<form id="1tbf9"><nobr id="1tbf9"></nobr></form>

          <address id="1tbf9"></address>

            <address id="1tbf9"></address>

                    <form id="1tbf9"></form>

                    ./t20140412_320663_taonews.html
                    專題
                    首頁  >  專題  >  媒體視點  >  名刊精選  >  《兵器知識》

                    《兵器知識》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    以普及兵器科技知識,提高中國全民國防觀念,為實現國防現代化,特別是武器現代化服務為辦刊宗旨,面向中國廣大青少年軍事愛好者,廣泛宣傳兵器科技知識,大力普及軍事高新技術,介紹世界軍事科研生產情況,展示各國武器裝備風貌,宣傳中國兵器工業發展道路和成就。

                    文章數
                    分享到:

                    永不消逝的電波半導體革命

                    2014-04-12 19:43:33

                    [編者按]二戰時期,各參戰國無不把空軍作為贏得戰爭的重要力量,戰機性能提升得很快。例如,德國Fw-190 戰機的時速已達到535 千米,日本的零式戰機時速已達570 千米,更不要提二戰晚期德國的V-1 火箭和Me-262 噴氣式戰機了,高速飛行的戰機給地面防空帶來的壓力越來越大。當時的高炮引信主要是觸發式或延時式,對空作戰效率極低,據統計,需要發射1 162 枚炮彈才能擊落一架戰機。1941 年,美國克萊斯勒公司接到一份美軍彈藥署的絕密訂單,生產一種革命性的新式引信,其中安裝了無線電收發信機,可以自動探測與目標的距離。但是,要把無線電裝在體積很小的引信中,空間很成問題,如果使用電線焊接的方式將亂作一團,所以在近炸引信內部首次使用了印刷電路板。同時,真空管作為當時最重要的電子元件,也越來越難以滿足軍用設備對小型化、可靠性、適用性等方面的要求。解決這些問題需要一場新的技術革命。

                    26967

                     

                    永不消逝的電波半導體革命

                    /馬巖  郭文韜

                     

                    導可導,非常導

                    眾所周知,自然界中的物體有導電和不導電之分,導電的被稱之為導體,不導電的稱之為絕緣體??善行┪镔|很難歸類,比如我們第一篇文章中曾提到礦石檢波器所用的方鉛礦石,它就是一個特例。這種石頭允許某一個方向的電流通過,那應該算導體吧?可是把它掉一個個兒,換個方向,它又不導電了。一般導體沒有這樣的,正所謂“導可導,非常導”。方鉛礦石這類物質我們稱之為半導體,它們的導電能力比絕緣體要強,但是比導體還要差一些,自然界中很多礦石晶體都具有半導體的特性。由天然半導體制成的檢波器是不穩定的,經不起機械振動,每次使用的時候都必須在礦石上尋找靈敏點,因此天然礦石檢波器很快被真空管所取代。但是半導體家族只是暫時性地“退隱山林”,很快它又將“重出江湖”。

                    1947年,在一片鍺晶體兩個相距僅有數十微米的接觸式電極上,美國貝爾實驗室的三名工程師實現了對微弱電流的15 倍放大作用,宣告晶體管的誕生。最初的晶體管是點接觸式,制造工藝相當復雜,工作噪聲偏大,放大功率有限,性能也不夠穩定。但是沒過多久,世界上第一只晶體管的締造者——原先那三位志同道合的工程師因專利權問題反目,分道揚鑣,各自按照自己的思路去改進晶體管,最終促成了性能更佳的面結型晶體管和場效應管的發明。20世紀50年代開始,晶體管開始全面替代真空管,成為電子界的新寵兒。

                    26968

                    20 世紀50 年代,晶體管開始取代真空管,成為電子界的新寵兒

                    半導體晶體管可以實現與真空管相同的整流和放大功能,但為什么它最終能夠在諸多場合取代真空管呢?讓我們來比較一下。

                    首先,論“個頭”,晶體管更輕巧。普通的真空管大概像燈泡一般大,而普通的晶體管只有一顆黃豆那么大;超小型真空管的體積約為0.02~0.03厘米3,像一個米粒大小,這已經是真空管制造的極限尺寸了,而體積小于0.01厘米3的晶體管隨處可見,如今的技術甚至可在1厘米3的元件中集成上億只晶體管,其體積可以用原子來衡量。

                    論“體格”,晶體管更皮實。由于晶體管沒有燈絲、金屬板等零碎的部件,所以結構要比真空管堅固得多,能夠經得起劇烈振動和沖擊。單個晶體管可以承受20 000g的過載,如果換成真空管,100g的加速度就快讓這個嬌貴的小兄弟吃不消了。

                    26970

                    世界上第一只晶體管

                    比“壽命”,晶體管也比真空管要長壽得多。一只晶體管的平均壽命可達75 000小時,即使每天工作8小時,周末不休息,也可以連續用上25年,而軍用設備中的真空管免不了磕磕碰碰,能用上幾百個小時不出問題已經是傳奇了。

