现代功率模块及器件应用技术
现代功率模块及器件应用技术
[日期：2005-9-13]来源：电源技术应用 作者：李 毅 魏宇浩 [字体：大 中 小] 引言
最近20年来，功率器件及其封装技术的迅猛发展，导致了电力电子技术领域的巨大变化。当今的市场要求电力电子装置要具有宽广的应用范围、量体裁衣的解决方案、集成化、智能化、更小的体积和重量、效率更高的芯片、更加优质价廉、更长的寿命和更短的产品开发周期。在过去的数年中已有众多的研发成果不断提供新的、经济安全的解决方案，从而将功率模块大量地引入到一系列的工业和消费领域中。
因此，有必要就功率模块的应用技术，如选型、驱动、保护、冷却、并联和串联以及软开关电路等，进行一次全面的系列介绍。
1 IGBT和MOSFET功率模块
1.1 应用范围
如图1所示，当前众多的电力电子电路可由功率MOSFET或IGBT来实现。从上世纪80年代开始，它们先后出现于市场。与传统的晶闸管相比，它们具有一系列的优点，如可关断的特性（包括在短路状态下）、不需要缓冲网络、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。
现在，电力电子技术不断地渗透到新的应用领域中，这首先归功于IGBT和功率MOS FET的迅速发展。同时，它们的应用在其现有的领域内也在不断地深化。数年前，高耐压双极型功率晶体管还被广泛地应用着。而现在只能在少数例外情况下发现它的踪影，其位置已几乎完全被IGBT所取代。
在电流达数十A或以上的应用中，功率MOSFET及IGBT大多为含有硅芯片的绝缘式功率模块。这些模块含有一个或数个晶体管单元，以及和晶体管相匹配的二极管（续流二极管），某些情况下还含有无源元件和智能部分。
虽然功率模块存在仅能单面冷却的缺点，但它还是被广泛地应用于大功率电力电子技术中，与同期问世的平板式IGBT/二极管器件一争高低。尽管平板式器件在双面冷却的条件下可以多散发约30％的热损耗，但功率模块仍然受到用户广泛的欢迎。其原因除了安装简易外，还在于模块的芯片和散热器之间的绝缘、其内部多个不同元器件的可组合性、以及由于大批量生产而导致的低成本。
在当今的市场上，尽管各种有竞争性的功率器件都在不断地发展，但是IGBT模块却稳
、4.6kV、3.稳胜出，它的功率范围也在不断延伸。目前生产的IGBT模块已具有了65kV
3kV和2.5kV的正向阻断电压。以此为基础，MW级的、电压至6kV的变流器（采用IGBT 串联的电路）已经出现。
另一方面，MOSFET则被应用于越来越高的频率范围。今天，使用合适的电路拓扑与封装技术，已经可以在500kHz以上实现较大的电流。
IGBT和MOSFET模块已经成为集成电子系统的基本器件，同时也正在成为集成机电系统的基本器件。
1.2 结构和基本功能
下面所述的功率MOSFET和IGBT均指n沟道增强型，因为，它代表了构成功率模块的晶体管的主流。
在一个正向的驱动电压作用下，一块p导通型的硅材料会形成一个导电的沟道。这时，导电的载流子为电子（多子）。在驱动电压消失后，该器件处于截止状态（自截止）。
在大多数情况下，人们采用图2和图4所示的垂直式结构。在这里，栅极和源极（MO SFET）或发射极（IGBT）均位于芯片上表面，而芯片底面则构成了漏极（MOSFET）或集电极（IGBT）。负载电流在沟道之外垂直通过芯片。
在图2所示的功率MOSFET和图4所示的IGBT具有平面式栅极结构，也就是说，在导通状态下，导电沟道是横向的（水平的）。
平面栅极（在现代高密度晶体管中更发展为双重扩散栅极）仍是目前功率MOSFET和IGBT中占统治地位的栅极结构。
平面式MOSFET和IGBT结构是从微电子技术移植而来的，其漏极或集电极由n＋（M OSFET）或p＋（IGBT）井区构成，位于芯片表面。负载电流水平地流经芯片。借助于一个氧化层，n区可以与衬底相互隔离，从而有可能将多个相互绝缘的MOSFET或IGBT与其他结构一起集成于一个芯片之上。
由于平面式晶体管的电流密度仅能达到垂直式结构的30％，因而明显地需要更多的安装面积，所以，它们主要被用在复杂的单芯片电路中。
从构造上来看，功率MOSFET（图2）以及IGBT（图4）由众多的硅微单元组成。每c m2芯片上的单元数可达8.2×105（最新的耐压为60V的MOSFET）以及1×105（高耐压I GBT）。
图2、图4显示了MOSFET和IGBT具有相似的控制区结构。
n－区在截止状态下构成空间电荷区。p导通井区被植入其内，它在边缘地带的掺杂浓度较低（p－），而在中心地带则较高（p＋）。
在这些井区里存在着层状的n＋型硅，它们与源极端（MOSFET）或发射极端（IGBT）的金属铝表面相连。在这些n＋区之上，先是植入一层薄的SiO2绝缘层，然后再形成控制区（栅极），例如采用n＋型多晶硅材料。
当一个足够高的正向驱动电压被加在栅极和源极（MOSFET）或发射极（IGBT）之间时，在栅极下面的p区将会形成一个反型层的（n导通沟道）。经由这个通道，电子可以从源极或发射极流向n－漂移区。
直至n－区为止，MOSFET和IGBT具有类似的结构。它们出现在第三极区，从而决定了各自不同的性能。
1.2.1 Power MOSFET
图2清楚地显示了一个n沟道增强型垂直式结构的功率MOSFET的结构和功能。图2中的栅极结构为平面式。
在MOSFET中，上述的层状结构是在一块n＋导通型的硅基片上采用外延生长、植入、扩散等方法来实现的。硅基片的背面形成了漏极。
当电压在漏极和源极之间产生一个电场时，流向漂移区的电子会被吸引至漏极，空间电荷会因此而缩小。同时，漏源电压下降，主电流（漏极电流）得以流动。
因为，在漂移区内形成电流的电子全部是多子，所以，在高阻的n－区内不会出现两种载流子的泛滥。因此，MOSFET是一个单极型器件。
在低耐压的MOSFET器件中，微单元的电阻约占MOSFET的通态电阻的5％～30％。而对于高截止电压的MOSFET来说，其通态电阻的约95％由n－外延区的电阻所决定。
因此，通态压降
VDS(on)=IDRDS(on) （1）
式中：ID为漏极电流；
RDS(on)为通态电阻。
RDS(on)=kV(BR)DS （2）
式中：k为材料常数，当芯片面积为1cm2时，k=8.3×10－9A－1；
V（BR）DS为漏源正向击穿电压。
图6
对于现在市场上的MOSFET来说，当它的截止电压大于200～400V时，其通态压降的理论极限值总是大于同等大小的双极型器件，而其电流承载能力则小于后者。
另一方面，仅仅由多子承担的电荷运输没有任何存储效应，因此，很容易实现极短的开关时间。当然，在芯片尺寸很大的器件中（高耐压/大电流），其内部电容充放电所需的驱动电流会相当大，因为，每cm2的芯片面积上的电容约0.3μF。
这些由MOSFET的物理结构所决定的电容是其最重要的寄生参数。图3表示了它们的起源和等效电路图。表1解释了图3中各种寄生电容和电阻的起源和符号。
表1 MOSFET的寄生电容及电阻
符号名称起源
CGS 栅－源
电容
栅极和源极的金属化部分的重叠，取决于栅源电压，但
与漏源电压无关。
CDS 漏－源
电容
n－漂移区和p井区之间的结电容，取决于单元面积、击
穿电压以及漏源电压。
GGD 栅－漏
电容
米勒电容，由栅极和n－漂移区之间的重叠而产生。
RG 栅极内
阻
多晶硅栅极的电阻，在多芯片并联的模块中，常常还有
附加的串联电阻以削弱芯片之间的振荡。
RD 漏极电
阻
n－漂移区的电阻，占MOSFET通态电阻的主要部分。
RW p井区横
向电阻
寄生npn双极型晶体管的基极－发射极之间的电阻。
