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當智能化技術應用于數字電視,數字電視的屬性甚至已經發生改變,可以滿足用戶更多樣化的需求,比如訪問網絡、在線搜索、網絡購物、視頻點播等。因此,智能化的數字電視是更具吸引力的電視,也更具“高智商”,而這一切都是智能化技術帶給數字電視的改變,也必然在無形中增強數字電視的競爭力。顯然,智能化技術將電視媒介與互聯網結合起來,同時輔以高清的視覺享受,無邊界的觀賞體驗與家庭影院式的立體觀感,從而徹底顛覆傳統電視的概念,帶給消費者、用戶最佳的享受和體驗。一旦智能化技術逐步成熟并大面積推廣到數字電視領域,那么數字電視產業鏈的發展也會面臨一次重組,其結果是數字電視產業的成熟與市場的穩定,背后蘊藏的經濟利益無可估量。所以,數字電視中智能化技術的運用是必然趨勢,也是改變數字電視產業的需求之所在。
2、智能化技術應用推動“智能電視”產生,引發全新電視市場變革
數字電視需要用戶購買機頂盒方能管控電視節目,而智能化技術一旦在數字電視上廣泛應用,那么電視的運作與技術形態都有可能發生巨大的變化。尤其是近年來國際上對數字電視的發展已經呈現出熱度下降的趨勢,而眾多互聯網智能電視的出現則進一步沖擊著數字電視的堡壘,“智能電視”呼之欲出,引發了消費者和市場的高度關注。例如,近年來國家大力推動“三網融合”產業發展,這將改變有線數字電視的單一服務模式。內容格式的多樣性、服務種類的多樣性、接入方式的多樣性將成為三網融合環境下的數字電視新特點。電視整機正從平板時代向互聯網時代甚至向目前的智能時代跨越,電視機巨頭也一直在醞釀著向技術平臺等內容產業鏈擴張,避免在數字家庭中的核心地位被智能機頂盒取代。所以,智能化技術應用于數字電視領域將推動智能電視的出現,而其間的競爭也將不可避免,這對電視市場而言或許又是一次大的變革。
數字發射覆蓋技術之所以能夠促進國內廣播電視行業的發展,關鍵在于依托其自身技術優勢。數字發射覆蓋技術主要由通信設備、信息技術設備等軟硬件共同組成,正是因為這些設備的可靠性才保證了其在廣播電視系統中應用的可靠性,對于促進系統長期穩定可靠運行有積極意義。數字發射覆蓋技術利用先進的設備將原本不可能實現的目標變為現實,信息技術與計算機技術支持下,廣播電視系統中數字技術的應用先進可靠,增強了系統運行的生命力,且通過多年探究實踐與發展,目前技術體系已經相對較為成熟,廣播電視系統運行風險被極大的降低,系統運行安全性、可靠性、有效性得到了強力保障。目前廣播電視系統在國家標準和行業規范的約束下可實現數字設備的無縫接入,保證了系統的延展性與功能的可擴充性,數字發射覆蓋技術的服務空間與層次都得到了進一步拓展。廣播電視系統運行中安全問題至關重要,數字發射覆蓋技術的應用在保障系統順利運行的同時可通過建立完善的系統訪問權限機制、專用網絡、備份恢復機制等確保系統運行安全,規避用戶及工作人員或有意或無意的破壞,為系統的持續、健康運行提供可靠支持。目前我國廣播電視系統所容納的用戶越來越多,為滿足用戶數量增加、需求增加現狀應用數字發射覆蓋技術可提升服務的前瞻性,通過靈活構建系統、改動系統構架等途徑提升服務質量,增強廣播電視行業發展的動力。數字發射覆蓋技術本身的實用性與擴充性為廣播電視系統與時俱進提供了支持與保障,本身數字網絡的建設是一項耗時長且復雜的工程,這個過程中利用本身的實用性和擴充性可消除系統建設滯后帶來的諸多問題,為用戶提供多元化服務,進一步降低服務成本、減少停播情況,保證數字信號的優質覆蓋,更深層次的挖掘受眾群體資源,促進廣播電視行業實現可持續發展。
2廣播電視系統中數字技術分析
廣播電視系統中應用的數字發射覆蓋技術以ATSC技術、DVB技術、ISDB技術與DMB-T技術為主。ATSC技術服務廣播電視系統主要是依靠自身組成層面、構成層級的清晰配合實現,第一層定像層確定圖像形式,第二層依照MPEG模式壓縮圖像,第三層完成信號數據傳輸,前兩層圖像數據最終由第三層完成發射覆蓋。DVB技術是典型的歐洲技術,利用衛星、地面數據交換機數字電視完成信號發射與覆蓋,不僅能夠接收傳送音視頻文件信號,還可接收傳送圖標圖像及TRD等節目,不過DVB業務傳送條件受限制,需支付一定費用,其業務開展有利有弊,國內參考該技術對廣播電視系統進行了改造,為用戶提供了更好的服務。ISDB技術來源于日本,核心在于利用計算機與無線信息網絡技術為廣播電視系統信號傳輸覆蓋提供更加多元化的服務,尤其是在3G、4G業務方面有出眾表現。DMB-T技術在我國廣播電視系統中的應用可更好的實現數字信號的傳導與接收,其采用的FJL技術促使數字電視傳輸網絡逐步向多載波技術領域發展,可在多徑時拖延信號擴散避免來自亂碼的干擾,保證信號傳輸的準確與順暢,其采用的循環前綴填充技術可有效實現保護間隔,并極大的提升了數字電視信號發射覆蓋的效率。實現了20dB以上同步保護增益,對于促使我國廣播電視行業更好的發展有積極意義。
3結論
電子技術實驗、就實踐教學而言,它是一門實踐性、技術性很強的專業基礎課,它強調其工程性、應用性與實踐性。其目的應是培養具有創新意識和創造能力的電子工程技術人才。所以,培養學生的動手能力及創新能力是中等職業教育實驗教學的重要目標,學校應在實驗教學中打牢基礎,逐步提高這種能力。首先,實驗教學具備驗證基本理論知識的功能,即驗證性實驗,這部分實驗一般以各章節為基本內容,使理論知識得到進一步的鞏固;其次是綜合性實驗,這部分實驗的目標是在驗證性實驗的基礎上增強學生對一章或多章,甚至是結合其他科目內容的歸納總結;最后是設計性實驗,其目標是在掌握理論知識并能綜合運用的基礎上設計出具有創意的較高水平的小設計類實驗,培養其創新思維能力。總之,中等職業學校電子技術實驗教學的目標應包括:(1)讓學生掌握與電子技術相關的基礎理論知識和技能,熟悉基本實驗原理,對電子技術學科有一個完整的、科學的認識,熟悉和掌握與電類工程專業應用密切相關的科學實驗方法和技能;(2)了解科學發展的邏輯與科學研究的基本方法;(3)培養從事技術革新、技術改造和新產品開發等方面具有初步創新設計的能力;(4)逐步養成嚴謹的科學態度、科學的思維方式以及社會責任感。
二、電子技術實驗教學的現狀
從教學體制上看:在實際的實驗教育中,電子技術實驗附屬于相應的理論課,實驗教學學時多年來一直為時,約為總學時數的14%,任課教師普遍認為實驗學時偏少,不能充分完成預定實驗計劃。同時,驗證性實驗所占的比例較高,實驗題目和內容相對最新的科技發展水平及市場化需求具有較大的滯后性,教學實驗體系與工程實際脫節,不能及時反映現代電工電子發展的最新成果。
從管理體制上看:由于各方面普遍不重視實驗課,上級投入經費少、人員稀缺、儀器設備緊張等問題不能及時解決。實驗課多數是輔助理論課的教學,在教學方式、教學內容和教學進度等方面受理論課制約。實驗室規模小,人力、物力分散,實驗教學隊伍穩定性差,很難保證有一個相對穩定并能夠深入開展實驗教學的環境。
從教學過程上看:在目前中等職業學校的教學模式中,實驗教學的課時較少且通常處于理論教學的從屬地位,其內容也多為驗證性的,很少形成完整的實驗教學體系。同時,教師在詳細講解實驗方法、步驟后,還要做一次演示實驗,這樣在課時本就不足的情況下,不僅浪費時間,而且不利于培養學生的創新思維能力。
