Jack Kilby成功发明的首个集成电路是将一只晶体管、数个电阻器和一个电容器嵌置在一片不到半英尺长的锗片上制成的。无论用哪种标准衡量,这种装置都只能用粗糙来形容,但示波器屏幕却显示这块集成电路确实能够运作。
Jack Kilby时常调侃说,如果他知道自己发明的首个可实际使用的集成电路在接下来的40年一直被人们所运用,他一定会“把它设计得美一点”。
一代又一代电气工程师完成了他的这一愿望,而未来的接班人还将继续将他的原始设计变得更加完美。
但是,回到1958年,究竟是怎样的技术元件帮助Jack Kilby将其粗略的设计从设想变成现实呢?
早在九年前,贝尔实验室就发明了晶体管,由此打开了半导体电子学进步的大门。
贝尔的晶体管代替了此前体积大、成本高、易碎且功耗大的真空管。1950年代中期,晶体管开始出现在消费性产品和军事应用中。
然而,晶体管自身也存在弱点。部分应用要求将数千个晶体管与同样成千上万个传统元件手工连接在一起,从而组成电路。这项工作不仅耗时、成本高昂而且可靠性也令人堪忧。
除此之外,晶体管还存在另一个问题,工程师将该问题称为“数字暴力”,即电路系统中相互连接的晶体管与其他装置的绝对数量将导致晶体管应用停滞不前。其体积与重量也往往会使得它们无法在包括空中军事应用等众多装置中运行。只要一个元件出现问题,那么整个系统都会彻底瘫痪。
光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰,使通道上的信号杂讯比大为提高,主要有以下几方面的原因:
(1)光电耦合器的输入阻抗很小,只有几百欧姆,而干扰源的阻抗较大,通常为105~106Ω。据分压原理可知,即使干扰电压的幅度较大,但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小,只能形成很微弱的电流,由于没有足够的能量而不能使二极体发光,从而被抑制掉了。
(2)光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系,也没有共地;之间的分布电容极小,而绝缘电阻又很大,因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去,避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
(3)光电耦合器可起到很好的安全保障作用,即使当外部设备出现故障,甚至输入信号线短接时,也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
(4)光电耦合器的回应速度极快,其回应延迟时间只有10μs左右,适于对回应速度要求很高的场合。