1.2.2 IGBT
图4清楚地显示了一个n沟道增强型垂直式IGBT的结构和功能。图中的IGBT具有非穿通式NPT（Non Punch Through）结构，栅极为平面式。
和MOSFET有所不同，在IGBT的n区之下有一个p＋导通区，它通向集电极。
流经n－漂移区的电子在进入p＋区时，会导致正电荷载流子（空穴）由p＋区注入n －区。这些被注入的空穴既从漂移区流向发射极端的p区，也经由MOS沟道及n井区横向
流入发射极。因此，在n－漂移区内，构成主电流（集电极电流）的载流子出现了过盈现象。这一载流子的增强效应导致了空间电荷区的缩小以及集电极－发射极电压的降低。
尽管同MOSFET的纯电阻导通特性相比，IGBT还需加上集电极端pn结的开启电压，但对于高截止电压的IGBT器件来说（从大约400V起），因为，高阻的n－区出现了少子增强效应，所以，器件的导通压降仍比MOSFET要低。这样，在相同的芯片面积上，IGB T可以设计的电流比MOSFET更大。
另一方面，在关断期间和随后产生的集电极电压的上升过程中，还来不及被释放的大部分p存储电荷Qs必须在n－区内被再复合。Qs在负载电流较小时几乎呈线性增长，而在额定电流以及过电流区域则由以下指数关系所决定：
存储电荷的增强与耗散引发了开关损耗、延迟时间（存储时间）、以及在关断时还会引发集电极拖尾电流。
目前，除了图4所显示的非穿通结构之外，穿通型结构（PT=Punch Through）的IG BT也得到了应用。最初的IGBT就是基于后者而形成的。
两种结构的基本区别在于，在PT型IGBT的n－和p＋区之间存在一个高扩散浓度的n＋层（缓冲层）。另外，两者的制造工艺也不同。
在PT型IGBT中，n＋和n－层一般是在一块p型基片上外延生长而成。而NPT型I GBT的基本材料是一块弱扩散的n型薄硅片，在其背面植入了集电极端的p＋区。两种IG BT的顶部结构相同，均为平面式的MOS控制区。
图5比较了两种IGBT的构造及其正向截止状态下的电场强度分布。
对于一个PT型IGBT或者IGET（E：外延生长式结构Epitaxial structure）来说，在正向截止状态下，空间电荷区覆盖了整个n－区。为了使生长层即使在高截止电压下还是尽可能的薄，在n－漂移区的结尾处，其电场强度需要用高扩散浓度的n＋缓冲层来减弱。
反之，对于NPT型IGBT或IGHT（H：同质式结构Homogenous structure）来说，它的n－漂移区具有足够的厚度，以至于可以吸收在正向截止状态下最大截止电压的场强。因此，在允许的工作范围内，电场延伸至整个n－区之外的现象（穿通）是不会发生的。
为了进一步描述IGBT的功能以及PT和NPT型器件的不同特性，有必要来观察由IG BT结构而导出的等效电路〔图6（b）〕。类似于图3，可得到图6中所示的寄生电容和电阻的起源与符号，如表2所列。
表2 IGBT的寄生电容及电阻
符号名称起源
CGE 栅极－发射极电
容
栅极和发射极的金属化部分的重叠，取决于栅极
－发射极电压，但与集电极－发射极电压无关。
CCE 集电极－发射极
电容
n－漂移区和p井区之间的结电容，取决于单元
的表面积、漏源击穿电压以及漏源电压。
GGC 栅极－集电极电
容
米勒电容，由栅极和n－漂移区之间的重叠而产
生。
RG 栅极内阻多晶硅栅极的电阻，在多芯片并联的模块中，常常还有附加的串联电阻以削弱芯片之间的振荡。
RD 漂移区电阻n－漂移区的电阻（pnp晶体管的基极电阻）。
RW p井区横向电阻寄生npn双极型晶体管的基极－发射极之间的
电阻。
撇开器件内部的电容和电阻不谈，IGBT的等效电路含有同样存在于MOSFET结构中的理想MOSFET，以及一个寄生npn晶体管，即n＋发射区（发射极）/p＋井区（基极）/ n漂移区（集电极）。在这个寄生结构里，位于发射极之下的p＋井区的电阻被视为基极－发射极电阻RW。此外，下列区域组合构成了一个pnp晶体管，即p＋集电极区（发射极）
/n－漂移区（基极）/p＋井区（集电极）。这个pnp晶体管与上面的npn晶体管一起构成了一个晶闸管结构。
这一寄生晶闸管的锁定效应（Latch up）可能会出现于导通状态（前提是某临界电流密度被超过，该临界值随芯片温度的增加而减小），也可以在关断时发生（动态锁定，由比通态运行时更高的空穴电流所引起）。后者发生的条件是式（3）被满足
M(αnpn＋αnpn)=1（3）
式中：M为乘法系数；
αpnp，αnpn=αTγE，为单只晶体管的共基极电流增益，
αT为基极传输系数；
γE为发射极效率。
锁定的出现会导致IGBT失控，直至损坏。
对于当代的IGBT，采用下述的设计措施，可以在所有允许的静态和动态运行条件下有效地防止锁定效应的出现。例如，通过合理的设计，在关断时动态锁定所需的电流密度可达额定电流的15倍之多。
图7
为此，晶体管的基极－发射极电阻可以通过下列措施减到如此的小，以至于在任何允许的运行状态下，都不可能达到该npn晶体管的基极－发射极二极管的开启电压。这些措施是，
1）增强直接在n发射极下p＋井区的扩散浓度；
2）缩短n发射极的尺寸。
此外，通过调节pnp晶体管的电流放大倍数，使其空穴电流（npn晶体管的基极电流）被维持得尽可能小。当然，在这里需要兼顾开关特性、耐冲击性，以及通态特性，达到一个较好的折衷。后者也在某种程度上被pnp晶体管的设计所决定。
这一折衷方案在PT型和NPT型IGBT中有着不同的实现方式。
在PT型IGBT中，从p＋区到n－漂移区的空穴注入效率（发射极效率）很高，原因是它的衬底相对来说较厚。它的pnp电流放大系数只能通过调节基极传输系数（n－漂移区，n＋缓冲区）来降低。为此，n区的载流子寿命可以通过附加的再复合中心（例如，采用金元素扩散或电子辐射工艺）来降低。其空穴电流约占总电流的40％～45％。
NPT型IGBT则与之不同，其集电极端的p发射极区是通过植入方式而形成的，明显地薄于PT型IGBT的衬底。因此，在生产硅片时，扩散浓度在材料上的分布可以很容易地被精确调节。这一极薄的p＋层保证了pnp晶体管的发射极效率较低（γE=0.5），以至于再也没有必要采用降低载流子寿命的方法来减小基极的传输系数。其空穴电流约占总电流的20％～25％。
同PT型IGBT相比，NPT型IGBT的发射极效率较小，载流子寿命较长，且参数可以被更精确地控制。它的优点如下：
1）正向导通电压具有正温度系数（并联时自动地静态均流）；
2）关断时的拖尾电流较小，但部分情况下时间较长，在Tj=125℃时关断损耗较低，（在硬关断时）开关时间较短以及开关损耗较低；
图8
3）开关时间与开关损耗（在Tj=125℃时）以及拖尾电流对温度的依赖性明显较低；
4）在过载时对电流的限制作用较好，因而具有较高的过载能力。
与PT型IGBT所采用的外延生长式衬底相比，目前作为NPT型IGBT基本材料的同质n－基片的生产更容易一些，前提是要具备处理极薄硅片的能力。
1.3 静态特性
MOSFET和IGBT模块的输出特性如图7所示。第一象限显示模块可以承受高截止电压和关断大电流。对于第一象限的阻断特性来说，更为精确一点的定义应该是"阻断状态"（类
似于晶闸管中的定义），但这一概念在晶体管中极少被用到。在下面，我们将使用正向截止状态或者（在不引起混淆的情况下）截止状态这个名称。
通过控制极的作用，功率MOSFET和IGBT可以由正向截止状态（图7中的工作点O P1）转换至导通状态（OP2）。在导通状态下，器件可以通过负载电流。两种状态之间的主动区域（放大区）在开关过程中被越过。