三、深化電子實驗教學改革的對策
1.改進實驗設備,加強對學生實踐能力的培養
選什么類型的實驗設備,將直接關系到對學生實踐能力的培養。鑒于此,在選購電路電工實驗臺時,學校應選擇可由學生自己搭建實驗線路、又能看到實際元器件的實驗設備,這樣可以大大加強學生對線路連接的感性認識,也為學生認識具體的電氣元件提供條件。
2.建立一支高素質的實驗型教師隊伍
實行開放性實驗教學,對實驗教師和專業教師業務素質的要求較高。實驗教師和專業教師除了要有必要的理論知識,還必須具備較強的動手能力和創新意識。電子技術發展迅猛,實驗教師和專業教師必須及時學習和掌握新知識、新技術、新方法。只有這樣才能指導學生設計出一個比較好的產品。因此,實驗教師和專業教師必須不斷學習,采用自學或進修的方式提高自身的業務水平。這樣,擁有一支強有力的、穩定的實驗教師和專業教師隊伍才能保證電子技術實驗教學更好地為培養目標服務。
3.革新管理理念,全面吸引學生
部分學校現有的創新室基本上只能做備用實驗室,是否運轉全憑學生的主動性。為了全面提高創新室的吸引力,擬定創新室形式上由專人管理,內容上由相關教師共同負責。具體為:學生上課時間和晚上自修時間,創新室應能隨時開放,并提供學生所需器材和負責儀器維修;學生所做題目,一部分由實驗中心邀請相關教師設計,其中包括將歷年電子大賽題目分成若干小塊,另一部分由學生自行設計,題目內容以綜合設計性為主,其可行性需經指導教師論證,以免造成不必要的浪費;創新室開放時間、運行方式及準備的實驗項目應隨時公布于學生,以便學生提前準備討論。
4.加強與兄弟院校“同行”的合作與交流是促進實驗教學能力提高的有效途徑
要提高實驗教學的質量,就必須與實驗、教學、科研能力強的兄弟院校的“同行”合作與交流。目前,合作與交流困難主要集中反映在教師間的實驗教學、科研能力與水平存在著“差距”而產生的“屏障”。要縮短“差距”、消除“屏障”,首先要加強自身“內功”的“修煉”,提高實驗教學的能力和水平,縮短與兄弟院校的“差距”。其次要積極主動地與實驗教學和科研能力強的兄弟院校建立一種有效的、廣義上的“聯姻”機制,這種“聯姻”機制是一種“緊密”與“松散”相結合的方式。“松散”型主要是通過教務部門在某些學科領域有方向性、有目的性、不定期地與兄弟院校的教師、專家、學者建立“友好聯姻社”并進行聯誼活動,為教師建立合作與交流的“橋梁”和“紐帶”。而“緊密”型則是通過選拔本部門的培養對象進入水平較高的兄弟院校進行“深造”、“進修”。
總之,實驗教學是學生實踐的重要環節,也是能力培養的重要環節,這點對中等職業學校來說顯得更為重要。因此,學校必須是要發揮人的主觀能動作用,調動教與學兩方面的積極性,并根據目前的實際情況,因地制宜,加以不斷的探索試驗,才能取得滿意的效果。
【摘要】傳統的電子技術實驗教學方式和思維模式僅僅停停留在輔助于理論教學的層面上,已經跟不上電子技術行業的發展速度和方向,不利于培養學生的綜合動手能力和實踐創新能力。本文以電子技術實驗教學的目標為切入點,研究了電子技術實驗教學的問題和現狀,并提出了有針對性的建議和對策。
【關鍵詞】電子技術實驗教學現狀與對策
參考文獻:
[1]楊澤富.電工基礎實驗教學改革的研究[J].2006,(10).
綜合世紀末出現的各種技術苗頭,我們可以看出,數字化是電視技術未來的發展方向。
電視技術自誕生以來,經過幾十年的發展,已經取得了很大的進步:制作技術上,從攝影機到磁帶攝像機,從復合信號到分量信號;傳輸技術上,從開路地面傳輸到有線電纜傳輸再到衛星傳輸,然而,直到本世紀九十年代,信號的傳輸和處理都是仿真性質的。模擬電視存在許多難以克服的缺陷,主要表現在:
•回波反射在地面廣播中,由于周圍的建筑物和山脈等會對電視信號產生多徑反射,從而導致接收機出現畫面重影現象,影響收看效果。
•保存困難模擬電視節目存儲在磁帶媒體上,由于磁帶對存儲環境的溫度、濕度要求較嚴格,因此,長期存放和使用磨損都會對磁帶造成物理損傷,如掉磁粉、磁帶變形等,嚴重影響重放的圖像質量。
•順序存儲介質限制磁帶是順序存儲介質,這種順時序性質,決定模擬信號的編輯過程只能是線性低效的。
•噪聲積累由于模擬電視信號在傳輸和存儲過程中會受到各種干擾和引入各種噪聲,經多次傳輸或復制后,噪聲積累,使圖像質量不斷下降。
•對傳輸信道有嚴格要求模擬電視信號傳輸過程中,由于傳輸信道的特性并非總是十分理想,因此會導致電視信號的線性失真和非線性失真。線性失真是由于傳輸系統的振幅頻率特性和相位頻率特性不理想所致,它將使電視信號的高頻部分產生衰減,降低圖像的清晰度和產生細節模糊。同時,還會導致色度信號的增益、延時與亮度信號不一致,嚴重時會完全改變顏色;非線性失真對電視信號的亮度信號和同步信號都有影響,尤其是影響彩色的飽和度和色調。同時,還存在微分相位失真、微分增益失真。
•其它缺陷模擬電視的其它缺陷包括:亮度互擾,行間閃爍,爬行,大面積閃爍等。
模擬電視的這些缺陷是其自身無法克服的,只有使用數字技術才能徹底改觀。由于大規模集成電路技術、通信技術和計算機技術的迅速發展,信息技術已進入了數字化時代。所謂數字電視,是將傳統的模擬電視信號經過抽樣、量化和編碼轉換成用二進制數代表的數字式信號,然后進行各種功能的處理、傳輸、存儲和記錄。數字電視從節目制作到信息的接收和顯示,其工作過程及原理與模擬電視大相徑庭。所不同的是它采用數字化處理、傳輸、接收和顯示信息。
在電視技術中采用數字技術不僅能改進圖像質量,更重要的是能與現有的數字通信和計算機技術相結合,能為人們提供全新的、更靈活、更方便的服務。這一點在迅速發展的信息社會中非常重要。數字化電視信號具有如下主要優點:
•多次中繼或復制后不會產生噪聲積累,適用于遠距離多次中繼傳輸或反復編輯和復制。
•清晰度高,使用部首傳輸、轉播音響,在接收端有望達到演播室水平;
•音頻效果好,可支持五聲道加超重低音聲道的5+1環繞聲家庭影院;
•可采用糾錯編碼技術,提高抗干擾能力,同等傳輸條件下的抗干擾能力優于模擬電視;
•可充分使用壓縮編碼技術壓縮其資料率,降低數碼率或存儲空間。占用頻道較窄,地面廣播時,原PAL頻道可播放高清晰度電視或四套標準格式數字電視,有線電視網中的一個PAL頻道可播送8~10套標準數字電視;
•保留了現有模擬電視畫面格式,普通電視機前加裝數字電視機頂盒即可接收數字電視節目;
•易于實現加密和保密通訊;
•可采用大規模集成電路,降低功耗,減小體積,可靠性高,調試維護易,大規模生產時可大幅降低成本;
•電視信號可以通過現有的公共電信數字傳輸網絡傳送,電視廣播網絡的數字化為提供其它資料業務創造了條件,繼而為廣播網絡連接其它網絡,以及視頻業務融入統一的信息基礎設施NII開辟了道路。
正是由于這些優勢,使數字電視取代模擬電視成為必然。數字電視淘汰模擬電視,如同數字大哥大將最終淘汰模擬大哥大一樣。電視終將進入數字化時代,數字電視將成為新一代電視的代名詞,很快,我們將把“數字電視”只稱為“電視”。一場電視革命的序幕就此拉開。
本文將電視技術分為制作和傳送兩大類,分別討論數字化技術帶來的變化及其發展趨勢,并對相應技術發展可能對電視傳播活動及社會造成的影響作出預測。
壹、數字技術在電視節目制作技術中的發展及其對傳播活動的影響