                    比“能耗”,晶體管更省。同樣的放大倍數,晶體管消耗的功率一般只有真空管的四分之一,甚至更少。而且,真空管開機要有一個預熱時間,燈絲必須達到一定溫度才能“烘烤”出足夠的電子實現放大。晶體管則不然,一接通就立即進入工作狀態,不僅不會浪費寶貴的功率,更重要的是響應速度大大提高了。

                     

                    “印刷”出的電路板

                    最初的電路都是用導線把各個電子元件連接起來的,這個工序只能由手工完成。但是隨著電路越來越復雜,電子元件越來越多,如果再沒有人想出一個好辦法,那么成團的電線會給設備裝配和維修帶來災難性的影響。當然,想出辦法的這個人早已經出現了。

                    26969

                    如果印刷電路板沒有及時發明,那么對裝配和維修都是一場災難

                    1930年,在奧地利的維也納又多了一個待業的大學應屆畢業生,他的名字叫保羅·艾斯勒。也許是迫于就業壓力,他離開了奧地利,憑借專業優勢在南斯拉夫的貝爾格萊德謀得第一份差事——在火車上安裝無線電臺。然而他干了沒多久又返回了維也納,跨專業地選擇了一份印刷方面的工作(事實證明此人是個通才兼發明愛好者,他曾申請的專利還包括比薩餅加熱機和汽車后窗除霧器),直到1934年因法西斯運動愈演愈烈而失業。恰恰是最初的這兩份工作讓了他產生了一個天才的想法——把電路“印刷”出來。

                    艾斯勒首先畫出一張平面電路圖,并依照印刷業的制版方法把電路圖影印在鍍有一層銅箔的絕緣板上,然后在需要保留的銅箔電路上涂上保護劑,再將電路板放入腐蝕液中,蝕刻掉不需要的銅箔。絕緣板上的銅箔替代了導線,起到了連接各個電子元件的作用,世界上第一塊印刷電路板就此誕生了。由于印刷電路板的制造免去了繁雜的手工焊接和接線操作,生產精度和標準化程度很高,加工誤差幾近于零,可以大大提高電路板的生產效率,而且結構緊湊、抗沖擊震動性能更好。

                    26972

                    印刷電路板非常適合大量標準化生產

                    1936年,艾斯勒用自己印刷的電路板制作了一臺收音機,申請了專利之后輾轉來到了英國。然而在二戰初期,他卻被英國政府當作敵國僑民拘留。1941年艾斯勒被釋放,仍然一心想著為自己的專利尋找投資。兩年后,納粹V-1式導彈的陰影籠罩在倫敦上空,盟軍發現無線電近炸引信是對抗這種飛航式導彈的有力武器。但是,近炸引信必須同高射炮彈一齊發射出去,發射瞬間承受的沖擊力極大,并且由于引信屬于消耗品,要保證能夠大量生產,如果采用手工線路焊接的方式,無論在可靠性和生產效率上都遠遠達不到作戰的需要。而艾斯勒的發明恰恰符合這兩個苛刻的要求,由此,印刷電路板成功應用在了近炸引信的制造中。

                    26971

                    積木式組件可以節約空間,在集成電路出現之前被用于導彈導引頭和遙感領域

                    1943 年美國就開始在軍用無線電臺的制造中引進印刷電路技術,但由于當時設備中的真空管發熱量驚人,印刷電路板的底板經常處于高溫炙烤的環境中,使用壽命普遍不高。直到低發熱量的晶體管開始取代真空管,印刷電路板才迎來它真正的春天,與晶體管迅速攜手滲透到了軍方各類無線電技術領域。

                    值得一提的是,在大規模集成電路問世之前,曾出現過一種積木式的電路形式。它采用了兩塊印刷電路板,晶體管、電容、電阻等元器件被密集地夾在中間。這種焊接形式結構更加緊湊,比起平面電路所占空間要小很多,所以很適合在導彈導引頭和遙感系統等空間寶貴的設備中運用。

                     

                    兩大陣營不同的選擇

                    為證明晶體管和印刷電路的優勢,1955年美國空軍在C-121“超級星座”運輸機上進行了有關試驗,把飛機上18種無線電設備進行了升級。試驗結果非常顯著,由真空管換裝晶體管印刷電路后,設備重量減少了71%,所占空間減少55%,功率消耗減少40%;由于重量、體積和功耗的大幅下降,且晶體管本身發熱量遠沒有真空管的大,使得機上原有的冷卻系統、繼電器等附屬設備大大簡化;升級后的飛機總成本不僅沒有節節攀升,反而下降了9.2%。

                    26973

                    C-121 運輸機曾改成電子戰、預警等改型

                    由于晶體管的幾大優勢,“晶體管化”成了20世紀五六十年代一個非常時髦的詞匯,其熱門程度就和今天的“信息化”、“網絡化”差不多。彼時的軍火商只要推出一款新型電子設備,必須要想方設法地宣傳它的“晶體管化”程度有多高,比以往產品要強多少多少倍。一句話,只要跟晶體管沾邊的東西就好賣。根據西方的統計數據,1955年,晶體管在通信設備中的數量還僅占14%,雷達設備方面占6%,導航設備方面占21%;而到1957年,僅2年光景,上述比例就飆升至37%、35%45%。在取代真空管的征途中,晶體管勢如破竹。