不同于理想开关，器件的正向截止电压与通态电流均为有限值。在正向截止状态下存在一个残余的漏电流（正向截止电流），它将在晶体管内引起截止损耗。在导通状态下，主电路端子之间存在着一个依赖于通态电流的残余压降，被称为通态压降，它将引起通态损耗。在静态导通状态下（不是在开关过程中）的最大通态损耗在输出特性中由表征通态损耗的双曲线给出。
第三象限显示模块的反向特性，其条件是主电路端子之间被加上一个反向电压。这一区域的特性由晶体管本身的性能（反向截止型，反向导通型）及功率模块中的二极管特性（与晶体管串联或反向并联）所决定。
1.3.1 功率MOSFET
由上述的原理可以导出如图8（a）所示的功率MOSFET的输出特性。
1.3.1.1 正向截止状态
当外加一个正的漏源电压VDS时，若栅源电压VGS小于栅源开启电压VGS(th)，则在漏源之间只有一个很小的漏电流IDSS在流动。当VDS增加时，IDSS也略有增加。当V DS超过某一特定的最高允许值VDSS时，pin结（p＋井区/n－漂移区/n＋外延生长层）会发生锁定现象（锁定电压V(BR)DSS）。这一锁定电压在物理上大致对应了MOSFET结构中的寄生npn双极晶体管的击穿电压VCER。该npn晶体管由n源区（发射极）－p＋井区（基极）－n－漂移区/n＋生长层（集电极）构成，如见图3所示。
由集电极－基极二极管的锁定现象所引起的电流放大效应，可能会导致寄生双极晶体管的导通，从而导致MOSFET的损坏。
值得庆幸的是，基极和发射极区几乎被源极的金属化结构所短路，在两区之间仅存在着p＋井区的横向电阻。
应用各种设计措施，如精细的MOSFET单元、均匀的单元布置、低阻的p＋井区、优化的边缘结构以及严格统一的工艺，先进的MOSFET已经可以实现很小的单元锁定电流。这样一来，在严格遵守给定参数的情况下，寄生双极晶体管结构的导通现象基本上可以被防止。所以，对于这一类的MOSFET芯片，可以定义一个允许的锁定能量EA，分别针对单个脉冲以及周期性的负载（锁定能量由最高允许的芯片温度所限定）。
在功率模块由多个MOSFET芯片并联而成的情况下，因为不可能取得芯片间绝对的均衡，所以仅允许使用单个芯片所能够保证的EA最大值。
1.3.1.2 导通状态
在漏源电压VDS和漏极电流ID均为正的情况下，正向的导通状态可分为两个区域，如图8（a）中第一象限所示。
1）主动区域当栅源电压仅略大于栅极开启电压时，沟道内电流的饱和作用将产生一个可观的压降（输出特性的水平线）。此时，ID由VGS所控制。
在图8（b）中，转移特性可以借助正向转移斜率gfs来描述。
gfs=dID/dVGS=ID/(VGS－VGS(th))（4）
在主动区域内，正向转移斜率随着ID和源极电压的增加而增加，并随芯片温度的增加而减小。
因为，由多个MOSFET芯片并联而成的功率模块只允许在开关状态下工作，所以，主动区域只是在开通和关断过程中被经过。
一般来说，制造商不允许此类模块在主动区域内稳定运行。原因是VGS(th)随温度的上升而下降，因此，单个芯片之间小小的制造偏差就有可能引起温升失衡。
2）电阻性区域在开关工作状态下，如果ID仅仅由外电路所决定，就处于被称为通态的阻性区域。此时的导通特性可以用通态电阻，即漏源电压VDS和漏极电流ID之商来描述。在大信号区域内，通态电压遵守式（5）关系。
VDS(on)=RDS(on)ID（5）
RDS(on)依赖于栅源电压VGS和芯片温度。在MOSFET通常的工作温度范围内，它从25℃～125℃时大约会增加一倍。
1.3.1.3 反向运行
在反向运行时（第三象限），如果VGS小于VGS（th)，则MOSFET会显示出二极管特性如图8（a）中的实线所示。这一特性由MOSFET结构中的寄生二极管所引起。集电极－基极的pn结或源漏pn结（反向二极管的双极型电流）的导通电压分别决定了MOSFET 在反向时的导通特性如图9（a）所示。
这个双极性反向二极管可以运行到由MOSFET所给定的电流极限。
然而在实际应用中，这个反向二极管将导致：
1）较大的通态损耗，它与MOSFET本身的损耗一起，必须被散发出去；
2）在MOSFET作为硬开关应用时具有较差的关断特性，从而限制了MOSFET的应用范围。
如图9（b）所示，原则上只要栅源电压大于栅极开启电压，即使漏源电压为负值，M OSFET的沟道也可以受控至导通状态。
如果此时的栅源电压保持在反向二极管的开启电压之下（例如，通过并联一个肖特基二极管），则漏源之间的反向电流就只是单极性的电子电流（多子电流）。这样一来，它的关断特性则与MOSFET的关断特性相同。
反向电流依赖于VDS和VGS，如图8（a）中的虚线所示。
在图9（c）中，当沟道是导通时，并且存在着一个导通的双极式反向二极管时（漏源电压大于栅极开启电压），则会出现两者相结合的电流运行状况。与简单地并联了一个二极管的MOSFET相比，由于被注入的载流子还可以横向扩散，从而使得MOSFET的导电能力增加，最终导致通态电压下降。
1.3.2 IGBT
根据前面描述的IGBT的工作原理，可以得到如图10所示的输出特性。
1.3.
2.1 正向截止状态
与MOSFET的原理相似，当集电极－发射极电压VCE为正，且栅极－发射极电压V GE小于栅极－发射极开启电压VGE(th)时，在IGBT的集电极和发射极端子之间仅存在着一个很小的集电极－发射极漏电流ICES。ICES随VCE增加而略微增加。当VCE大于某一特定的、最高允许的集电极－发射极电压VCES时，IGBT的pin结（p＋井区/n－漂移区/n＋外延生长层）会出现锁定效应。从物理的角度来说，VCES对应了IGBT结构中pnp双极式晶体管的击穿电压VCER。
出现锁定现象时，由集电极－基极二极管引起的电流放大效应，可能会导致双极晶体管的开通，进而导致IGBT的损坏。
图9
值得庆幸的是，基极和发射极区几乎被金属化的发射极所短路。它们之间只是被p＋井区的横向电阻所隔开。
应用多种设计措施，类似于针对MOSFET所采取的措施一样，IGBT的单元锁定电流可以维持在一个很低的水平，从而使正向截止电压能够获得较高的稳定性。
1.3.
2.2 导通状态
当集电极－发射极电压和集电极电流均为正值时，IGBT处于正向导通状态，可以进一步细分为两个区域。
1）主动区域当栅极－发射极电压VGE只是略大于开启电压VGE(th)时，由于沟道电流的饱和效应，沟道会出现一个可观的压降（输出特性中的水平线）。此时，集电极电流跟随VGE而变化。
类似于MOSFET，用正向转移斜率gfs来描述图10（b）所示的转移特性。
gfs=dIC/dVGE=IC/(VGE－VGE(th))（6）
转移特性在线性放大区域内的转换斜率随集电极电流IC和集电极－发射极电压VCE 的增加而增加，并随芯片温度的降低而减小。
在由多个IGBT芯片并联构成的功率模块中，这一区域只是在开关过程中被经过。
一般来说，模块在这一区域中的稳态运行是不被允许的（如同MOSFET模块一样）。究其原因，是VGE(th)随温度的上升而下降，因此，单个芯片之间小小的制造偏差就可能引起温升失衡。
2）饱和区域在开关过程中，一旦IC只是由外部电路所决定，便处于所谓的饱和区域，也被称作导通状态（输出特性中的陡斜部分）。导通特性的主要参数是IGBT的残余电压V CEsat（集电极－发射极饱和压降）。至少对于高截止电压的IGBT器件来说，由于n－漂移区的少子泛滥，使得IGBT的饱和压降明显低于同类型MOSFET的通态压降。
图10
正如前面所提到过的，PT型IGBT的VCEsat在额定电流区域内随温度的升高而下降。而对于NPT型IGBT来说，它则随温度的增加而增加。
1.3.