自從1956年美國安培公司開發成功世界上第一臺四磁頭兩英寸磁帶錄象機以來,在40多年短暫的歷史中,視頻技術發展日新月異。信號處理方式從復合到分量;設備裝置從大到小,從攝錄分開到攝錄一體,現在又正經歷著一場新的革命,這場革命是由數字化技術驅動的。80年代開始出現的多媒體技術,使得人們通過計算機可以不受不同媒體差異的限制,綜合處理圖像、聲音、資料、文字等多種信息,從90年代開始與電視節目制作技術相融合,極大地豐富了視頻節目制作手段,傳統的制作方式不斷被全新的、充滿創造活力的制作方式所代替。視頻節目制作技術采用計算機和專用視頻設備使視頻圖像的創作和編輯得以大大簡化,降低了制作成本,擴大了需要進行視頻圖像處理與創作的用戶范圍,并將對視頻行業的現有結構產生深遠的影響。
一、非線性編輯系統將取代線性編輯改變節目制作及播出方式
非
二、虛擬演播室技術極大地提高節目的信息量和娛樂性
典型的虛擬演播室系統是由攝像設備、攝像機位置參數分析及控制、圖形計算機、背景素材庫和圖像合成等設備組成,如下圖所示。具體的工作過程是:演員由一臺前景攝像機(真實攝像機)拍攝,而如圖所示的背景圖像記錄及生成系統(圖形計算機和背景素材庫)稱為虛擬攝像機。真實的和虛擬的兩臺攝像機,在虛擬演播室
技術中始終是鎖定的。真實攝像機的位置參數,包括攝像機在演播室中的物理位置,攝像機的傾斜、轉動甚至翻轉的資料,以及攝像機鏡頭的焦距和聚焦設置,所有這些參數都將在計算機中進行分析,相應于前景圖像的背景圖像的控制隨即完成。然后,前景圖像(包括演員和真實場景)以及計算機生產的背景圖像在色健控制器中無縫地合成。輸出的圖像可以直接播出或記錄在存儲媒體上。真實攝像機數字化圖像合成直接播出
(前景)視頻延時(色健控制)或記錄
攝像機位置圖形計算機
分析與控制(背景)
素材庫
(背景)
虛擬攝像機
在虛擬演播室中,需要對虛擬場景中所有物體進行建模,即設計物體的外形和尺寸等。這與計算機輔助設計(CAD)很相似。在這些步驟完成后,才能利用來自攝像機傳感器的資料或圖像分析后得到的數據建立虛擬攝像機,用虛擬攝像機來實時生成場景。在實施播出或播出預先記錄的節目時,色健控制器中的跟蹤以及圖像合成都必須實時完成。這樣,場景的生成必須達到每秒50場的速度,需要像SGIOnxy一類的高級圖像工作站才能完成。目前成本相當可觀。但隨著PC性能的提高,這種情況有望得到改善。從近年來的NAB展覽會上可以看到虛擬演播室技術正在走向成熟,許多廠家展示了虛擬演播室從制作、快速反應到最終播出效果上的優勢。同時穩定性和可靠性也有明顯改善。產品已形成系列化,構成低、中、高三個檔次,分別適用于不同的使用范圍。
虛擬演播室技術的出現,一方面是因為計算機技術的發展為其奠定了基礎,另一方面不可忽視的因素就是節目的需求。隨著近年來電視頻道數顯著的加速增加,頻道間的競爭日益激烈,電視節目制作人員必須考慮如何在更短的時間內用更少的資金制作更好的、更多的電視節目。同時電視觀眾對電視節目的欣賞口味不斷提高,一個總的趨勢是要求新聞節目更“實”更“新”,娛樂節目更“虛”更“玄”。需求是發展的動力,在這種資金投入少、節目產出又多、又好的要求下,虛擬演播室技術的誕生和發展可謂是順應了歷史潮流,因而,這種技術一旦誕生就得到了視頻界的認可,迅猛發展起來。
虛擬演播室技術的產生,反過來又極大地促進了電視節目的發展。運用虛擬演播室技術,演播室的場景、道具將越來越多地用計算機圖形的形式產生。由于場景的設計不再是只能用實物搭成而是用軟件構成,藝術表達上的自由度就大大增加。它將平面的摳像技術擴展到了三維空間。制作人員通過計算機輔助設計軟件可以將以前的想象變為現實。比如,可以在計算機上模仿設置燈光并根據需要改變;可以很容易地修改計算機里生成的圖像中的結構、顏色和文本;可通過按下一個按鈕來重建場景;可以將小演播室擴展成很大的演播室等等。虛擬演播室的優點在新聞、定期采訪、娛樂、體育、音樂和少兒等節目制作上表現得尤為明顯。虛擬演播室技術的使用和普及,對廣播界來說,可以節省節目制作的成本和時間,提高演播室效率;對電視節目制作人員來說,可以擺脫時間、空間及道具制作等方面的限制,在廣泛的想象空間中進行自由創作;對廣大電視觀眾來說則大大提高了信息量和娛樂性。
今天的虛擬演播室技術還在完善之中,目前在虛擬演播室里使用更復雜的場景和道具的制作時還難以滿足實時播出的要求,同時,目前還沒有一個攝像機跟蹤裝置能夠簡便地適合多功能演播室,許可足夠多的創作自由度。此外,盡管色健控制技術在近年有了改善,但仍然需要努力改進以從前景中去掉不希望有的那些偏色;虛擬演播室的價格性能比也有待于進一步提高。但是,瑕不掩瑜,虛擬演播室技術作為一種新興的電視制作技術必將在未來的影視制作過程中發揮更大的作用,創造出更多為老百姓津津樂道的精彩節目。
貳、數字技術在電視傳送技術中的發展及其對傳播活動的影響
將數字技術應用于電視傳送技術中的構想可追溯到本世紀40年代末,1948年就已有人提出了將電視信號數字化的問題,但直到1982年才有德國ITT集團研制成了PAL制電視接收機的一套電視信號數字處理芯片。1988年10月,CCITT制定了H.261數字視頻壓縮標準,開創了數字電視技術的新時代。1991年和1993年國際標準化組織又分別制定了JPEG、MPEG-1和MPEG-2數字視頻壓縮標準。
美國開播衛星直播數字電視后沒有制定相應的標準。歐洲則于1993年9月從聯合尤里卡EU-95計畫(模擬分量MAC過渡到HDTV)轉向數字視頻廣播(DVB)項目。參加DVB集團的包括了從電視制作到傳送各個環節的25個國家的200家公司與組織。DVB的衛星廣播(DVB-S)、有線電視(DVB-C)與地面廣播(DVB-T)的技術標準都已制定完畢,并均以MPEG-2為基礎,相應業務也在許多國家開通。短短幾年時間,已從標準化進入商品化,實用化和產品化階段,并以驚人的速度發展。
一、數字衛星直播電視如火如荼
二、有線電視向有線通信電視轉化
視頻業務音頻業務資料業務話音業務
模數調多音單雙可個電
擬字頻路樂向向視人話
節節廣數點分分電通通
目目播字播配配話信信
音式式
頻
多加單雙圖本網本入網入路解向向文地內地Internet內公模擾分分廣信通信通用
擬節配配播息信息信電
節目式式發查信
目布詢網
非實電視游其逆全
實時話頻戲他程程
時點點點點家圖圖
點播播播播庭文文
播業
務
從上圖可見,未來的有線通信電視網絡除了傳統的視頻業務外,還可實現音頻業務、資料業務和話音業務三大類功能,各種業務均可實現雙向服務,能夠極大地滿足人的信息需求。有線通信電視網不僅是有線電視技術發展的必然趨勢,符合電視技術發展的自然規律,而且也是電視媒體因應新的網絡媒體挑戰的必由之路。
目前,有線電視網的綜合利用是有線通信電視階段技術發展的熱點。從國外發展規律來看,綜合利用首先是從準視頻點播開始的,然后再發展電話和數據傳輸。有線電視網綜合利用在世界上有些項目已有成功的應用,如電纜電話、電纜游戲等。特別在電纜電話方面,美歐的不少電話公司已經完成了電纜電話實驗。一些有名的通信專業設備公司已經開始生產有線電視中的通信設備,如AT&T、摩托羅拉、貝爾等。從目前的造價來看,電纜電話的造價已接近普通電話的雙絞線傳輸方式,隨著電纜電話的普及,普通電話在價格上和功能上肯定將無法與電纜電話相比。另外,不少綜合利用的軟件開始推向市場,如微軟、IDS等公司。不少有線電視網絡設備廠家在綜合利用的實驗中也扮演了積極的角色,如同通用順材、科學亞特蘭大等。有不少計算機廠家和通信專業廠家,如SGI、HP、AT&