                    20世紀60年代,電子世界似乎已經跑步進入了晶體管時代。但是在鐵幕的另一頭,蘇聯的軍用電子設備卻走了一條截然不同的路,在很長一段時期內仍然對真空管情有獨鐘。由于延續二戰中對武器裝備簡單、成熟、可靠,便于生產的研制思路,蘇聯認為真空管技術成熟,易于做出大功率元件,所以把主要精力都集中在真空管的小型化上.在模擬電路和數字電路的選擇中,蘇聯專家同樣認為模擬電路更成熟,更適合真空管的工作特性,所以大力發展以運算放大器為核心的模擬電路。赫魯曉夫也曾經表示:“真空電子管在核電磁脈沖下的生存性能比晶體管要強,蘇聯以后不要搞晶體管,集中力量搞電子管小型化?!庇捎谡咴?,蘇聯的半導體工業一直落后與西方,生產出的晶體管質量遲遲不過關,最終形成了惡性循環,越來越形成對真空管的依賴。

                    但事實上,真空管與晶體管相比,也絕非一無是處。晶體管的工作受電壓和環境境溫度限制,電壓過大會導致擊穿報廢,當環境溫度變化較大時,晶體管的性能也會發生劇烈變化。同時,晶體管的噪聲要比真空管大,輸出功率也遠遠比不上真空管。尤其是最后一點,在豪放的“北極熊”手中被發揮到了極致。

                    1976年,蘇聯截擊航空兵上尉別連科駕駛一架米格-25戰機叛逃日本。米格-25是冷戰中的最尖端武器之一,世界上第一種具有“雙3”能力(極速3 馬赫、升限3 萬米)的戰機,曾創造過8項飛行速度、9項飛行高度和6項爬升時間的世界紀錄。這頭令人生畏的紅色巨禽曾引發了西方無數猜測,其性能一度被神化?!疤て畦F鞋無覓處,得來全不費工夫”,西方專家如獲至寶,立即涌向日本對該機進行分解研究。但是拆開米格-25鉚接的不銹鋼機身,工程師們并沒有看到高度集成的數字化的航電設備,擺在他們眼前是密密麻麻像葡萄一樣擠在一起的真空管,還有一排排的液氮制冷器:蘇聯工程師用如此簡陋的元件,居然制造出了性能如此優異的戰機!米格-25正是憑借大量高功率真空管,可以輕松“燒穿”一般的電子干擾,其雷達持續輻射功率極高,可殺死一千米外的兔子!蘇軍規定,在地面維護時嚴禁開啟米格-25的雷達,否則這個史無前例的“雙3”微波爐會在瞬間灼傷地勤人員,或對其大腦造成永久性損傷。

                    26974

                    米格-25 曾是一種被西方神話了的裝備,然而一架貨真價實的米格25降落在日本函館機場后,著實令西方大跌眼鏡

                    26976

                    這就是米格-25 上大量運用的6c33真空管,它的功率十分驚人

                    然而這并不能使真空管在這個紅色帝國得以永生。到了20世紀70年代中期,蘇聯工程人員終于發現,真空管小型化的路已經走到盡頭,如果再使真空管的體積減小一個數量級,其耗費將是天文數字。而此時西方國家研制的集成電路,可在0.5平方厘米的硅片上集成14萬個晶體管。蘇聯用十年時間證明了電子管小型化方面無法和晶體管集成電路相比。進入80年代,蘇聯的電子工業開始奮起直追,又用了十年趕超西方,在解體前已能夠生產中規模集成電路,接近西方80年代初期的水平。

                    26975

                    隨著技術的發展,電子器件日趨小型化,可靠性、適用性越來越強


                    一百多年來,無線電設備隨著迸發的火花走出了實驗室,在真空管溫暖的輝光中走向了全世界,在晶體管集成化浪潮中叩開了新世紀的大門。無線電波,就像一架無形的光速運輸機,滿載著信息在空間中自由穿梭,在下一篇文章中,我們將帶您參觀一下“運輸機”的“生產車間”,看一看它們是如何被“裝配”起來的,信息又是如何被“裝載”進去的。

                     











                    上一篇:韓國“宙斯盾”智能武器站
                    下一篇:烏克蘭“利刃”附加反應裝甲
                    ©2011-2020 版權所有:中國數字科技館
                    未經書面許可任何人不得復制或鏡像
                    京ICP備11000850號 京公網安備110105007388號
                    信息網絡傳播視聽節目許可證0111611號
                    國家科技基礎條件平臺
                    久久这里只精品国产免费99热4_一起射久久_久久在线视频_日日天天夜夜久久_日日扞夜夜燥国产