2.3 反向特性
在反向运行状态下，如图10中第三象限所示，IGBT集电极端的pn结处于截止状态。因此，与MOSFET不同的是，IGBT不具备反向导通的能力。
尽管IGBT结构中存在着一个高阻的pin二极管，但目前的IGBT的反向截止电压仅在数十V上下，尤其对于NPT型IGBT来说更是如此。究其原因，是在于设计芯片和它的边缘结构时，人们着重于追求高的正向截止电压和优化集电极端口的散热。
对于某些特殊的，需要IGBT开关承受反向电压的应用来说，到目前为止全部采用了混合结构，即在模块中串联一个快速二极管。
因此，IGBT模块在静态反向工作时，它的导通特性只是由外部的或者混合的二极管的特性来决定。（未完待续）
分布式小卫星系统的技术发展与应用前景_林来兴
Vol.19 No.1 60 航 天 器 工 程SPACECRA FT EN GIN EERIN G 第19卷 第1期 2010年1月 分布式小卫星系统的技术发展与应用前景 林来兴 (北京控制工程研究所,北京 100190) 摘 要 分布式小卫星系统是现代小卫星的一个崭新的应用领域,它能充分发挥小卫星的优势,同时也能克服小卫星的缺点。分布式小卫星系统包括星群、星座、编队飞行等。小卫星编队飞行将在空间遥感、深空探测、通信导航等方面带来一场重大的技术革命。文章论述了小卫星特点和分布式系统概念,介绍了分布式小卫星系统技术发展水平和关键技术,以及未来的应用前景。 关键词 小卫星 分布式系统 编队飞行 星座中图分类号:V529 文献标志码:A 文章编号:167328748(2010)0120060207 T echnological Development and Application Prospects of Distributed Small Satellite System Lin Laixing (Beijing Instit ute of Cont rol Engineering ,Beijing 100190,China ) Abstract :Dist ributed Small Satellite System (DSSS )is a brand 2new application field of modern small satellites ,which can give f ull play to t he advantages of small satellites and at t he same time overcome t heir shortcomings 1DSSS include cluster ,constellation ,formation flying ,etc 1Small satellite formation flying will soon lead to a major technological revolution in space remote sens 2ing ,deep space exploration and communication and navigation 1This article first discusses t he characteristics of small satellites and t he concept of dist ributed systems ,followed by int roduction to technological develop ment and key technologies ,as well as prospect s for f ut ure applications of DSSS. K ey w ords :small satellite ;dist ributed systems ;formation flying ;constellation 收稿日期:2009209202;修回日期:2010201207基金项目:国家重大科技专项工程 作者简介:林来兴(19922),男,研究员,高校兼职教授,主要从事航天器控制、小卫星及编队飞行研究。 1 引言 现代小卫星问世至今已有20多年的历史。实践证明小卫星具有一系列优点,同时也存在一些局限性。为了使小卫星的优点得到充分发挥,又能克服缺点,在应用方面采用分布式配置应是最佳的解决办法。20世纪90年代,分布式小卫星系统主要应用在星座与星群的领域。本世纪初,开发出了小 卫星编队飞行方式,使分布式小卫星系统得到进一 步的发展。 分布式航天器系统(也称分布式空间系统)是当前空间技术应用领域的一个重要研究课题。本文中所涉及的是分布式航天器系统中的航天器专指小卫星(或者轻小型航天器)。分布式即表明需要采用数量较多的航天器。现代小卫星具有重量轻、成本低、研制周期短等技术特点,这正是采用分布式系统的物质基础和必需条件。分布式小卫星系统具有极大
现代通信技术及发展前景
现代通信技术及发展前景 信息技术是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。凡涉及到这些过程和技术的工作部门都可称作信息部门。 信息技术能够延长或扩展人的信息功能。信息技术可能是机械的，也可能是激光的；可 能是电子的，也可能是生物的。 信息技术主要包括传感技术，通信技术，计算机技术和缩微技术等。 传感技术的任务是延长人的感觉器官收集信息的功能；通信技术的任务是延长人的神经 系统传递信息的功能；计算机技术则是延长人的思维器官处理信息和决策的功能；缩微技术 是延长人的记忆器官存贮信息的功能。当然，这种划分只是相对的、大致的，没有截然的界 限。如传感系统里也有信息的处理和收集，而计算机系统里既有信息传递，也有信息收集的 问题。 目前，传感技术已经发展了一大批敏感元件，除了普通的照像机能够收集可见光波的信 息、微音器能够收集声波信息之外，现在已经有了红外、紫外等光波波段的敏感元件，帮助 人们提取那些人眼所见不到重要信息。还有超声和次声传感器，可以帮助人们获得那些人耳 听不到的信息。不仅如此，人们还制造了各种嗅敏、味敏、光敏、热敏、磁敏、湿敏以及一些综合敏感元件。这样，还可以把那些人类感觉器官收集不到的各种有用信息提取出来，从 而延长和扩展人类收集信息的功能。 通信技术的发展速度之快是惊人的。从传统的电话，电报，收音机，电视到如今的移动 电话，传真，卫星通信，这些新的、人人可用的现代通信方式使数据和信息的传递效率得到很大的提高，从而使过去必须由专业的电信部门来完成的工作，可由行政、业务部门办公室 的工作人员直接方便地来完成。通信技术成为办公自动化的支撑技术。 计算机技术与现代通信技术一起构成了信息技术的核心内容。 计算机技术同样取得了飞 速的发展，体积越来越小，功能越来越强。从大型机，中型机，小型机到微型 机，笔记本式计算机，便携式计算机等。从PC 机，286 ，386 到486 ，586 等，计算机的应用也取得了
电子技术应用专业(三年制普通中专)培养方案
电子技术应用专业培养方案 一、专业名称（代码） 电子技术应用 091300 二、招生对象与学制 1、招生对象 初中毕业生 2、学制 三年（2.5年在校、0.5年顶岗实习期）。 三、培养目标 本专业培养一般电子产品生产、应用的一线操作人员、销售与服务人员（从事安装和调试无线电通信、传输设备、广播视听、表面贴装技术等电子产品的中级技能人才）。 毕业生主要面向电子产品生产企业和经营单位，从事一般电子产品的生产、装配、调试、贴装技术、维修和检测等技术工作，从事SMT技术与管理、集成电路芯片生产线上的操作、监控及测试工作，以及电子产品、电子元器件的采购、销售和服务工作。 四、职业素质与职业能力要求 （一）职业素质 遵纪守法，具有积极的人生态度、健康的心理和身体素质、良好的职业道德；具有良好的团队协作意识、人际沟通交往能力和敬业奉献、吃苦耐劳品质；有较扎实的文化基础知识，具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的职业社会；了解企业生产流程，遵守各项工艺规程，具有安全生产意
识，重视环境保护，并能解决一般性生产问题。 （二）职业能力 1．具有安全生产、节能环保意识、严格遵守操作规程； 2．能识读工艺文件、装配工艺规范和印制电路板装配图。 3．能用计算机应用软件绘制简单的电子线路原理图。 4．能正确使用工具焊接印制电路板。 5．能判断常用电子元件的质量。 6．能检查印制电路板元件插接和焊接工艺质量，检查和修正焊接和插装的缺陷，并能拆焊。 7．能熟练使用常用电子电工类仪器仪表进行元件质量鉴别和电子产品的功能调试。 8．能维护、保养电子产品，完成简单电子电路的维修。 9. 能对数字电子产品及设备进行调试、运行、维护，并能解决简单的技术问题。 10. 能从事一般及数字电子产品的销售和售后服务。 （三）对应职业资格证书 1.对应职业工种： 电子设备装接工、电子器件检验工、无线电调试工、家用电子产品维修工、音响调音员、电源调试工、表面贴装技术人员。 2.对应职业资格证书: 电子设备装接工、电子元器件检验员、无线电调试工、家用电子产品维修工、音响调音员、贴装技术工程师。 （四）升学
