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电工电子基础知识电子电工培训1

第一章电工基础知识电路的基本组成组成：电源、负载和中间环节。手电筒电路

电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。电子电工培训1电子电工培训1电源是将其他形式的能量转化为电能的装置负载是取用电能的装置，通常也称为用电器。中间环节是传输、控制电能的装置。电子电工培训1二、电路的作用完成信号的处理和传递。

1.电力系统中：2.电子技术中：电子电工培训1

2电路的基本物理量1电流2电压电子电工培训1一、电流定义

带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。二、电流的单位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安)1电流三、电流的分类1、直流：当电流的量值和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。电子电工培训1

正电荷运动的方向。(客观存在）电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示()Riab常用英文小写字母i表示。直流电流常用英文大写字母I表示。电子电工培训12电压一、电压电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。（二）单位：（一）定义：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（三）实际方向：由高电位端指向低电位端电子电工培训1

二、电位（一）定义：把电路中任一点与参考点（规定电位能为零的点）之间的电压，称为该点的电位。也即该点对参考点所具有的电位能。

（电路中电位参考点：接地点，Vo=0）（二）单位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）电压的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示()，也可用+，-号表示+u-Ruab参考点的电位为零可用符号“”表示。电子电工培训1电路中两点之间的电压也可用两点间的电位差表示：注意电路中两点之间的电压是不变的，电位随参考点(零电位点)的选择不同而不同。如果A、B的实际电位为：ABUAB=4V电子电工培训1三相电源1三相交流发电机2三相电源电子电工培训1三相交流发电机主要组成部分：磁极三相绕组n单相绕组（是转动的，亦称转子）三相绕组的三相电动势幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120°。+++–+SN铁心绕组–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN1三相交流发电机电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面有槽，放入三相电枢绕组。电子电工培训12三相电源

三相电源是由三相发电机产生的频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相对称正弦电压。Um–Umt02

u1u3u2电子电工培训1数制电子电工培训11数制：（1）十进制（Decimalnumber）--逢十进一数码：0~9位权：10

i(123.45)10=(123.45)D（2）二进制（Binarynumber）--逢二进一数码：0，1位权：2i电子电工培训1十六进制的数码比较：十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制0000010011201023011341004510156110671117810008101010910019A111011B121100C131101D141110E151111F电子电工培训1第二章电子技术基础知识一、电子技术的发展

电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛！广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床交通：飞机、火车、轮船、汽车军事：雷达、电子导航航空航天：卫星定位、监测医学：γ刀、CT、B超、微创手术消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统电子电工培训1电子电工培训1电子电工培训1电子系统收音机电子电工培训1电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。从电子管→半导体管→集成电路1904年电子管问世1947年晶体管诞生1958年集成电路研制成功电子管、晶体管、集成电路比较电子电工培训1电子技术(ELCTRONICSTECHNOLOGY)：关于电子器件(DEVICES)与系统(SYSTEM)的科学研究与工程实用技术。在科学和工程应用上，把电子技术分为模拟电子技术和数字电子技术两大类。信号(SIGNAL)：载有信息的物理量。模拟(ANALOG)：连续变量。模拟信号(ANALOGSIGNAL)：以连续变量方式出现的物理信号。数字信号(DIGITALSIGNAL)：以数字或数据方式出现的物理信号。电子技术的基本内容介绍电子电工培训11)数字信号：离散性“1”的电压当量“1”的倍数介于K与K+1之间时需根据阈值确定为K或K+1任何瞬间的任何值均是有意义的2)模拟信号：连续性。电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类数字信号模拟信号电子电工培训1数字信号数字信号:时间和数值上都是离散的信号时间上离散---信号只在时间坐标的离散点上发生变化

数值上离散---各离散点上的信号数值是量化的（某个最小单位的整倍数）

电子电工培训1模拟信号：连续性。时间和数值上都是连续变化的物理量.大多数物理量为模拟信号。

模拟电路模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。电子电工培训1“模拟电子技术”特点处理对象：模拟信号处理目的：放大、稳定、滤波、产生信号分析方法：工程分析方法（抓住主要因素，忽略次要因素）难点：交流、直流叠加，工程分析方法电子电工培训1模拟信号：时间和数值上都是连续变化的物理量.数字信号:时间和数值上都是离散的信号电子电工培训1模拟电子技术(AnalogElectronicsTechnology)：处理模拟信号的电子技术。模拟电子技术的目的是，向工程实际提供各种模拟信号处理电子电路(系统)的分析(ANALYSIS)和设计(DESIGN)技术。模拟电路(ANALOGCIRCUITS)：处理模拟信号的电子器件组成的电子系统。数字电子技术(DigitalElectronicsTechnology)：处理数字信号的电子技术。数字电路(DIGITALCIRCUITS)：处理数字信号的电子器件组成的电子系统。数字电子技术的目的是，向工程技术提供各种数字信号处理电子电路(系统)的分析设计技术。电子电工培训1