amp;T、貝爾、摩托羅拉、阿爾卡特等也躋身于這一行業。所有這些大公司努力的目標都是要將有線電視網作為進入“信息高速公路”的最后接入網,有線通信電視前途一片光明。
三、地面無線數字電視有了突破性進展
首先,電視的傳播方式趨向多元化發展。現有的傳播模式由于其不可替代的第一時間傳播優勢及權威優勢會在相當長的時間內繼續存在下去,與此同時,新的,與現有模式互補的模式將會出現。如果我們把現有電視傳播模式看作是瀑布式的傳播模式,那么,新的傳播模式可以描繪成會員式的模式。在這種新的模式中,人們夢寐以求的電視信息傳播由單向傳播變為雙向傳播成為真正的可能。
傳播學者的研究表明,人際傳播與大眾媒介傳播各有長短,都不是最完美的傳播方式。人際傳播過程中,由于人體全部的感官(視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺)都可能要接受刺激,傳播雙方在這種全身活動上建立起的面對面的傳播關系比大眾傳播可以更完整、更有效地傳遞信息,信息迅速交換的機會多,來往傳遞容易,獲得反饋的機會多。人際傳播的弱點是復制能力和信息保存能力差,傳播覆蓋面有限,無法滿足工業社會的信息需求。大眾傳播擁有更好的復制、保存能力,傳播迅速、有效,因而更能適應大眾社會的普遍需要。但受到傳統傳播技術手段限制,在傳播的反饋、傳播速度控制、滿足特別需要的能力等方面不盡人意。信息高速公路上的電視傳播結合了大眾傳播和人際傳播的優點。它既可以繼續大眾傳播大范圍傳播的優勢,滿足社會的普遍需要,又可以兼顧人際傳播的特點,滿足個人的特別信息要求。
新的傳播模式中,電視的順時序傳播限制將不復存在。數字化的隨機存取特性,使人們再也不必陷入被動的等、換、棄的收看方式,而是擁有更多的選擇,通過流覽器設置菜單,受眾能夠隨時方便地調看需要的信息,也可以點播自己喜愛的節目。電視的時間版面消失了,人們可以像流覽報紙一樣,按自己的興趣和愛好流覽電視。不僅如此,電視還將具有“超媒體”功能,使傳受方式更接近于人的思維方式。所謂“超媒體”,是“超文本”(hypertext)的延伸,超文本這個詞指的是互聯程度很高的文字敘述,或具有內在聯系的信息。在印刷報刊中,信息量受書籍本身的物理性質所限定,而人的思維卻是非線性、跳躍性的。在閱讀過程中,我們總會聯想到一連串的疑問,由于版面的限制,總有太多疑問無從獲得答案。這種現象在受時間限制的電視接收過程中表現更為突出。“網絡電視”的情況卻完全不同,網絡空間是無限的,要表達一連串想法,可以通過一組多維指針(pointer)來進一步解釋、引申或辯明。閱讀者可以選擇激活某一消息的解釋、引申部分,也可以完全不予理睬。整個文字結構仿佛是一個復雜的分子模型。句子可以擴張,字詞可以當場給出定義,各種觀點都可以被打開,從多種不同的層面予以詳盡分析。此外,電視還能提供一種雙向開放信息流通方式,者與使用者之間可以實時直接交流信息,當然,這種雙向交流的最終實施程度,還受到許多因素的制約。比如,面對眾多的信息接受者的反饋信息,者是否有精力和時間一一處理等等。但畢竟,技術上的可能性,使得雙方的互相反饋有了極大程度的提高。
其次,電視信息傳播的范圍和時效將得到進一步大幅度的提高。信息高速公路將使電視信息傳播不受時間、地點、頻道、國界、氣候等影響,只要網“撒”到哪里,網上的信息就通向哪里,并且可時時更新內容。這將有利于提高世界信息的傳播速度,促進遠隔重洋的各民族科技文化的及時交流。媒體在參與本地競爭的同時,不得不面向全球去拓寬生存空間,國際傳播成為未來傳播業的發展方向。
第三,電視與其它傳統新聞傳媒的界限日益模糊。尼葛洛龐帝在他的《數字化生存》一書中指出:“多媒體領域真正的前進方向,是隨心所欲地從一種媒介轉換到另一種媒介”。多媒體綜合了報紙、廣播、電視等大眾媒體的功能,將文字、聲音、圖像、動畫等要素結合起來,給信息使用者以全方位的、多維的信息,并且可以根據自己的需要選擇接受的形式。光纖信道和網絡技術協議能將電視網、電話網和計算機網三網合一,使三大傳統媒介開始走向高度的綜合,網絡和服務分開運作是未來的趨勢。最后,也許媒介的區別會演變為專業數據庫的專業區別,接受媒介的形式卻由用戶根據需要來選擇。隨著受者可選擇資源的急速增加,傳者的控制地位日益失落。但是,可選擇資源的魚目混珠狀況,也將使日益忙碌的人們陷入無所適從的境地,因而,主頻道將仍然是人們信息的主選來源,而主體媒體的權威確立,不再由政府行為來左右,更多地將取決于自身良好的過往紀錄。媒體必須有更強的責任感,必須更加謹慎地核對信息來源的準確性以贏得受眾的信賴。
數字化使傳送質量大幅度提高,信息的品質得到優化;數字化使電視頻道顯著增加,將進一步促使電視節目從廣播向窄播發展;數字化使傳播方式從單向傳送向雙向甚至多向傳送轉化,促使了傳播互動和多項業務的實現。數字化技術及其發展必須引起電視傳播從業人員高度重視和積極參與
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【論文摘要】本文首先探討了近似計算在靜態分析中的應用問題,其次分析了納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊,最后電子技術在時間與頻率標準中的應用進行了相關的研究。因此,本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值。
一、近似計算在靜態分析中的應用
在電子技術中應運中,近似計算貫穿其始終。然而,沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術中往往行不通,也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差,但這個誤差控制得好,不會對分析其它電路產生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握,特別是如何應用近似計算。
在工作點穩定電路中的應用要進行靜態分析,就必須求出三極管的基電壓,必須忽略三極管靜態基極電流。這樣,我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。
二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級,因此,其機理和現有的電子元件截然不同,理論方面有許多量子現象和相關問題需要解決,如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此,納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面,其主要表現在以下幾個方面。
(1)納米Si基量子異質結加工