现代科学技术的发展
论科学现代的技术 学号：姓名：专业：水利水电 摘要：现代科学技术日新月异，发展的速度的确让人难以置信。全球每一分钟都会有一个新的科技成果的问世，从而会在不知不觉中影响着人类的生活方式，让人类的生活越来越高端化，品质化。马克思曾经说过：“每个时代都有属于自己的课题，准确的把握并解决这些课题，就会把人类社会大大的向前推进一步.”今天，21世纪是一个新的世纪是一个科学技术翻天覆地的世纪，摆在我国人民面前的一个重要课题，就是要大力的发展科学技术，实现跨越式发展。科学技术进步应服务于全人类，服务于世界和平，发展与进步的崇高事业，而不能危害人类自身。 关键词：科学技术经济文化政治 一科学技术的影响 现代科学技术的迅速发展，使社会的各个领域发生了深刻的变化，同时也带来了许许多多的弊端，引起了人们的忧虑甚至恐惧。尤其军事科学技术的发展既给人类带来了福利，同时又给人类带来了不可估量的危害。因此，探讨现代科学技术发展，对于我国大力发展生产力，更好的实施“科教兴国”战略具有重要的现实意义。曾经江泽民主席对当前的国际及科学技术发展的形势曾做过这样的估计：“科学技术的突飞猛进，全球经济一体化趋势正在形成，国际间的竞争日趋激烈，知识经济初见端倪”。诚然，当今科学技术的发展正是依然千里，在这形势下，世界各国都在争先恐后地采取积极的和有效措施发展他们的科学技术和经济。科学技术是第一生产力。现代科学技术对社会的发展主要表现在政治，经济，文化等方面。科学技术的发展对社会制度的革新起着推动作用，同时也促进了文化的大发展，大繁荣。科学技术的突飞猛进，给世界生产力的人类经济社会的发展带来了极大的推动。当前，以微电子技术为基础，以计算机、网络和通信技术为主体的信息技术，已渗透到经济的各个领域。信息技术的发展，已给人类经济生活方式带来质的变化。未来的科技发展还将产生新的重大飞跃。 二科学技术与经济 虽然科学技术不是针对市场的，但是发展科学技术已经离不开市场了。当今世界已经是一个糅合的市场。既要快速又要注重质量的推进经济的发展，那么必须要大力的发展科学技术，提高我国的经济整体水平，做到科学技术与经济发展的统一。科学，技术，经济三者的日益紧密联系密切相关。现代的科学技术就想拥有巨大动力的引擎，可以推动经济的迅猛发展。世界工业化，现代化历史都表明，新产业的兴起，新兴国家的强盛，都依赖于一批企业在技术创新上的突破和
新型结构IGBT功率模块
新型结构IGBT功率模块—flowPHASE lowPHASE、变频器、寄生电感 1 引言 在中大功率变频器的设计中，IGBT模块已经得到越来越广泛的应用。但由于现有IGBT模块继承了以前大功率晶闸管的结构特点，仍然采用螺栓式的连接方法。造成的问题一是寄生电感大，EMI问题严重；二是由于必须通过铜排进行连接，成本高。 泰科电子（Tyco）针对以上问题，推出了新型结构的IGBT功率模块：flowPHASE 0，如图1所示。它是基于Power flow的设计理念进行设计，寄生电感小，而且非常方便布线；另外在结构设计上继续采用Clip in技术，使得电路板，功率模块和散热器的连接更加简单可靠。flowPHASE 0家族的模块是半桥结构，现有产品可以覆盖变频器15kW到30kW的应用。 图1 flowPHASE 0 IGBT模块示意图 2 PCB布线 对于模块本身的设计,结构的紧凑性很重要,但是更重要的是如何合理的布局模块的管脚。泰科flowPHASE 0模块在结构布局上具有以下特点,如图2所示。 图2 全桥逆变使用示意图 ● 模块内部电流流距短； ● 模块内部强弱电隔离分布； ● 在模块内部芯片布局时，综合考虑了外部PCB布线的简易性； ● 模块符合UL认证标准。
这些特点使得模块在实际应用时具有以下优点： ● 功率线短，方便布线且寄生电感小； ● 只要两层电路板就可以满足要求； ● 输入，输出功率线没有交叉，电磁兼容性好； ● 门极驱动管脚靠近驱动电路，驱动特性好； ● 使得变频器紧凑结构设计成为可能。 3 寄生电感 在高频应用场合中，寄生电感是造成IGBT关断过电压，关断损耗增加的罪魁祸首。因为在关断IGBT 时，由于电流突变，会在寄生电感上感应出一个电压。这个电压叠加在直流母线电压上造成关断电压尖峰，具体原理如下式所示： VCE(peak)=VCE+L×di/dt 其中寄生电感L是直流母线上电流流过IGBT所包围的面积的等效电感，如下图3所示。 图3 寄生电感示意图 所以对于变频器设计者来说，如何有效降低回路中的寄生电感就显得非常重要。flowPHASE 0模块由于按照Power flow的设计理念进行设计，模块内部寄生电感小。另外它的结构特点使得用户可以在PCB正反两面叠加布置直流母线，这样可以大大降低直流母线电压正负端的距离，从而减小回路面积，降低模块外部寄生电感。 4 热特性 考虑到模块应用上的高功率密度，模块内部使用了直接铜熔结（DCB-Direct Copper Bonding）陶瓷基板。对于通用型模块，flowPHASE 0使用了三氧化二铝（Al2O3）陶瓷基板，对于高性能产品，使用了氮化铝（AlN）陶瓷基板，它的导热性能要比Al2O3好五倍以上。 为了降低整个IGBT模块的功率损耗，模块内部使用了最新的低损耗型沟槽栅场终止芯片。另外由于flowPHASE 0是半桥结构模块，通过分散放置，可以有效降低中心热点的温度，改善模块的热特性，最大化的利用散热器，具体如图4所示。
现代通信技术的发展现状及发展方向
1.简要概述现代通信技术的发展现状及发展方向； 光纤通信技术（现阶段主流）： 光纤通信技术是以光信号作为信息载体、以光纤作为传输介质的通信技术。在光纤通信系统中，因光波频率极高以及光纤介质损耗极低，故而光纤通信的容量极大，要比微波等通信方式带宽大上几十倍。光纤主要由纤芯、包层和涂敷层构成。纤芯由高度透明的材料制成，一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，它的折射率略小于纤芯，包层的作用就是确保光纤它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路问题；涂敷层的作用是保护光线不受水气侵蚀及机械擦伤，同时增加光线的柔韧性；在涂敷层外，往往加有塑料外套。光纤的内芯非常细小，由多根纤芯组成光缆的直径也非常小，用光缆作为传输通道，可以使传输系统占极小空间，解决目前地下管道空间不够的问题。 我国从１９７４年开始研究光纤通信技术，因光纤体积小、重量轻、传输频带极宽、传输距离远、电磁干扰抗性强以及不易串音等优点，发展十分迅速。目前，光纤通信在邮电通信系统等诸多领域发展迅猛，光纤通信优越的性能及强大的竞争力，很快代替了电缆通信，成为电信网中重要的传输手段。从总体趋势看，光纤通信必将成为未来通信发展的主要方式。 量子通信技术（特殊需求必须）： 在量子通信网络中，主要有量子空分交换技术、量子时分交换技术、量子波分交换技术等。量子空分交换是通过改变光量子信号的物理传输通道来实现光量子信号的交换；量子时分交换是在时间同步的基础上对光量子信号进行时分复用而进行的交换；量子波分交换是将光量子信号经过波分解复用器、波长变换器、波长滤波器、波分复用器而进行的交换。量子通信网络有三个功能层面：量子通信网络管理层、量子通信控制层和传输信道层。由量子通信控制层进行呼叫连接处理、信道资源管理和建立路由，进而控制光纤通道建立端到端量子信道，管理层负责资源和链路等的管理，控制层和管理层的功能由经典通信链路完2016 年底，北京和上海之间将建成一条全长2000 余公里的量子保密通信骨干线路“京沪干线”，它是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，主要开展远距离、大尺度量子保密通信关键验证、应用和示范。此干线可以实现远程高清量子保密视频会议系统和其他多媒体跨越互联应用，也可以实现金融、政务领域的远程或同城数据灾备系统，金融机构数据采集系统等应用。2016 年7 月份中国将发射全球首颗量子科学实验通讯卫星，这标志着我国通信技术的突破性发展，标志着中国同时在军用通信领域站在了世界的最前列，之后会陆续发射的更多量子通讯卫星，就可以建成全球性的量子通信网络。正如潘建伟院士所说量子科学实验卫星的发射，将表明中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者、领跑者，量子通信将会尽快走进每个人的生活，就像计算机曾经做到的一样，改变世界。量子通讯卫星和“京沪干线”的成功将意味着一个天地一体化的量子通信网络的形成。 量子通信与传统的经典通信相比，具有极高的安全性和保密性，且时效性高传输速度快，没有电磁辐射，它的这些优点决定了其无法估量的应用前景。通过光纤可以实现城域量子通信网络，通过中继器连接实现城际量子网络，通过卫星中转实现远距离量子通信，最终构成广域量子通信网络。未来数年内，量子通信将会实现大规模应用，经典通信的硬件设施并不会被完全取代，而是在现有设施的基础上进行融合。在通信发送端和接收端安装单光子探测器、量子网关等量子加密设备，即可在电话、传真、光纤网络等原有的通信网络中实现量子通信，这将大大地提升通信的安全性。量子通信有望在10 到15 年之后成为继电子和光电子之后的新一代通信技术，这种“无条件安全”的通信方式，将从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。
