神通广大电子世界—上卷：电子世界纵横

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1、一、电子学的兴起和发展魅力无穷的电子游戏机、神通广大的电子计算机、耸人听闻的电子战争⋯⋯当今世界，电子学已被广泛应用，几乎无处不在。然而，在一百多年前，人们对它却还十分茫然。从1883年“爱迪生效应”的发现到今天大规模和超大规模集成电路、电子计算机的普及，只经历了一百余年的时间。其发展之迅猛、影响之巨大，是其它学科不能匹敌的。由此可见人类社会对它的热切渴望和发奋挖掘。电子学的发展史，是整个人类物质文明史上极其辉煌的篇章，凝聚着一代代科学家的杰出的智慧和探索自然、寻求真理的崇高精神。回顾电子学发展历程中科

2、学家们留下的闪光的足迹，我们将为他们的智慧所启迪，为他们的精神所激励。1．电子的发现自古以来，人类一直在探索着电的秘密。早在两千五百多年前，古希腊著名哲学家泰利斯就在人类历史上第一次记载了摩擦起电现象。但是，长期以来，电学在迷惘中徘徊，人们对电的认识一直是十分模糊的。直到上一世纪末和本世纪初，人们才真正了解电的本质，打开了电子世界的大门。现在，大家都已经知道：电子，在作为构成一切实物的基本粒子群中，有它独特和重要的地位。电子，是宇宙间一切电磁现象的起源，也是光和热的起源。然而，你可曾知道当初是如何发现电

3、子的吗？这还得追溯到上一个世纪。1883年，美国当时最负盛名的发明家爱迪生在改进他的著名发明——白炽电灯泡过程中，发现了一个奇怪的现象，那就是当他将一根铜丝绝缘地封接在抽空的灯泡上，通电加热灯泡中的灯丝后，在铜丝与灯丝上分别加上正、负电压时，铜丝与灯丝之间竟出现了微弱的电流。在此之前，人们知道电流只能在金属导体中流动，现在为什么电流通能空过真空区呢？这种奇怪的“漏电”现象是爱迪生没有意料到的，对此，他百思不得其解。但发明家所特有的仔细和敏锐驱使他把这一现象详细地记在笔记本上。他预感到这一现象将来会派上用

4、场，因此，象他对待其它大大小小的发明或发现一样，爱迪生把这个新发现作为“电检测器”申请了专利权。后来，科学家们发现爱迪生的这一发现是十分重要的，并称此现象为“爱迪生效应”。正是“爱迪生效应”使人们终于能把电子从固体的羁绊下解放出来，并为人们认识电子、利用电子创造了条件，直接导致十四年后电子的发现。爱迪生对电子学的发展作出了启蒙性贡献。最早解释“爱迪生效应”的是卓越的英国物理学家汤姆逊，他证明受热灯丝释放出自由电子，这些自由电子飞越灯泡内已抽成真空的空间而到达铜丝，因而出现了电流。“爱迪生效应”是热电子发

5、射的基础，正是这个效应引导佛莱明等人发明了导致电子学兴起的真空电子管，因此，近代控制论创始人美国科学家维纳曾把此效应的发现看成是爱迪生一生最伟大的成就。促成发现电子的另一重要因素是对阴极射线的研究。当时，一些物理学家发现，阴极射线能穿透某些金属，并能在磁铁的作用下发生偏转。1897年，汤姆逊对阴极射线作了定性定量的研究，证实阴极射线是带负电的微粒流。汤姆逊称这种微粒流为“电子”。后来，苏格兰物理学家威尔逊使用了一种叫“威尔逊云室”的设备，成功地拍摄了个别电子通过一团云雾的轨迹。美国实验物理学家密立根精确

6、地测定了电子的电荷和质量。威尔逊和密立根都因他们在证明电子的存在方面做出的杰出贡献而获得诺贝尔物理学奖。电子的发现，揭示了电的本质，找到了电和磁的源由，导致了电子学的兴起。2．从电子管到超大规模集成电路发现电子以后，科学家们所面临的是如何才能使电子按照人们的意愿去从事各种各样的工作。为了控制电子的运动，必须创造出一种能驾驭电子的装置，人们称这种新装置为“电子器件”。各种电子设备千差万别的性能正是依赖于电子器件对电子的不同控制方式。电子器件是电子技术的基础。可以说，电子学和电子技术的发展史就是电子器件不断

7、地演变和发展的历史。每当新一代电子器件问世时，电子学就必将步入一个新的境界。（1）一切从电子管开始实际上，爱迪生效应孕育了第一代电子器件——真空二极管。当金属丝对于灯丝来说是正的时候，可以利用它把高频交流电整流。第一个利用爱迪生效应的是美国科学家佛莱明。他在1904年注意到了这一现象并发明了真空二极管，它有整流和检波作用。此后经过不断改进，终于替代了当年意大利发明家马可尼在接收机中所使用的既笨重又不可靠的金属粉末检波器，并在相当时间内（直到第二次世界大战时为止）取代了检波效率很低的原始的矿石检波器。以爱

8、迪生效应为基础的佛莱明二极管的问世是当今电子学的起点。1906年，美国学者德·福雷斯特在灯丝和带正电的金属阳极之间引进了一个金属栅极，制得了三极管。他发现，栅极电压的微弱变化又会引起阳极电流很大的变化，但栅极本身几乎不吸收任何电流，故无需给它供电。这样就发明了既有检波作用又有放大作用的三极管。美国科学家汤姆逊的研究表明，栅极电压可以控制阳极电流，栅极电压的快速变化可以控制阳极电流并以同样的速度变化。这正是三极管工作的基本原理。1907年1月