要繼續把現有的硅基電子器件縮小到納米尺度,最直截了當的方法是采用外延、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中,不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的,構建成納米尺度的量子勢阱,這種結構稱作“半導體異質結”。
(2)分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線,但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上;另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管,Purdue University等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展,但該技術何時能夠走出實驗室進入實用,仍無法斷言。
(3)超高密度量子效應存儲器
超高密度存儲量子效應的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件,它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統提供海量存儲手段。但是,有了制造納米電子邏輯器件的能力后,如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰。
(4)納米計算機的“互連問題”
一臺由數萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結構及合理整體布局,而整體結構問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說,就是計算結構中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內,并極快地使用和產生信息,需要有特殊的結構來控制和協調計算機的諸多元件,而納米計算元件之間、計算元件與外部環境之間需要有大量的連接。就現有傳統計算機設計的微型化而言,由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”,這樣就有一些幾何學上的考慮和限制,連接的數量不可能無限制地增加。因此,納米計算機導線間的量子隧穿效應和導線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
(5)納米 / 分子電子器件制備、操縱、設計、性能分析模擬環境
當前,分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發展,利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環境,并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題,目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術手冊
交互式電子技術手冊經歷了5個發展階段,根據美國國防部的定義:加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數據庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在,大多數電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是,各類電子技術手冊雖然代表不同的發展階段,但是各有優點,較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優點。
簡單的說,電子技術手冊就是技術手冊的數字化。為了獲取信息的方便,數字化后的數據需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式,電子技術手冊的發展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術在時間與頻率標準中的應用
時間和頻率是描述同一周期現象的兩個參數,可由時間標準導出頻率標準,兩者可共用的一個基準。
1952 年國際天文協會定義的時間標準是基于地球自轉周期和公轉周期而建立的,分別稱為世界時(UT)和歷書時(ET)。這種基于天文方面的宏觀計時標準,設備龐大,操作麻煩,精度僅達10- 9 。隨著電子技術與微波光譜學的發展,產生了量子電子學、激光等新技術,由此出現了一種新穎的頻率標準——量子頻率標準。這種頻率標準是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標準。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標準,如(133 Cs)頻標、銣原子頻標、氫原子作成的氫脈澤頻標、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標等等。這樣做后,將過去基于宏觀的天體運動的計時標準,改變成微觀的原子本身結構運動的時間基準。這一方面使設備大為簡化,體積、重量大減小;另一方面使頻率標準的穩定度大為提高(可達10- 12 —10- 14量級,即30 萬年——300 萬年差1 秒)。1967 年第13 屆國際計量大會正式通過決議,規定:“一秒等于133 Cs 原子基態兩超精細能級躍遷的9192631770 個周期所持續的時間”。該時間基準,發展了高精度的測頻技術,大大有助于宇宙航行和空間探索,加速了現代微波技術和雷達、激光技術等的發展。而激光技術和電子技術的發展又為長度計量提供了新的測試手段。
總之,在探討了近似計算在靜態分析中的應用問題、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊后,廣大科技工作者對電子技術在時間與頻率標準中的應用知識的初步了解和認識。在當代高科技產業日漸繁榮,尖端信息普遍進入我們生活之中的同時,國家經濟建設和和諧社會的構建離不開我們科技工作者對新理論的學習和新技術的應用,因此說,本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值是不足為虛的。
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從70年代開始,在自關斷器件發展中就是的電力電子技術進入到了逆變時代,在這一時期由于能源危機就讓交流電機變頻調速因節能效果明顯而有了很大程度上的發展,雖然已經實現了逆變以及整流,但在工作的頻率方面還不高。到了80年代,集成電路技術開始從大規模和超大規模的方向得到了迅猛發展,一些以MOSFET和IGBT作為代表的大電流以及高頻和高壓功率的半導體復合器出現以來,電力電子技術在這一階段已經進入到了發展的重要時期,多樣化的新型器件都已經應用在了電路技術當中,同時向著復合化和模塊化的方向進行發展,在性能上更加的完善可靠,為用電的設備高效節能等提供了重要基礎。