电子技术应用专业人才培养方案
电子技术应用专业人才培养方案 一、专业名称与培养方向 电子技术应用 代码：091300 培养方向：以工业控制、电子产品和对口升高职院校为主、以数字视听、 汽车电子为辅。 二、招生对象与基本学制 招收初中毕业生或具有同等学力者，基本学制三年。 三、毕业学分 170+3分(其中3分为技能学分) 四、培养目标 培养与我国社会主义现代化建设要求相适应，德、智、体、美全面发展，具有综合职业能力，在生产、服务一线工作的高素质劳动者和技术技能人才。面向电子信息、电子电气等行业企业，培养具有基本的科学文化素养，良好的职业道德，较强的就业能力和一定的创业能力，从事电子电工产品与设备的生产、安装、调试、检测、使用、维修、营销及生产管理等岗位工作的人才，兼顾学生进一步深造学习的需求。 五、职业范围
六、人才规格 本专业毕业生应具有以下职业素养、专业知识和技能。 （—）职业素养 1.热爱社会主义祖国，将实现自身价值与服务祖国人民相结合，树立社会主义民主观念和遵纪守法意识，遵守职业岗位规范；树立劳动观点，养成良好的劳动习惯，增强实践能力；树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念；树立正确的职业理想，形成正确的就业观、创业观，做好适应社会、融入社会、就业创业准备。 2.具有社会公德、职业道德意识和文明行为习惯，自觉践行社会主义核心价值观。 3.具有健全的人格、良好的心理品质和健康的身体，培养诚实守信、爱岗敬业、团结互助、勤俭节约、艰苦奋斗的优良品质，提高应对挫折、合作与竞争、适应社会的能力。 4.具有基本的欣赏美和创造美的能力。 5.具备从事电子信息行业所需的独立思考、获取信息、分析判断和学习新知识的能力。 6.具有从事电子信息行业所要求的质量保证意识和严格按照规章和规范操作的工作作风，以及较强的安全文明生产与节能环保的意识。 7.具有良好的人际交往与团队协作能力，具有积极的职业竞争和服务的意识，工作责任感强，工作执行力强。 8.具备从事电子信息行业所需的较强的创新能力和自主创业意识。 （二）专业知识和技能 1.能熟练操作计算机，熟练使用常用办公和工具软件； 2.学会电子电路基础知识，读懂电子电路基本原理，熟练进行电子电路基本实验操作，具备分析电子电路、使用常用电子工具、仪器和仪表的基本能力； 3.学会电工基础知识，具备电工操作基本能力，具备使用常用电工工具和仪表的能力； 4.学会电子产品装配基础知识和基本工艺要求，熟悉电子产品装配的工艺与流程，具备装配、调试和检验常见电子产品、电子设备的能力；
现代测试技术及应用学习课件【新版】
现代测试技术及应用作业学号2013010106 姓名刘浩峰 专业核技术及应用 提交作业时间2014 12 10
无损检测中的CT重建技术 1无损检测 1.1无损检测概述 无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。此外，冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会；部分省、自治区、直辖市和地级市成立了省（市）级、地市级无损检测学会或协会；东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。 无损检测缩写是NDT（或NDE，non-destructive examination），也叫无损探伤，是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认，主要有射线检验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、液体渗透检测（PT）、涡流检测（ECT）、声发射（AE）和超声波衍射时差法（TOFD）。 1、射线照相法（RT）是指用X射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损 检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。工作原理是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线强度也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。RT的定性更准确，有可供长期保存的直观图像，总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢。 2、超声波检测（UT）原理是通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研 究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属和复合材料等多种试件的无损检测；可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；而且缺陷定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；并且检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。缺点是对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；并且缺陷的位置、取向和形状以及材质和晶粒度都对检测结果有一定影响，检测结果也无直接见证记录。 3、磁粉检测（MT）原理是铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表 面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米
电子技术及应用课程标准
国家中等职业教育改革发展示范学校建设项目《电子技术及应用》课程标准 锦州市机电工程学校机电技术应用专业
目录 一、课程简介 (3) 二、课程设计思路 (3) 三、课程目标 (4) 四.课程内容和要求 (5) 五、课程实施建议 (9) 六、岗位职业能力标准 (15)
一、课程简介 课程名称：《电子技术应用》 学时：90 授课对象：机电技术应用专业学生 课程性质：电子技术是一门中职学校电类专业学生的专业基础课，内容涉及电类专业学生所学的模拟电路、数字电路、电力电子三部分，应用性很强，因此要求学生既要掌握基础理论知识，又要结合后续专业课程与顶岗实习实际，提高学生实践应用能力。在教学中要根据中职学生的知识基础及就业岗位需求组织教学内容，同时采取理实一体化教学模式，注重理论与实践的融合，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。进一步提高学生综合素质，增强适应职业变化的能力，为继续学习打下基础。 先导课程：电工技术应用 后续课程：电子CAD 二、课程设计思路 电子技术是集模拟电子技术、数字电路、电力电子三方面知识为一体的一门课程，其理论性、实践性、应用性较强。为体现其特点，本课程采用理论与实践紧密结合，分模块教学的方法，每一模块安排其对应的教学内容，由浅入深、逐步递进。在教学过程中采用理论与实践教学相统一的专业教师授课，加大实践教学模式，增加学生的感性认识以提高学习兴趣。学生通过本课程的学习达到：熟悉模拟电路的基本元器件、掌握基本单元放大电路与集成电路的组成及分析方法、直流稳压电源电路，组合逻辑电路和时序逻辑电路的特点及应用等等。教学中着重于各种电路的应用。课堂上学到的知识只有通过实用电子电路的设计、制作和调试等环节才能转化为专业能力。
当代科学技术发展教学文案
