不顧一切地盲目模仿真空三極管這實際上走入了研究的誤區(qū)晶體管同電子管產(chǎn)生于完全不同的物理現(xiàn)象，這就暗示晶體管效應(yīng)有其獨特之處明白了這

39、一點，肖克利當(dāng)即決定暫時放棄原來追求的場效應(yīng)晶體管，集中精力實現(xiàn)另一個設(shè)想晶體管的放大作用正確的思想終于開出了最美的花朵1948年11月，肖克利構(gòu)思出一種新型晶體管，其結(jié)構(gòu)像“三明治”夾心面包那樣，把N型半導(dǎo)體夾在兩層P型半導(dǎo)體之間這是一個多么富有想象力的設(shè)計啊！可惜的是，由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，研究和實驗都十分困難直到1950年，人們才成功地制造出第一個PN結(jié)型晶體管電子技術(shù)發(fā)展史上一座里程碑晶體管的出現(xiàn)，是電子技術(shù)之樹上綻開的一朵絢麗多彩的奇葩同電子管相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性：晶體管的構(gòu)件是沒有消耗的無論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化由于技術(shù)上的原因，晶體管制

40、作之初也存在同樣的問題隨著材料制作上的進步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍，稱得起永久性器件的美名晶體管消耗電子極少，僅為電子管的十分之一或幾十分之一它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子一臺晶體管收音機只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽下去，這對電子管收音機來說，是難以做到的晶體管不需預(yù)熱，一開機就工作例如，晶體管收音機一開就響，晶體管電視機一開就很快出現(xiàn)畫面電子管設(shè)備就做不到這一點開機后，非得等一會兒才聽得到聲音，看得到畫面顯然，在軍事、測量、記錄等方面，晶體管是非常有優(yōu)勢的晶體管結(jié)實可靠，比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比擬的另外，

41、晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計小型、復(fù)雜、可靠的電路晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度正因為晶體管的性能如此優(yōu)越，晶體管誕生之后，便被廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)以及人們?nèi)粘Ｉ钪?953年，首批電池式的晶體管收音機一投放市場，就受到人們的熱烈歡迎，人們爭相購買這種收音機接著，各廠家之間又展開了制造短波晶體管的競賽此后不久，不需要交流電源的袖珍“晶體管收音機”開始在世界各地出售，又引起了一個新的消費熱潮由于硅晶體管適合高溫工作，可以抵抗大氣影響，在電子工業(yè)領(lǐng)域是最受歡迎的產(chǎn)品之一從1967年以來，電子測量裝置或者電視攝像機如果

42、不是“晶體管化”的，那么就別想賣出去一件輕便收發(fā)機，甚至車載的大型發(fā)射機也都晶體管化了另外，晶體管還特別適合用作開關(guān)它也是第二代計算機的基本元件人們還常常用硅晶體管制造紅外探測器就連可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵靥柲茈姵匾捕寄苡镁w管制造這種電池是遨游于太空的人造衛(wèi)星的必不可少的電源晶體管這種小型簡便的半導(dǎo)體元件還為縫紉機、電鉆和熒光燈開拓了電子控制的途徑從1950年至1960年的十年間，世界主要工業(yè)國家投入了巨額資金，用于研究、開發(fā)與生產(chǎn)晶體管和半導(dǎo)體器件例如，純凈的鍺或硅半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能很差，但加入少量其它元素(稱為雜質(zhì))后，導(dǎo)電性能會提高許多但是要想把定量雜質(zhì)正確地熔入鍺或硅中，必須在一定

43、的溫度下，通過加熱等方法才能實現(xiàn)而一旦溫度高于攝氏75度，晶體管就開始失效為了攻克這一技術(shù)難關(guān)，美國政府在工業(yè)界投資數(shù)百萬美元，以開展這項新技術(shù)的研制工作在這樣雄厚的財政資助下，沒過多久，人們便掌握了這種高熔點材料的提純、熔煉和擴散的技術(shù)特別是晶體管在軍事計劃和宇宙航行中的威力日益顯露出來以后，為爭奪電子領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，世界各國展開了激烈的競爭為實現(xiàn)電子設(shè)備的小型化，人們不惜成本，紛紛給電子工業(yè)以巨大的財政資助自從1904年弗萊明發(fā)明真空二極管，1906年德福雷斯特發(fā)明真空三極管以來，電子學(xué)作為一門新興學(xué)科迅速發(fā)展起來但是電子學(xué)真正突飛猛進的進步，還應(yīng)該是從晶體管發(fā)明以后開始的尤其是PN結(jié)型晶體管的出現(xiàn)，開辟了電子器件的新紀(jì)元，引起了一場電子技術(shù)的革命在短短十余年的時間里，新興的晶體管工業(yè)以不可戰(zhàn)勝的雄心和年輕人那樣無所顧忌的氣勢，迅速取代了電子管工業(yè)通過多年奮斗才取得的地位，一躍成為電子技術(shù)領(lǐng)域的排頭兵現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)誠然，電子管的發(fā)明使電子設(shè)備發(fā)生了革命性變化但是電子管體大易碎，費電又不可靠因此，晶體管的問世被譽為本世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它解決了電子管存在的大部分問題可是單個晶體管的出現(xiàn)，仍然不能滿足電子技術(shù)飛速發(fā)展的需要隨著電子