2電力電子技術在現階段的實際應用探究
2.1電力電子技術在交通運輸中的實際應用
新時期電力電子技術得到了迅速發展過程中,已經在諸多的領域有了應用,其中在電氣化的鐵道交通當中就對電力電子技術有了廣泛應用,在電氣機車當中的直流機車就是對整流裝置進行的應用,而交流機車方面就是對變頻裝置進行的應用。另外,在磁懸浮列車當中的電力電子技術的應用比較關鍵,有著諸多的地方需要電力電子技術的支持才能夠使得磁懸浮列車得以順利的運行,不僅在牽引電機傳動方面,在各種的輔助電源方面也需要這一技術的支持。而在電動汽車的電機方面也是需要電子裝置對電力進行轉換才能夠起到控制驅動的作用。在船舶以及飛機等對電源的使用也有著很大的不同,所以在對電力電子技術的應用上也比較的關鍵。
2.2電力電子技術在家用電器中的實際應用
新時期電力電子技術在人們日常生活中的家用電器方面的應用也比較的廣泛,這對人們的生活提供了很大的方便,其中洗衣機是生活中常用的家用電器,在電力電子技術的應用下能夠代替人工工作,只需要將衣服放進洗衣機按下按鈕,就能夠通過電力電子技術的功能支持完成整整個洗衣的過程。還有就是在廚房洗碗機家用電器的電力電子技術的應用上和洗衣機的原理類似,在空調器的電力電子技術的應用上能夠起到節能作用,實踐證明能夠節約30%的電能,而電頻熒光燈在工作效率上要比普通的能的效率高很多。
2.3電力節能中的電力電子技術的實際應用
在我國的經濟得到迅速發展的過程中,也在能源的消耗上付出了很大的代價,尤其是在電力能源的消耗上比較嚴重。當前的工業和電力的結合已經成了發展的必需條件,所以在電力能源的消耗上逐漸的增加,主要就是由于電力能源而對穩定以及利用率高等諸多優點。從我國整體的工業發展情況來看,在工業的用電方面還存在著一些不合理的情況,尤其是在用電的效率上得不到有效提高,從而造成了嚴重浪費的現象,在當前的可持續發展理念深化背景下節約電力能源是可持續發展理念實踐的一個內容,通過對電力電子技術的實際應用能夠有效的將電源的消耗程度有效的降低,在電力電子技術的作用下,能夠對電力設備得到性能上的優化以及節約原材料的使用,這樣就能夠最大化的對電力能源進行節約。
2.4電力電子技術在發電環節中的實際應用
隨著我國對新能源的開發利用,例如風力發電以及水力發電等,這其中就涉及到發電機的電流頻率的變換,水力發電功率要取決于水頭壓力以及流量,而這對機組的最佳轉速變化也會產生影響,為能夠將最大的有效功率得以實現,就需要通過調整轉子勵磁電流頻率促進機組的變速運行。另外在大型的發電機相對靜止勵磁控制方面正是采用的晶閘管整流自并勵的方式,省去了勵磁機中間的慣性環節。
3結語
關鍵詞:數字簽名;電子文件;城市建設
中圖分類號:C912.8 文獻標識碼:A 文章編號:1674-4144(2010)06-53(3)
作者簡介:張蘊連云港市城建檔案館館長副研究館員
隨著信息化的迅猛發展,城市建設領域電子文件與電子檔案大量產生并廣泛應用,如何保證信息時代城鄉建設活動的真實歷史記錄長期保存和隨時利用,已成為各地城市建設部門,特別是城建檔案管理部門所面臨的一項緊迫而艱巨的任務。
住房和城鄉建設部在《2009年城鄉建設檔案工作要點》通知中指出,積極開展城建檔案信息化建設,認真貫徹落實行業標準,《建設電子文件與電子檔案管理規范》(CJJ/T117),積極組織開展建設工程電子檔案的接收,以電子檔案為突破口,積極推進信息化建設。電子檔案的接收要注重真實性、有效性、完整性,保證電子文件的長期可讀和永久保存。
電子檔案管理面臨諸多難題,比如可靠性問題、采集轉換問題、數據格式一致性問題等。其中,電子檔案的法律效力問題,是檔案信息化建設中必須解決的首要問題。電子檔案數據若不能獲得法律認可,不具有法律效力,就失去了電子“檔案”的意義和永久保存的必要。如何解決這一難題?電子簽名技術應運而生。
所謂電子簽名,是指數據電文中以電子形式所含、所附用于識別簽名人身份并表明簽名人認可其中內容的數據。通俗點說,電子簽名就是通過密碼技術對電子文檔的電子形式的簽名,并非是書面簽名的數字圖像化,它類似于手寫簽名或印章,也可以說它就是電子印章。基于PKI的電子簽名被稱作“數字簽名”。數字簽名是電子簽名的一種特定形式。
《中華人民共和國電子簽名法》已于2004年8月頒布,2005年4月1日起施行。《電子簽名法》規定電子簽名與傳統手寫簽名和蓋章具有同等的法律效力。有了《電子簽名法》的保駕護航,電子文件的接收與歸檔工作就有了新的突破,檔案信息安全性、可靠性及有效性將得到有力保障。
一、數字簽名技術發展現狀
隨著電子商務和電子政務的發展,電子簽名得到了廣泛的應用,為了增強電子文件及資料的安全性,有關國際組織和許多國家相繼制訂了電子簽名法。聯合國貿易法委員會的《電子簽名示范法》、歐盟的《電子簽名指令》、美國的《國際國內商務電子簽名法》,以及日本、韓國等國家的有關立法,對保障電子文件的有效性和安全性起到了重要的作用。
實現電子簽名的技術手段有很多種,但目前比較成熟的,世界先進國家普遍使用的電子簽名技術還是”數字簽名”。由于保持技術中立性是制訂法律的一個基本原則,目前還沒有任何理由說明公鑰密碼理論是制作簽名的唯一技術,因此有必要規定一個更一般化的概念以適應今后技術的發展。但是,目前電子簽名法中提到的簽名,一般指的就是“數字簽名”。
在數字簽名技術出現之前,曾經出現過一種“數字化簽名”技術,這種簽名技術,簡單地說就是在手寫板上簽名,然后將圖像傳輸入電子文檔,這種“數字簽名”可以被剪切,然后粘貼到任意文檔上,這樣使得非法復制變得非常容易,所以這種簽名的方式是不安全的,不能被廣泛應用。而數字簽名技術與數字化簽名技術是兩種截然不同的,與“數字化簽名”不同的是,數字簽名與手寫簽名形式毫無關系。它實際上是使用了信息發送者的私有密鑰變換所需傳輸的信息。對于不同的文檔信息,發送者的數字簽名并不相同。沒有私有密鑰,任何人都無法完成或非法復制。從這個意義上來說,
“數字簽名”是通過一個單向函數對要傳送的報文進行處理,從而得以認證報文來源并核實報文是否發生變化的一個字母數字串。
目前最為成熟的數字簽名技術,即采用公鑰理論中的數字簽名技術,結合PKI公鑰基礎設施,實現行為不可抵賴以及數據完整性保障的功能。數字簽名是數字簽章產品的核心,但是數字簽名是不可見的,這與傳統的簽字、蓋章的流程表現形式相去甚遠。
二、數字簽名技術工作原理
數字簽名,是通過某種密碼運算產生一系列符號及代碼,組成電子密碼進行簽名,是一種類似寫在紙上的,但使用了公鑰加密領域的技術實現,用于鑒別數字信息的方法。一套數字簽名,通常定義兩種互補的運算,一個用于簽名,另一個用于驗證。數字簽名了的文件的完整性很容易驗證,不需要騎縫章、騎縫簽名,也不需要筆跡專家。其驗證的準確度是一般手工簽名和圖章驗證無法比擬的,而且數字簽名具有完整性、真實性、不可抵賴性。數字簽名可以有效解決電子文件的否認、偽造、篡改及冒充等危險。
原理:每個人都有一對“鑰匙”(數字身份),其中一個只有本人知道(密鑰),另一個是公開的(公鑰)。簽名的時候用密鑰,驗證簽名的時候用公鑰。又因為任何人都可以落款聲稱她/他就是你,因此公鑰必須由接受者信任的人(身份認證機構)來注冊。注冊后身份認證機構給你發~數字證書。對文件簽名后,你把數字證書連同文件及簽名一起發給接受者,接受者向身份認證機構求證是否真的是用你的密鑰簽發的文件。
數字簽名的算法很多,應用最為廣泛的三種是:Hash簽名、DSS簽名、RSA簽名。
三、數字簽名技術在城市建設工程電子文件中的應用分析
隨著數字化城建檔案館建設進程的加快,電子檔案的數量逐漸增多。它們一部分來源于新進館的信息,一部分是由其它載體形式信息向數字信息轉換過程中形成的。由于受載體的保管條件、存貯介質的穩定性和技術操作等因素的影響,電子文件容易造成信息的丟失或刪改,且不易被察覺,因此對電子檔案真實性的鑒別有一定難度。
(一)檔案管理工作提前介入城市建設工程電子文件的運作和管理。城市建設工程電子文件,是在工程建設過程中通過數字設備及環境生成,以數碼形式存儲于磁帶、磁盤或光盤等載體,依賴計算機等數字設備閱讀、處理,并可在通信網絡上傳送的文件。建設工程的電子文件主要包括工程準備階段電子文件、監理電子文件、施工電子文件、竣工圖電子文件和竣工驗收電子文件,涉及單位部門多,人員復雜。
在電子文件的形成、積累、歸檔、保管過程中,及時登記設備環境相關數據等,以保證電子文件歸檔的質量,生成電子文檔的專用軟件必須一同歸檔管理,以確保其信息的原始性、真實性和完整性。作為檔案長期保管的電子文件,應與相同內容的紙質文件或硬拷貝一同歸檔。為確保歸檔電子文件的完整性和有效性,應當從電子文件形成起,就進行妥善地管理,定期把符合歸檔條件的電子文件信息聯機傳送,在計算機網絡上集中,并按檔案管理要求的格式存儲到可長期保存的脫機載體上。具有保密要求的電子文件。上網時必須符合國家或部門的規定。要有必要的安全保密措施。電子文件嚴禁上開放網絡。
(二)加強電子文檔的形成、積累、歸檔、保管、利用的全過程管理,維護電子文檔的原始性。一是要注意對參加電子文檔制作和管理的人員進行審查和管理,同時還要對檔案工作人員進行經常性的教育,不斷提高其責任心和技術水平。二是要建立并嚴格實施電子文檔全程管理制度,對電子文檔的形成、收集、積累、保管、利用等方面做出明確的規定,分清職責范圍。三是建立電子文檔管理的記錄系統。應該為每一份電子文檔建立必要的記錄制度,從收集、積累開始就要記錄電子文檔的管理和使用情況,在其形成、處理和保管過程中,都有真實記錄可供查詢,來證實電子文檔的原始性、真實性。
(三)有效維護電子檔案真實性、安全性。文檔電子簽名是一種電子蓋章和文檔安全系統,可以實現電子蓋章即數字簽名、文檔加密、簽名者身份驗證等多項功能。對于簽名者的身份確認,文檔內容的完整性和簽名的不可抵賴性等具有重要作用。數字簽名應能夠利用公開的已知驗證算法來驗證。安全的簽名方案的使用將防止可能的偽造。我們可以為每一位工程人員做一個簽名的數字消息,同時做一個與簽名相應的驗證消息。相關單位的工程人員在“準確無誤”的圖紙等電子文件上“數字簽名”后歸檔,形成電子檔案。根據權限有權借閱電子檔案的人,可被授權擁有相應的驗證消息,從而達到瀏覽或下載圖紙的目的。這種加密體制下的電子檔案,既保證了它的有效性,符合了檔案法的要求,同時又有極好的安全性和保密性。
本征半導體摻雜后就是雜質半導體,非四價原子與四價原子在形成共價鍵中,得到電子成為負離子,失去電子成為正離子。N型半導體就是本征半導體摻入施主雜質所形成的,一個施主雜質原子在形成一個自由電子過程中變成了一個固定而不能移動的正離子,電子則為多數載流子,而本征激發產生的空穴只是少數載流子。相反,P型半導體則是本征半導體摻入受主雜質形成的,一個受主雜質原子在形成一個空穴過程中變成了一個固定而不能移動的負離子,空穴則為多數載流子,而本征激發產生的電子只是少數載流子。正是本征半導體摻雜后的得與失,使得雜質半導體的載流子數量有了量以及性質的改變,相對本征半導體的導電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質的改變,所以,一般不會作為普通導體應用。
二、PN結的失與得
PN結就是得與失的產物。P型半導體與N型半導體的交界面因多子極型以及濃度差別,形成多子擴散運動,N區的電子擴散到P區,P區的空穴擴散到N區,在交界區域原有的電中性被破壞,P區失去空穴留下了不能移動的雜質負離子,N區失去電子留下不能移動的雜質正離子。這些不能移動的帶電粒子集中在P區與N區交界面附近,形成空間電荷區。空間電荷區的逐步建立削弱了多子的擴散,而增強了少子的漂移。當多子擴散運動與少子漂移運動保持一種動態平衡時,交界面形成穩定的空間電荷區,即PN結。兩種不同極型的雜質半導體在交界面失去多子的過程,得到了一種導電性能獨特于雜質半導體導電能力的介質,帶來了半導體導電能力質的突變,這就是PN結的單向導電性,即正向偏置導通,反向偏置截止。復合的PN結,在制作工藝上的差別,分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導電性能表現了特有的控制性能,即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。
三、放大電路的得與失
晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構建一個放大電路,一個微弱的輸入信號從輸入端引入,在輸出端得到一個幅值足夠的輸出信號,表現了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量,淋漓盡致地表現出信號幅值放大的概念。殊不知,這種放大電路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的現象,而沒看到“失”的本質。在放大電路中,工作電源不僅僅只是提供合理的偏置,更主要擔負著能源作用。放大電路僅僅只是一個信號幅值變換的平臺,微弱的輸入信號能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負載上的能量消耗。最常見的一個事例就是人們日常使用的收音機,收音機就是一個典型的放大電路。手持式收音機沒有電池,不可能發聲,裝上電池后就可以接收電臺信號,伴隨聽的時間與音量的大小,電池的消耗程度或使用時間就會不同。沒有收音機,人們不可能感受到空中的電磁波能量,有了收音機而沒有電源也聽不到悅耳的音樂,電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以,嚴格意義上的放大電路是一個能源控制電路,放大電路的本質是弱小能量對大能量的控制。放大電路表面上得到了信號的幅值增大,實質上消耗了電源電能。
四、差分電路的失與得