当代科学技术发展 1.马克思主义和近现代科技革命 （1）“科学技术是生产力”的论述是马克思最早提出来的，是马克思主义的基本原理之一。 （2）恩格斯：“在马克思看来，科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量” 1.1﹑18世纪第一次技术革命 （1）17、18世纪近代经典物理学革命，引发了以蒸汽机和纺织机的发明为标志的第一次技术革命，从而推动了机器制造产业的兴起，由此确立了资本主义在世界的地位。 （2）恩格斯：“蒸气和新的工具机把工场手工业変成了现代的大工业，从而把资产阶级的整个基础革命化了” 1.2、19世纪第二次技术革命 （1）19世纪下半叶电磁理论等的突破，引发了以电气化和内燃机为主要标志的第二次技术革命，重工业成为新兴产业，生产的社会化程度和资本的垄断程度都大大提高，使资本主义由自由竞争发展为垄断。 （2）恩格斯：“电工技术革命……实际上是一次巨大的革命。……最后它终将成为消除城乡对立的最强有力的杠杆。” 1.3、20世纪第三次科学技术革命 （1）20世纪初相对论和量子论的创立，是又一次重大的科学革命。此后，控制论、系统论、信息论等软科学理论相继问世，高分子化学、分子生物学等有了突破性发展。二战结束后，以上述科学理论为基础，以原子能为龙头的新能源新材料技术，以基因工程为中心的生物技术，以微电子技术为核心的电子技术,以及综合性的空间技术和海洋技术等发明运用为标志，爆发了第三次技术革命或称新科技革命。 （2）新科技革命使现代科学技术广泛渗透到社会生产各个环节，带动了第三次产业革命，使生产力发生质的飞跃，实现了劳动对象人工合成化、劳动工具自动化、人的劳动智能化以及经营管理信息化，增长方式实现了由粗放型向集约型、劳动密集型向知识密集型的转变，极大地推动了经济增长。 （3）邓小平：“科学技术是第一生产力”。 2.当代科学技术发展对经济社会的影响 当代科学技术作为改变世界的主导力量。在经济社会的发展中发挥了巨大的作用。科技成果在经济社会发展中的广泛应用，导致社会生产力飞跃发展，改变了人类的生产方式和生活方式，社会生产关系也发生重大变化，全球格局重新调整，给世界各国的经济发展和人类社会的文明进步带来了新的机遇和挑战。 2.1科学技术推动社会生产力发生巨变。 （1）科学技术提高了劳动者的素质，使其知识、技能大幅度提高，从而提高了人的创造能力和劳动生产率。（2）科学技术的高速发展，加快了知识的形成和传播速度，加快了科学技术在生产过程中的应用，提高了管理，运营和交易的效率，从而在总体上导致生产力的高速发展。（3）科学技术开辟了新的产业领域，并使传统产业部门的劳动对象、劳动工具和劳动者得到更新，科技不断用新材料、新能源，新技术变革生产的物质技术基础，以信息化，智能化的生产工具、
现代测试技术及应用学习心得
《现代测试技术》课程总结 学校：太原科技大学 班级：力学141802班 姓名：曹华科 学号：201418020202
《现代测试技术》课程总结 经过这学期现代测试技术的学习，让我对测试技术有了一个全新的认识和理解。让我以前对现代测试技术浅薄的认知有了很大的变化，现代测试的飞速发展也让我对之充满信心。 随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。随着自动化程度要求的不断提高，测试技的作用越来越明显。可以说，自动化的提高很大作用取决于现代测试技术的提高。科学技术的发展历史表明，许多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时，其他领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备，促进了测试技术的发展。 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息又是蕴涵在某些随时间或空间变化的物理量中，即信号之中的。因此，首先要检测出被测对象所呈现的有关信号，再加以分析处理，最后将结果提交给观察者或其他信息处理装置、控制装置。测试技术已成为人类社会进步和各学科高级工程技术人员必须掌握的重要的基础技术。 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。测试系统的基本特性是测试系统与其输入、输出的关系，它一般分为两类：静态特性和动态特性。在选用测试系统时，要综合考虑多种因素，其中最主要的一个因素是测试系统的基本特性是否能使其输入的被测物理量在精度要求范围内真实地反映出来。 基于计算机的测量师现代测试技术的特点。20多年来，仪器开始与计算机连接起来。如今，计算机已成为现代测试和测量系统的基础。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，传感器技术、通信技术和计算机技术者3大技术的结合，使测试技术领域发生了巨大变化。 第一种结合是计算机技术与传感器技术的结合。其结果是产生了智能传感器，为传感器的发展开辟了全新的方向。多年来，智能传感器技术及其研究在国
电子技术课程标准
电子技术课程标准文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
《电子技术》课程标准 课程编码：0401006 适用专业：电气自动化技术 学时：154学时+1周综合测评 开课学期:2011-2012学年下学期 一、课程性质 本课程是的电气自动化专业的核心课程，是作为特色专业建设进行“三位一体、以赛促学”项目的重点改革科目，课程采用“教、学、做”一体化授课方式，具有很强的实践性。课程以“电工基础”课程的学习为基础，通过本课程工作任务的实施，让学生掌握常用电子器件使用，理解典型模拟电路和数字电路特性，了解电子电路的分析方法、设计过程，掌握电子电路设计、制作、调试环节的基本技能，掌握设计说明书编写、产品设计方案展示等方面的知识和技能，为继续学习后续专业课程及培养学生进行电气与自动控制设备技术改造、调试与维修的熟练技能打下基础。 二、课程培养目标 本课程以典型电子产品为载体，以典型电子产品单元电路的分析、制作、调试为手段，通过工作任务的实施，培养学生掌握典型数模电电路的基本分析方法，掌握电路设计、制作、调试的基本技能，具备电子电路的应用能力，了解从电子电路到电子产品的设计思路，掌握电路设计制作技术报告编写、产品设计方案展示等相关知识技能，进一步加深学生对电工技术、传感器技术等基础知识的理解和掌握，同时在产品制作的过程中，强化学生的团队意识，进一步提高学生的沟通交流能力和协作能力。 （一）知识目标 数字电路部分： 1）掌握数制和码制的基本概念及相互转换的方法； 2）掌握逻辑事件的基本描述方法及各种方法的特点与作用； 3）掌握门电路和组合逻辑电路的基本特点以及典型组合逻辑电路的工作原理、分析与设计方法；
现代科学技术发展的特点和趋势
自然辩证法 现代科学技术发展的特点和趋势 刘德明 （辽宁科技大学电信2010.2班，102081101198） 摘要：本文对现代科学技术发展的特点和趋势进行了初步分析，科学技术正在呈现出前所未有的加速发展、社会化和数学化的特点，以及科学的整体化、技术的综合化、科学技术与社会经济一体化等趋势，探讨现代科学技术的发展趋势,对于寻求科学技术发展的路径和机遇,从而推动科学技术和社会的发展具有重要意义。 关键字：科学技术;特点;发展趋势 1 引言 19世纪末开始的物理学革命拉开了人类近、现代历史上第一次科技革命的帷幕，以蒸汽机等机械技术为代表构成这次科技革命的先导。20世纪初以相对论和量子理论为代表的一系列重大理论突破为前提，以电、磁技术为代表和主导的第二次科技革命浪潮席卷全球。现代自然辞学在广度和深度上、在思维方式和研究方法上、在学科结构及与社会的关系等方面均出现质的飞跃，由此引发的第二次产业革命对人类社会产生深刻影响，跨越式地进入现代工业文明时代。本世纪中叶以来，数学、物理学、遗传学等自然科学在理论上相继取得重大突破，生物技术、微电子技术、计算机技术、核技术、航天技术和激光技术等新技术群相继问世并得到蓬勃发展。已经形成第三次科技革命的浪潮。现代科学与现代技术紧密相联，突飞猛进的发展正在导致全球政治、经济、社会的激烈变革。现代科学技术对社会进步的巨大推动作用，已显示出与以往任何历史时期不同的新的特点和新的发展趋势。科技正在作为增强综合国力的主导因素和标志，已直接影响和决
定着一个国家在国际竞争中的地位和作用，未来综合国力的竞争，实质上已成为科技的竞争[1]。 2 现代科学技术呈现出的主要特点 现代科学与现代技术紧密相联，突飞猛进的发展正在导致全球政治、经济、社会的激烈变革。现代科学技术对社会进步的巨大推动作用，已显示出与以往任何历史时期不同的新的特点。 2.1加速性发展的特点 大量的统计发现,科学文献每隔10--15年增加一倍，科学期刊种类每60年增长10倍，文摘期刊每50年增长10倍。美国近50年科学家数量的增长大约以12.5年为倍增周期，全世界科技人员数量几乎每50年增长10倍,而且层次越高,科学人才的增长速度越快。科学理论物化和创新的连度尤其在加快。从科学发现到技术发明，从实验室到生产应用的周期越来越短。如蒸汽机从发明到投入生产用了100年，电视机只用了12年，晶体管只用了5年，原子能利用从发现原子核裂变到第一个原子反应堆建成只用了3年，而激光器从实验室发明到在工业上应用则仅仅只有1年。 2.2数学化的特点 现代科学技术进入成熟阶段的重要标志之一，就是数学的大量运用。现代数学及其庞大的分支学科的充分和高度的发晨为现代科学技术走向精密化提供了 现实可能性，尤其是电子计算机的发明和普遍应用，更加推进了这一进程。如今，不仅社会生产和科学技术的各个部门、学科、领域日益与数学紧密结合，农业生产与农业科技的各个分支与应用领域也都愈来愈普遍地进入到计量化、模型化、
现代功率模块及器件应用技术