导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。什么是半导体(semiconductor)

？

半导体(semiconductor)

－－硅（Si或Silicon

）、锗（Ge或Germanium

），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。还如硒、砷化镓和大多数金属硫化物、氧化物等都是半导体。电子电工培训1半导体元器件的发展1904年电子管问世1947年贝尔实验室制成第一只晶体管1958年集成电路1969年大规模集成电路1975年超大规模集成电路第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年的速度增长，到2015或2020年达到饱和。电子电工培训1值得纪念的几位科学家他们在1947年11月底发明了晶体管，并在12月16日正式宣布“晶体管”诞生。第一只晶体管的发明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）

1956年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于1972年第二次获得诺贝尔物理学奖。第一只晶体管的发明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一个集成电路及其发明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。42年以后，2000年获诺贝尔物理学奖。“为现代信息技术奠定了基础”。

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半导体的导电特性半导体的导电特性：对温度反映特别灵敏,可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质()，导电能力明显改变(如硼和磷等可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管、场效晶体管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(如镉、铅的硫化物与硒化物可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(如钴、镍、锰等的氧化物Impurity电子电工培训1本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。什么是本征半导体？无杂质稳定的结构本征半导体：化学成分纯净的半导体,在物理结构上呈单晶体形态。完全纯净的、晶体结构完整的半导体，称为本征半导体。本征半导体虽有大量的价电子，但没有自由电子，此时半导体是不导电的.电子电工培训1N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入三价元素后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体.在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。

无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。在本征半导体中掺入五价元素后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。在N

型半导体中自由电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）

。电子电工培训1

Si

Si

Si

Si价电子

价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理带正电的空穴hole

温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。带负电的自由电子freeelectron

在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。电子电工培训1+4+4+4+4+4+4+4+4+4半导体中存在两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。在一定温度下电子–

空穴对的产生和复合达到动态平衡。在本征半导体中，两种载流子总是成对出现称为电子–空穴对本征载流子的浓度对温度十分敏感电子–空穴对两种载流子浓度相等电子电工培训114.1.2N型半导体和P型半导体

杂质半导体杂质半导体：在本征半导体中掺入微量其他元素而得到的半导体。杂质半导体可分为：

N(电子)型半导体和P(空穴)型半导体两类电子电工培训1N型半导体和P型半导体掺入五价元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子

在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。

在N

型半导体中自由电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）

。动画(施主原子)

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体(N-typesemiconductor)。电子电工培训1N型半导体和P型半导体

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体(P-typesemiconductor).

掺入三价元素

Si

Si

Si

SiB–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。

在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。电子电工培训114.2PN结及其单向导电性14.2.1PN结的形成PNjunction多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结

扩散(diffusion)和漂移(drift)这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区电子电工培训11.PN结的形成

PN结的基本原理

在一块本征半导体的两边掺以不同的杂质，使其一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，则在它们交界处就出现了电子和空穴的浓度差，于是P区空穴向N区扩散，N区电子向P区扩散。

另一方面，随着扩散运动的进行，P区一边失去空穴留下负离子，N区一边失去电子留下正离子，形成空间电荷区，产生内建电场。电场方向由N区指向P区，有利于P区和N区的少子漂移运动，而阻止多子扩散运动。区区电子电工培训11.PN结的形成

扩散交界处的浓度差P区的空穴要向N区扩散N区的电子要向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留下带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN结动态平衡PN结的基本原理电子电工培训114.2.2PN结的单向导电性(uni-directconduction)1.PN结加正向电压（正向偏置forwardbias

）PN结变窄

P接正、N接负

外电场IF

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。扩散电流远大于漂移电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，PN结呈现低阻性，正向电阻很小,正向电流较大，PN结处于导通(ON)状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–电子电工培训1PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场

内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRP接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。动画–+PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止(cut-off)状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－电子电工培训1PN结的单向导电性VVDVSVS正向偏置，相当于开关闭合。反向偏置，相当于开关断开。VVD电子电工培训1外加反向偏置电压

反向电压与PN结内电场方向相同，增强内电场(变宽)。

漂移电流远大于扩散电流。

PN结呈现高阻性，反向电阻很大。

PN结不导电。漂移电流恒定，与反向电压大小无关，也称为反向饱和电流IS

。VI0IS电子电工培训1偏置电压PN结的单向导电性

PN结内电场P区N区正向偏置反向偏置PN结不导电PN结导电电子电工培训1晶体管(transistor)

基本结构(architecture)NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号(Symbol)BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管电子电工培训1半导体三极管(BipolarTransistor)NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB电子电工培训1基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大电子电工培训1小功率管中功率管大功率管电子电工培训1半导体三极管外形电子电工培训1电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB