ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA - polibuda.dyn.plpolibuda.dyn.pl/id5/elektronika/wyk/eie-wyk01.pdf · P. Horowitz, W. Hill, 'Sztuka elektroniki' B. Pióro, M. Pióro, 'Podstawy elektroniki'

ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKAELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA

wykład 1 WSTĘP DO ELEKTRONIKI–

luty 2008 - Lublin

dr inż. Andrzej Kociubiński

pokój 308 GE081 53 84 311

[email protected]

strona przedmiotu:http://student.semiconductor.pl

użytkownik: studenthasło: NADBYSTRZYCKA38A

poniedziałek 14.00 - 15.00wtorek 16.00 - 17.00

Konsultacje:

KONTAKT Z PROWADZĄCYM

SPOSÓB ZALICZENIA PRZEDMIOTU

PUNKTY : OCENA

0 - 50 : 2

51 - 60 : 3,0

61 - 70 : 3,5

71 - 80 : 4,0

81 - 90 : 4,5

91 - 100 : 5,0

Egzamin w formie testu za 100 punktów.

3 terminy egzaminów:1 w sesji w czerwcu ,2 poprawkowe we wrześniu

dodatkowe terminy egzaminów,'dopytywanie', prośby i płacze

1. Wstęp do elektroniki i energoelektroniki (19.02.2008)2. Półprzewodniki (26.02.2008)3. Złącze p-n, kontakt m-s (04.03.2008)4. Tranzystor bipolarny cz.I (11.03.2008)5. Tranzystor bipolarny cz.II (01.04.2008)6. Tranzystor polowy (08.04.2008)

Pozostałe tematy zostaną uzupełnione na stronie przedmiotu w późniejszym terminie

TEMATY WYKŁADÓW

LITERATURA

pod redakcją J. Baranowskiego 'Układy elektroniczne' tom I-IIIGuziński A. 'Liniowe elektroniczne układy analogowe'Filipkowski 'Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe'P. Horowitz, W. Hill, 'Sztuka elektroniki'B. Pióro, M. Pióro, 'Podstawy elektroniki' cz. 2P. E. Gray, C. L. Searle, 'Podstawy elektroniki'W. Marciniak 'Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone'U.Tietze, Ch.Schenk, 'Układy półprzewodnikowe'

Od piasku do krzemu

Od piasku do krzemu

Od krzemu do przetworzonej

Od krzemu do przetworzonej

płytkipłytki

mikroprocesor

mikroprocesor MOSFETMOSFET

Ten

wyk

ład

Ten

wyk

ład

prz

yrzą

dp

rzyr

ząd

O CZYM BĘDZIEMY MÓWIĆ ?

Wszechobecna Telekomunikacja i Informacja Stara Wizja (1882)–

Wszechobecna Telekomunikacja i Informacja Stara Wizja (1895)–

Jaki pożytek miałaby mieć moja firma z tej elektrycznej zabawki?

Prezydent Western Union, WILLIAM ORTON, odrzucając propozycję kupna upadającej firmy telefonicznej Alexandra Grahama Bella za 100000 USD.

Radio nie ma przyszłości.

LORD KELVIN, szkocki matematyk i fizyk, 1897

PRZEWIDYWANIE NIE JEST ŁATWE ...

Źródło: UC Berkeley School of Information Management and Systems

40,000 BCErysunki jaskiniowe

narzędzia z kościpismo

papier

druk

elektryczność, telefon

tranzystor

komputer

Internet(DARPA) web

GIG

AB

AJT

Y

2000 multimedia

1999 1½M

2000 3M

Tworzenie informacji do roku 2000

WZROST OBJĘTOŚCI INFORMACJI do 2000 roku

... i po następnych 2 latach

2001 6M

2002 12M

200324M

40,000 BCErysunki jaskiniowe

narzędzia z kości

GIG

AB

AJT

Y

2000 multimedia

2000 3M

pismopapier

druk

elektryczność, telefon

tranzystorkomputer

Internet(DARPA) web

Światowe zasoby informacji podwajają się co rok

93% nowej informacjitworzone jest

w postaci cyfrowej

DOSTĘP DO INFORMACJI ROŚNIE WYKŁADNICZO

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1990 1995 2000 2005

155 milionówkomputerówosobistych

330 milionówużytkowników

Internetu

1.5 miliarda użytkowników urządzeń

bezprzewodowych

[Miliony]

26,000komputerów

przesyłania fotonika, „radio”

przetwarzania mikroelektronika

przechowywania pamięci masowe

prezentacji techn. wyświetlania

Technologia Dziedzina

(4 x P)

O TEMPIE ROZWOJU TECHNIKINFORMACYJNYCH DECYDUJĄ

KAMIENIE MILOWE W ELEKTRONICE

Lee de ForestTrioda

Townes, Prochorow, BasowMaser, Maser, LaserLaser

Shockley, Brattain,Bardeen

Tranzystor bipolarny

1907

1947

1954

Pierwszy, germanowy tranzystor ostrzowy(Bell Laboratories)

Wynalazcy tranzystora:John Bardeen

Walter BrattainWilliam Shockley

1947 PIERWSZY TRANZYSTOR OSTRZOWY–

1958 PIERWSZY UKŁAD SCALONY–

Pierwszy, germanowy układ scalony.Zawierał pięć elementów:tranzystory, rezystory i

kondensatory

Pierwszy, krzemowy, planarny układ scalony. Zawierał 4

tranzystory i pięć rezystorów

Jack S. Kilby, Texas Instruments Robert N. Noyce, Fairchild

Tezeusz, mądra mysz elektromechaniczna, Claude'a

Shannona. Jeden z pierwszych eksperymentów

w dziedzinie sztucznej inteligencji.

„A Mathematical Theory of Communication” (1948)

cLAUDE SHANNON

Jako jeden z pierwszych Shannon twierdził, że ciągami zer  i jedynek (bitów) da się opisać tekst, obraz i dźwięk.   

WIA

DO

MO

ŚĆ

ŹR

ÓD

ŁÓ

IN

FO

RM

AC

JI

EN

KO

DE

R

DE

KO

DE

RD

EK

OD

ER

PR

ZE

ZN

AC

ZE

NIE

ŹRÓDŁOSZUMÓW

WIA

DO

MO

ŚĆ

SY

GN

AŁ

SY

GN

AŁ

O

DE

BR

AN

Y

SYSTEM KOMUNIKACYJNY SHANNONA

Technologia Tendencje wzrostuszybkość/gęstość - 2 razy co 18-24 miesiące

przepustowość transmisji - 2 razy co rok

pojemność pamięci - 2 razy co 9 miesięcy

liczba pikseli - 2 razy co 2 lata

pojemność kanału - 10-1000 razy co 5 lat

wielkość systemu operacyjnego - 2 razy co 2 lata

Układy scalone

Fotonika

Pamięć masowa

Wyświetlacze

Komunikacja bezprzewodowa

Oprogramowanie

FILARY WZROSTU INFRASTRUKTURYINFORAMCYJNEJ I KOMUNIKACYJNEJ

Dla rozwoju wszystkich technologii, z wyjątkiem oprogramowania, potrzebne są nowe materiały i przyrządy

1970 1980 1990 2000 2010

103

104

105

106

107

108

109

1010

40048086

80386

PentiumPro

Pentium 4

Itanium 2

Montecito

Liczba

tranzysto

rów

na ch

ipieprawo moore'a

“Prawo Moore'a” Liczba tranzystorów w IC rośnie wykładniczo

Fairchild1961

4 Tranzystory

HP1981

~ Miliona½

UKŁAD SCALONY: WIELE TRANZYSTORÓWPOŁĄCZONYCH ZE SOBĄ W JEDNYM CHIPIE

INTEL2002

~400 Milionów

Cray X-MP$8,000,00060.000 W

Bez wbudowanej grafikiŁącze Internetowe 56 Kbps

Sony PS2$4005 W

Interaktywna grafika 3DSzerokie pasmo w domu

Komputer do noszenia na (przy) sobie

$100<0,2 W

Wzbogacona rzeczywistość Szerokie pasmo bezprzewodowe

CO TAK NAPRAWDĘ OZNACZA prawa moore'a ?

1985 2000 2009

1.E-06

1.E-03

1.E+00

1.E+03

1.E+06

1.E+09

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

podwajanie co10 lat

podwajanie co3.2 roku

podwajanie co 1.4 roku

Op/sek/1000$

1.E+12

1.E+15

~2028

Osobisty komputer

OsobistyInternet

Osobistemultimedia

Internet 3D

„Mózg na biurku”

Petaflops/1000 $

??????

Moc

obl

icze

niow

a [o

pera

cje/

sek/

1000

$]

KONSEKWENCJE prawa moore'a

Zajmował pomieszczenie 10m x 17m 30 ton 174,000 Wat koszt: $486,000 w 1946

ENIAC From Vacuum Tubes to MicrochipHistory, Operation and Reconstruction in VLSI

Jan Van der SpiegelUniversity of Pennsylvania

ENIAC

ENIAC From Vacuum Tubes to MicrochipHistory, Operation and Reconstruction in VLSI

Jan Van der SpiegelUniversity of Pennsylvania

Wymiar charakterystyczny 0.5 mµ Rozmiary chipu: 7.44mm x 5.29 mm Liczba tranzystorów: 174,569 Obudowa: 132 pin PGA

ENIAC

PAMIĘĆ 1 GB DRAM

płytka krzemowa

28 struktur 120 struktur 540 struktur

SKALOWANIE

CD 0.65 GB DVD (2x)4.7 GB Niebieski (2x)22.5 GB

Podłoże 1.2 mm Podłoże 0.6 mm Podłoże 0.1 mm

λ = 780 nm

NA = 0.450.65 GB

λ = 650 nm

NA = 0.64.7 GB

λ = 405 nm

NA = 0.8522.5 GB

Źródło: B. De Ruyter, ”Human factors in Sensor Networks”, PHILIPS, 2004

Mała plamka odczytowa osiągnięta przez:● Niebieski laser● Bardzo silne soczewki (NA = 0.85)● Cienką warstwę kryjącą

22.5 GB na jednej stronie dysku RW

PAMIĘĆ MASOWA

BUDOWA UKŁADÓW SCALONYCH WYMAGAULTRA CZYSTYCH, BARDZO PRECYZYJNYCH FABRYK

CMOS

PRODUKCJA ELEMENTÓW

Wprowadzenie Wzrost Dojrzałość Nasycenie Zmierzch Zapomnienie

ANALOGOWABIPOLARNA

CMOS

BiCMOS

GaAs

SiGeSOI

Diament SiCGaN

S/LS TTL

ECL

HMOSNMOS

TTL

PMOS

CYKL ŻYCIOWY TECHNOLOGII

kryzys energetyczny

57 000Polon-210 w baterii nuklearnej**

850Tryt w baterii nuklearnej**

3Metanol w ogniwie paliwowym*

0.3Jony litu w baterii chemicznej

GĘSTOŚĆ ENERGII(miliwatogodzin/miligram)

TECHNOLOGIA

WYDAJNOŚĆ ENERGETYCZNA

*Zakładając sprawność 50%

**Zakładając sprawność 8% i 4 lata pracy

„NIEOGRANICZONE ŹRÓDŁO ENERGII”

A. Lal, J. Blanchard, The Daintiest Dynamos, IEEE Spectrum, Sept. 2004

Wielkość, cena Liczba

Wiele Wiele komputerówkomputerówdla dla każdegokażdego

JedenJeden komputer komputer(mainframe)(mainframe)

dla dla wieluwielu ludzi ludzi

Jeden Jeden komputerkomputer(PC) dla(PC) dlakażdegokażdego

F.Mattern, Ubiquitous Computing, ETH Zurich

UŻYCIE KOMPUTERÓW:WYRAŹNA TENDENCJA

Liczba

Gabaryty, cena

Wiele Wiele komputerówkomputerówdla dla każdegokażdego

Komputery wtopione w tło

WYRAŹNA TENDENCJA ...I CO DALEJ ?

Moduł Bluetooth port IrDA

LCD B/W 320x240

Panel dotykowy

Zaciski baterii

Mikrofon

3 przyciski

czujnik odcisków palca

Wibrator

Wyłącznik

Akcelerometrwewnętrzny

Głośnik piezo

W ostatnich latach urządzenia elektroniczne takie jak: telefony komórkowe, kamery, czy odtwarzacze CD, stają się inteligentne.

Oferują użytkownikowi nowe funkcje nieosiągalne do niedawna.

od Inteligentnych Urządzeń ...

Pić! Czas na obiad! Przytul

mnie

Kawa stygnie!

Wiadomość dla Lidki

Bateria rozładowana

Minął termin zwrotu

Ważna wiadomość

F.Mattern, Ubiquitous Computing, ETH Zurich

... po przedmioty codziennego użytku

MOŻLIWOŚCI MOŻLIWOŚCI MOŻLIWOŚCI

MATERIAŁY PRZYRZĄDY UKŁADY SYSTEMY

POTRZEBY POTRZEBY POTRZEBY

SOCSystem On Chip

INTEGRACJAWIEDZY

SKALAINTEGRACJI

Mikrosystemy

integracja

CO TO JEST 'sYSTEM-ON-CHIP' ?

Druga rewolucja krzemowa: Systemy, które wiedzą gdzie są i co się wokół nich dzieje.

Ta wizja wymaga:• Nowych materiałów• Nowych technik produkcji• Nowych technik integracji

Mikrosystem

Myśląmikro-procesory,pamięci,ukł. ASIC

Działają

Aktuatory MEMS

Czują

czujniki,radary, GPS

Komunikują się

optycznie bezprzewodowo

Zasilają się Na podstawie:

Sandia National Laboratories

CO TO JEST MIKROSYSTEM

Opracowywane w MicroChips Inc. urządzenie do dostarczania leków jest krzemowym chipem o 100 lub więcej nanometrowych zbiorniczkach zawierających lekarstwo lub sensory biochemiczne.

KRZEMOWY FARMACEUTA

Z MĄDREJ GŁOWY ...

Informacja

nie jest wiedzą.

Albert Einstein