现代功率模块及器件应用技术(1)-IGBT和MOSFET功率模块 0 引言 最近20年来，功率器件及其封装技术的迅猛发展，导致了电力电子技术领域的巨大变化。当今的市场要求电力电子装置要具有宽广的应用范围、量体裁衣的解决方案、集成化、智能化、更小的体积和重量、效率更高的芯片、更加优质价廉、更长的寿命和更短的产品开发周期。在过去的数年中已有众多的研发成果不断提供新的、经济安全的解决方案，从而将功率模块大量地引入到一系列的工业和消费领域中。 因此，有必要就功率模块的应用技术，如选型、驱动、保护、冷却、并联和串联以及软开关电路等，进行一次全面的系列介绍。 1 IGBT和MOSFET功率模块 1.1 应用范围 如图1所示，当前众多的电力电子电路可由功率MOSFET或IGBT来实现。从上世纪80年代开始，它们先后出现于市场。与传统的晶闸管相比，它们具有一系列的优点，如可关断的特性（包括在短路状态下）、不需要缓冲网络、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。
图1 功率半导体的应用范围 现在，电力电子技术不断地渗透到新的应用领域中，这首先归功于IGBT和功率MOSFET的迅速发展。同时，它们的应用在其现有的领域内也在不断地深化。数年前，高耐压双极型功率晶体管还被广泛地应用着。而现在只能在少数例外情况下发现它的踪影，其位置已几乎完全被IGBT所取代。 在电流达数十A或以上的应用中，功率MOSFET及IGBT大多为含有硅芯片的绝缘式功率模块。这些模块含有一个或数个晶体管单元，以及和晶体管相匹配的二极管（续流二极管），某些情况下还含有无源元件和智能部分。 虽然功率模块存在仅能单面冷却的缺点，但它还是被广泛地应用于大功率电力电子技术中，与同期问世的平板式IGBT/二极管器件一争高低。尽管平板式器件在双面冷却的条件下可以多散发约30％的热损耗，但功率模块仍然受到用户广泛的欢迎。其原因除了安装简易外，还在于模块的芯片和散热器之间的绝缘、其内部多个不同元器件的可组合性、以及由于大批量生产而导致的低成本。 在当今的市场上，尽管各种有竞争性的功率器件都在不断地发展，但是IGBT模块却稳稳胜出，它的功率范围也在不断延伸。目前生产的IGBT模块已具有了65kV、4.6kV、3.3kV和2.5kV的正向阻断电压。以此为基础，MW 级的、电压至6kV的变流器（采用IGBT串联的电路）已经出现。 另一方面，MOSFET则被应用于越来越高的频率范围。今天，使用合适的电路拓扑与封装技术，已经可以在500kHz 以上实现较大的电流。 IGBT和MOSFET模块已经成为集成电子系统的基本器件，同时也正在成为集成机电系统的基本器件。 1.2 结构和基本功能 下面所述的功率MOSFET和IGBT均指n沟道增强型，因为，它代表了构成功率模块的晶体管的主流。 在一个正向的驱动电压作用下，一块p导通型的硅材料会形成一个导电的沟道。这时，导电的载流子为电子（多子）。在驱动电压消失后，该器件处于截止状态（自截止）。 在大多数情况下，人们采用图2和图4所示的垂直式结构。在这里，栅极和源极（MOSFET）或发射极（IGBT）均位于芯片上表面，而芯片底面则构成了漏极（MOSFET）或集电极（IGBT）。负载电流在沟道之外垂直通过芯片。 在图2所示的功率MOSFET和图4所示的IGBT具有平面式栅极结构，也就是说，在导通状态下，导电沟道是横向的（水平的）。 平面栅极（在现代高密度晶体管中更发展为双重扩散栅极）仍是目前功率MOSFET和IGBT中占统治地位的栅极结构。 平面式MOSFET和IGBT结构是从微电子技术移植而来的，其漏极或集电极由n＋（MOSFET）或p＋（IGBT）井区构成，位于芯片表面。负载电流水平地流经芯片。借助于一个氧化层，n区可以与衬底相互隔离，从而有可能将多个相互绝缘的MOSFET或IGBT与其他结构一起集成于一个芯片之上。 由于平面式晶体管的电流密度仅能达到垂直式结构的30％，因而明显地需要更多的安装面积，所以，它们主要被用在复杂的单芯片电路中。 从构造上来看，功率MOSFET（图2）以及IGBT（图4）由众多的硅微单元组成。每cm2芯片上的单元数可达8.2×105（最新的耐压为60V的MOSFET）以及1×105（高耐压IGBT）。 图2、图4显示了MOSFET和IGBT具有相似的控制区结构。 n－区在截止状态下构成空间电荷区。p导通井区被植入其内，它在边缘地带的掺杂浓度较低（p－），而在中心地带则较高（p＋）。
现代测试技术应用_论文
现代测试技术在液压缸设计中的应用 摘要：随着自动化技术的高速发展及其对测试技术要求的不断提高，从而使测试技术作为一种新产品开发的重要手段，可以有效缩短新产品研发周期，提高产品研发成功率。本文以液压缸缓冲设计为例，介绍测试技术在液压缸中的应用。结果表明，采用测试技术能够直观、量化缓冲性能指标及结果，并能进行改进前后性能的对比，缩短了元件满足主机性能需要的试制周期。最后，通过对工程机械的研发过程的总结，提出现代测试技术的主要任务及其发展方向。 关键词：测试技术，液压缸，智能化，集成化，网络化 1 引言 我国工程机械主机技术仍落后于发达国家，为其配套的关键液压元件是制约其发展的主要因素，尽快缩短与国外技术的差距，已在行业形成共识。 随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。因此，借鉴测试技术与传感技术在工程技术的成功应用，在液压件开发领域中引入测试技术的理念，将大幅度提高国产液压件的发展速度。 液压缸作为主要的执行元件，在某些主机上对其缓冲性能要求越来越高。利用较好的缓冲结构延长液压缸的寿命越来越受到关注。本文介绍利用测试与传感技术建立计算机辅助测试系统，如何研究液压缸缓冲结构的设计和定型。利用测试结果，调节液压缸缓冲参数和节流孔参数。通过测试不同工况下缓冲腔工作压力及行程等参数，实现仿真设计，确保样机性能验证结果的可信度。 2 测试技术及传感技术 在传统的产品开发模式中，进行产品的改进是被动的，是由主机厂使用过程中发现问题、提出问题并反馈，得到信息后再进行设计改进的。鉴于传统产品开发模式耗费开发周期时间长，被动改进，我们提出了新型产品开发模式如图1。 图1 新型产品开发模式 结合自身的需求，我们开发出一套适用于液压缸缓冲结构研发过程中的计算机辅助测试系统。图2为计算机辅助测试系统的构成示意图，由液压系统传感器和数据采集系统组成，被测液压缸为带缓冲的液压缸，在主机上进行规定动作试验，采用多功能数据采集模块及数据采集软件，完成两腔压力( 缓冲压力或工作压力) 位移-时间的采集和测量。
哈工大现代小卫星专题课课程报告
年季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:现代小卫星系统技术专题课学生所在院（系）: 学生所在学科: 学生姓名: 学号: 学生类别: 考核结果阅卷人 （共6页）
现代小卫星发展现状及其关键技术 本文从卫星发展历程出发，介绍了现代小卫星的研究背景、分类以及国内外发展现状，阐述了现代小卫星技术的特点，并对现代小卫星技术的发展趋势进行了一定的展望。 1 研究背景 1957年4月10日，苏联发射了人类历史上第一颗小型人造卫星“斯普特尼克号”(Sputnik)，这让人类首次意识到人造卫星可以被放入地球轨道。自此之后，美国和苏联不断提升空间技术，将火箭有效载荷的大小和功率从原先的几十公斤和几十瓦特提高为上千公斤和上千瓦特。同时，通过规模经济，在设计、制造、测试、检验、发射等多个环节适当降低成本，使得大型远程遥感卫星或大型通信卫星比小型卫星在成本效率上更具有优势。以通信卫星为例，一个抛物面反射器只要通过一个小型多波束馈源就可以产生几十甚至几百的点波束用以支持密集的频率复用。此外，空间科技发展过程中开发的大光圈和天线增益系统、接纳宇航员的空间装置以及大型科学仪器如哈勃望远镜等多种技术，都使得卫星大型化成为需要和可能。因此，在首枚小型人造卫星发射成功之后的几十年中，卫星尤其是商业卫星的发展主流是不断制造和发射更大、更强、更具成本效益的卫星。 然而，随着科学技术和设计思路的革新，上世纪80年代中期，国际社会兴起了小卫星热潮。这一时期的小卫星被称为现代小卫星，以区别于之前由于受到运载能力和技术水平限制生产的简单小卫星。与以往的卫星相比，现代小卫星具有若干优势，例如重量轻、体积小、研制周期短(1~2年，甚至几个月)、技术更新快、性能好(功能密度高)、生存能力强(可多颗小卫星组成编队飞行或组成星座)。近20年来，全世界总共发射了各种各样的现代小卫星约700颗，约占同期航天器发射量的20%。小卫星不仅在军事领域发挥重要的作用，还在教育等领域被越来越广泛地应用。小卫星的发射数量不断增多。根据美国SpaceWorks公司(简称SEI)做出的2014年纳卫星/微卫星市场分析报告，仅2013年一年，重量在1~50公斤的纳卫星/微卫星的发射数量就多达92颗。该报告还预测，至2020年全球范围内纳卫星/微卫星的发射数量将达到410~543颗。 根据上述分析，现对现代小卫星技术和发展进行研究，主要围绕现代小卫星的分类、国内外研究现状、现代小卫星的关键技术以及发展趋势等关键问题展开。