單級放大電路的放大能力是有限的,總期望多級放大。多級放大電路是由若干級單級放大電路所組成,這樣單級放大電路之間就存在耦合關系,直接耦合是多級放大電路的典型結構形式,直接耦合的多級放大電路最突出的弊端就是零點漂移,零點漂移最核心的表現形式就是溫漂,解決零點漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個特性完全一致的單級放大電路復合而成,表現在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數一致。差分電路從理論到實用經歷了三個演變,即基本式差分電路、長尾式差分電路、帶恒流源的差分電路,這三個演變唯一不變的就是基本結構不變。通過電路分析不難得出結論,差分放大電路的差模增益與單級放大電路的增益是一樣的,然而,差分電路的共模增益接近零,有較大的共模抑制比,可以很好地抑制溫漂,而單級放大電路就無法解決溫漂問題。第一級放大電路溫漂決定了多級放大電路的溫漂,所以,集成運放的第一級總是差分輸入級。可見,差分電路通過“失去”硬件(增加結構等價的電路,增大電路成本),得到了對共模信號的抑制能力,而并不改變對差模信號的放大能力。
五、帶寬增益積的得與失
考核放大電路的性能表現在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數中,它們取決于放大電路組態、晶體管特性、電源以及應用的方式。在放大電路的時域分析過程中,總是期望放大電路的放大倍數越大越好,一級放大能力不夠就采取多級放大,以提高放大增益;在放大電路的頻域分析過程中,總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率,頻率響應范圍越寬越好,即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值,提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發現,提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個常數,放大電路的放大倍數增大幾倍,相應地該電路的帶寬就會減小幾倍,實際中,既要提高放大電路的增益又要擴展放大電路的帶寬,總是選取基區體電阻小、發射結與集電結電容效應小的高頻放大管。可見,放大電路帶寬增益積概念表現了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應的范圍。
六、反饋放大電路的得與失
反饋是自動控制的一個重要概念,反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段,在電子技術應用中運用極為普遍。負反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號,使得閉環增益相對開環增益減小了反饋深度倍,表面上損失了放大電路的增益,然而,對放大電路的其他性能技術指標得到了極大的改善,表現在增益的穩定性得到了提高;環內的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善;電路的帶寬得到了擴展;輸入電阻與輸出電阻得到了相應的改善。如電壓串聯負反饋放大電路,增大了輸入電阻,有助于電壓輸入信號的放大;減少了輸出電阻,有利于輸出電壓的穩定性。正反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端增強輸入信號,閉環增益相對開環增益進一步增大,這是信號發生電路擾動起振的必然要求。信號發生器不會有輸入信號或者說就是一個零輸入電路,電路接通電源瞬間形成電路換路情形,通過正反饋選頻網絡(RC或LC選頻網絡)把輸出端的信號有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大,這種無止境的放大也必然帶來輸出信號的非線性失真,所以在電路中為了防止輸出信號的非線性失真,總是需要設置輸出穩幅網絡。可見,信號發生電路由放大電路、正反饋選頻網絡、穩幅網絡三部分組成。穩幅的有效措施就是負反饋,所以,信號發生電路必須維持正反饋特性與負反饋特性的動態平衡。負反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術指標的改善;正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”,失去了輸出信號的線性度,實際中為了挽回這種“失”,再次引入負反饋特性。
七、橋式整流的得與失
小功率直流穩壓電源中整流的任務就是把交流電轉換成直流電,衡量整流電路性能的主要參數表現在兩個方面:(1)表征整流電路質量的參數,有輸出電壓和脈動系數;(2)表征整流電路對整流元件要求的參數,有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低,脈動系數大;全波整流輸出電壓高,脈動系數小。然而,全波整流不僅需要降壓變壓器的副邊引出中間抽頭,更主要對整流元件的反向耐壓提出了苛刻的要求,它是半波整流對整流元件反向耐壓值要求的兩倍。實際中,既要提高整流輸出電壓并減少紋波系數,又要對整流元件反向耐壓的要求不苛刻,有效的技術手段就是橋式整流,橋式整流相比全波整流,在電路結構上只是增加了兩個整流元件,但輸出效果等同于全波整流電路的整流;橋式整流電路對整流元件的要求等同于半波整流電路對整流元件的要求,把半波整流與全波整流各自的優勢整合在一個應用電路中。可見,橋式整流電路通過“失去”硬件(增加電路成本),得到了優于半波與全波整流電路的整流性能。
以“工作點穩定的放大電路”課程為例。上課之前,教師創設情境,隨之提出問題,規定時間,留給學生思考解答。例題如下:如圖1所示已知Rb=560KΩ,Rc=5KΩ,Vcc=+12V,VBCQ=0.7V。設三極管β值存在50和100兩種情況,請求解兩種情況下靜態工作點分別為多少?學生在解題以后,通過對結果的比較會發現,該電路中如果將三極管β值改變,那么他的靜態工作點也隨之變化。接著就可以深入挖掘引出新問題,當電路中三極管更換以后或者出現其溫度變化等原因時,三極管β值一定會受到影響發生變動,這樣就會導致靜態工作點出現不穩定的情況。到此教師便可以很順利的引出新課題———“如何讓放大電路的工作點保持穩定”。這樣的課前情境創設有兩點顯而易見的作用,既幫助學生復習了舊的知識點,又巧妙打開了學生思路,在合乎情理的情景下自然地引出了新課題。
(二)結合教學材料,啟發引導,合理假設
隨著新課題的呈現,教師應該提出有實質性引導意義的問題,啟發學生積極參與探究。例如:
(1)要想穩定電路的靜態工作點,應該對電路做出哪些改進;
(2)請詳細說明在你改進的電路中應用了哪些原理;
(3)針對你所設計的改進電路,請用有效的方式證明它對穩定靜態工作點的發揮了作用;
(4)如何計算你所改進的電路的輸入、輸出電阻和電壓放大倍數。然后,教師安排學生自學,讓他們閱讀思考教學資料,期間教師負責答疑。
(三)學生自主學習探索,檢驗假設
學生在進行自主性學習的過程中,需要依靠教師進行引導,通過這種方式,學生才能夠更好地完成閱讀與思考。對此本文對上述中的的問題提供了四點解決辦法,以此對探索學生自主學習提供幫助。與此同時在課堂當中教師可以通過讓學生發言的方式,幫助學生具備大膽設想的能力,形成具有創造性的邏輯思維。
(四)歸納總結,促進應用遷移
1.進行課后總結,幫助學生對本節課的知識結構重新梳理,讓學生在大腦中回放整節課程,加深學習印象。對于本節課可以從如下方面進行梳理,如:什么是分壓式偏置的放大電路,它的組成特點、工作原理是什么,如何計算靜態工作點。