现代电子技术专题课程
读书报告
题目
现代电子技术在工业领域、国防领域或信息、家电方
应用情况与发展趋势
电子技术已广泛应用在电力、国防、航天、运输、通信和家电等各个领域。电子技术由模拟电子技术、数字电子技术两部分构成。随着晶体管、集成电路的发明和大量应用，在各自的应用领域都得到了长足的发展，产品更是日新月异。模拟电子技术说是整个电子技术的基础，在信号放大、功率放大、整流稳压、模拟量反馈、混频、调制解调电路领域具有无法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系统、移动通讯领域的高频发射机等。与模拟电路相比，数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、程序软件控制等一系列优点。从目前的的发展趋势来看，除一些特殊领域外，以前一些模拟电路的应用场合，大有逐步被数字电路所取代的趋势，如数字滤波器等。数字电子技术目前也在向两个截然相反
的方向发展，一是基于通用处理器的软件开发技术，比如单片机、DSP、PLC等
技术，其特点是在一个通用处理器(CPU）的基础上结合少量的硬件电路设计来完成系统的硬件电路，而将主要精力集中在算法、数据处理等软件层次上的系统方法。其一个极端的例子就是现在的计算机技术，硬件电路全部是标准的、在市场上可以买得到。另一个方向是基于CPLD/FPGA的可编程逻辑器件的系统开发，其特点是将算法、数据加工等工作全部融入系统的硬件设计当中，在“线与线的互联”当中完成对数据的加工。其优点是做组合逻辑比较好，比如译码，简单控制，可以加密；缺点是容量小，一般最多只有几百个逻辑单元。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电
力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
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工业领域
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食
盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
98年未朱基总理明确指示，今后必须加快国家创新体系的建设，因此可以肯定的说，在21世纪初国家发展中，技术创新将要变成企业工作的主导内容，而发展与建立适合中国国情的电气工业的技术创新机制，通过电力电子技术长足进步推动新型电气工业不断升级和进步进而走向世界。电力电子技术虽然它具有微电子技术的许多共同特征，如发展变化都非常迅速，渗透力和创新表现十分突出，生命力格外旺盛，处于阳光产业地位，并与其它学科相互融合和发展产生新的机遇，而电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方，如高电压、大容量及控制功率范围大，因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡，及其技术的综合难度，如材料工业和制造工艺，而电力电子器件工作的可靠性是其极其重要的一个技术指标。为此电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强的渗透性。因此电力电子技术与国家的基础产业关系密切，并与国家发展的各项方针及产业政策相配台的要求在21世纪会显得越来越强烈。电力电子技术又称为能流技术，因此电力电子技术的发展与创新是21世纪可持续发展战略纲领的重要组成部分。在21世纪初加快现代电力电子化转化的力度，必将形成一条朝阳的高科技产业链，推动我国工业领域的技术创新。
电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国现代电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。从跟踪国外先进技术，逐步走上自主创新，从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力技术创新是尤其实用的。也要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此
推动电力电子器制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性。由此形成基础积累型的创新之路。并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，已加快科技创新的自我强化的循环，促进和带动技术创新有着稳定的基础，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术有以长足的发展，并形成一个全新的圾阳产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗板型经营走向集型，促进国民经济以高速、高度、可持续发展。
2.2国防领域
从军事方面来说从海湾战争的大规模的电子战术的运用,例如电子侦察,电子干扰,电子通讯,等等,美军运用自己的先进的电子技术对伊拉克的雷达阵地进行破坏和电子干扰,使伊拉克的导弹和机场成为了活靶子.未来的战争是信息化的战争,所谓的"信息化"必然是在电子技术的条件在进行信息共享.古时打仗是"兵马未动,粮草先行",而现在的战争是信息化条件下的战争,讲究的是"兵马未动,情报先行".这里的情报可以包括在信息里面,在我们头上的成千上万的卫星是信息和情报的传媒,这也反映了电子技术对现在战争当中的重要.
2.3信息领域
信息技术是从电子技术派生出来的技术，电子信息技术是电子信息产业的基础。其中包括通信交换，无线电通信，通信软件，卫星及空间通信，通信终端，传输系统，网络运行与管理，数据通信系统，光通信，通信系统工程，质量保证的管理，通信理论，信号处理与通信工程，计算机通信，通信网络服务，通信网络及维护。电子技术作为现代社会的三大基础能源、材料和信息的开发，和应用中扮演了十分重要的角色，特别是在信息的获取、传输、显示、处理等方面，大都采用了电子学方法，这样就在电子技术中新派生出信息技术。
2.3家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白
炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
2.4其他
不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大，在电力电子产品中已占有相当大的份额。航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器中为了人的生存和工作，也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要和电力系统联网时，也离不开电力电子技术。为了合理地利用水力发电资源，近年来抽水储能发电站受到重视。其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。
总之，电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电子技术研究的也就是电源技术。电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也被称为是节能技术。