电子装调工考证培训

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1、第一章 基础知识,模拟电子篇,第一节 线性电路的常用定理,补充知识,0.1 无源元件,1.电阻元件,电阻元件是一种消耗电能的元件。,伏安关系（欧姆定律）：,2电感元件,电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。,第一节 线性电路的常用定理,3.电容元件,电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。,0.2 有源元件,电压源与电流源,1.伏安关系,电压源：端电压为 ，与流过电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意，由外电路确定。,电流源： 流过电流为 ，与电源两端电压无关，由电源本身确定，电压任意，由外电路确定。,第一节 线性电路的常用定理,2. 特性

2、曲线与符号,电压源,电流源,第一节 线性电路的常用定理,一、欧姆定律,二、基尔霍夫电流定律（节电电流定律）,3条或3条以上支路的连接点称为节点。,电路中通过统一电流的每个分支称为支路。,电路中任意闭合路径称为回路。,第一节 线性电路的常用定理,表述一,表述二,在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。,在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。,3条支路 2个节点 3个回路,第一节 线性电路的常用定理,KCL通常用于节点，对于包围几个节点的闭合面也是适用的。,例：列出下图中各节点的KCL方程,解：取流入为正,节点,节点,节点,三式相加得：,第一节 线性电路的常用定理

3、,三、基尔霍夫电压定律（回路电压定律）,表述一,表述二,在任一瞬时，任一闭合回路中，电动势的代数和等于电压降的代数和。,在任一瞬时，任一回路电压的代数和恒等于零。,第一节 线性电路的常用定理,例1.1.1 如图电路， ， ， ， ， 试求各电阻中流过的电流及电阻两端的电压值。,解：设电流方向如图示，由节电电流定律，电流方程为,由回路电压定律,将已知电阻和电动势数据代入上式即可求出结果,第一节 线性电路的常用定理,四、叠加原理,在线性电路中，任何一条支路的电流（或电压），都是各个电源单独作用时在该支路中所产生的电流（或电压）的代数和。这就是叠加定理。,说明：当某一独立源单独作用时，其他独立源置零

4、。即：,例 如图 求电流,第一节 线性电路的常用定理,解：应用叠加定理，上图变为,第一节 线性电路的常用定理,五、戴维南定理,对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，都可以用一条含源支路即电压源和电阻串联的支路来代替，其电压源电压等于线性有源二端网络的开路电压，电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻。这就是戴维南定理。,第一节 线性电路的常用定理,例：用戴维南定理求图示电路的电流I。,解：(1)断开待求支路，得有源二端网络如图(b)所示。由图可求得开路电压UOC为：,第一节 线性电路的常用定理,(2)将图(b)中的电压源短路，电流源开路，得除源后的无源二端网络如图(c)所示，由图可求得

5、等效电阻Ro为：,(3)根据UOC和Ro画出戴维南等效电路并接上待求支路，得图(a)的等效电路，如图(d)所示，由图可求得I 为：,第一节 线性电路的常用定理,六、诺顿定理,诺顿定理描述了电压源与电流源之间的等效互换关系。一个内阻为 的恒压源 可以等效变换成一个内阻 为的恒流源 。其中,同样，一个内阻为 的恒流源 可以等效变换成一个内阻 为的恒压源 。其中,第一节 线性电路的常用定理,例1.1-2 试将下图所示电路变换成电压源和电流源形式，并求出 和 。,第一节 线性电路的常用定理,解： （1）将恒流源开路，恒压源短路，先求出等效电阻（如右图示）,（2）开路电压,按叠加原理求出 ，再用上式得出

6、,（3）最后由诺顿定律得出 和,一、 半导体基础知识,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,第二节 半导体二极管及整流电路,1. 半导体,半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。,热敏性 光敏性 掺杂性,2. 本征半导体,第二节 半导体二极管及整流电路,完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体的原子结构及共价键。,共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子

7、组成，称为束缚电子。,第二节 半导体二极管及整流电路,本征激发和两种载流子自由电子和空穴 温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。,第二节 半导体二极管及整流电路,空穴出现以后，邻近的束缚电子可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位，另一个束缚电子又会填补这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。,结 论 (1) 半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种

8、是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。 (2) 本征半导体中，自由电子和空穴结伴产生，数目相同。 (3) 一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。 (4) 温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。,3.杂质半导体,在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著 改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类： 电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为电子半导体。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称 为空

9、穴半导体。,第二节 半导体二极管及整流电路,（1） N型半导体在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、 砷（As）等，则构成N型半导体。五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组成的半导体晶 体 中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在与相邻的硅（或锗） 原子组成共价键时，因为多一个价电子不受共价键的束缚，很容易成为 自由电子，于是半导体中自由电子的数目大量增加。自由电子参与导电 移动后，在原来的位置留下一个不能移动的正离子。每个五价原子给出 一个电子，称为施主原子。,第二节 半导体二极管及整流电路,N型半导体的共价键结构,N型半导体中的载流子： (1) 由施主原子提

10、供的电子，浓度与施主原子相同。 (2) 本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子)，空穴称为少数载流子(少子)。,第二节 半导体二极管及整流电路,2、P型半导体,在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等，则构成P型半导体。三价的元素只有三个价电子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量，有可能填补这个空位，使原子成为一个不能移动的负离子。由于三价原子接受电子，所以称为受主原子。,P型半导体中的共价

11、键结构如右图,P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。,杂质半导体的示意表示,杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。,第二节 半导体二极管及整流电路,一、 半导体基础知识,选择题,1 空穴为少子的的半导体称为 AP型半导体 BN型半导体 C纯净半导体 D金属导体,B,2 本征半导体硅或者锗中掺入微量三价元素后，其中多数载流子是 A自由电子 B空穴 C正离子 D负离子,B,3 N型半导体的多数载流子是 A自由电子 B空穴 C正离子 D负离子,A,此外：该部分还会出现一些填空题之类的，关键考察对杂质半导体的掌握情况,4 杂质半

12、导体中的少数载流子的浓度取决于 A掺杂浓度 B制造工艺 C晶体结构 D温度,D,第二节 半导体二极管及整流电路,二、 半导体二极管,1.PN结及其单向导电性,利用半导体的制作工艺，在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN结具有单一型半导体所不具有的新特性，利用这种新特性可以制造出各种半导体器件。如二极管、三极管和场效应管等。,（1）PN结的形成,多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动。,第二节 半导体二极管及整流电路,扩散运动的结果，在交界面P区一侧因失去了空穴而出现负离子区；而N区一侧因失去自由电子出现了正离子区。

13、 正负离子都被束缚在晶格内不能移动，于是在交界面两侧形成了正、负空间电荷区。在空间电荷区内可以认为载流子已被“耗尽”，故又称耗尽区或耗尽层。,空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。,第二节 半导体二极管及整流电路,（2）PN结的单向导电性,处于平

14、衡状态下的PN结没有实用价值。如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。当PN结在一定的电压范围内外加正向电压时，处于低电阻的导通状态。当外加反向电压时，处于高电阻的截止状态，这种导电特性，就是PN结单向导电性。,第二节 半导体二极管及整流电路,PN结外加正向电压： PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏。,PN结外加反向电压： PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏。,结论： PN结外加正向电压导通，加反向电压截止，即PN结具有单向导电性,第二节 半导体二极管及整流电路,2

15、. 半导体二极管,（1）二极管的结构及符号,半导体二极管是由一个PN结加上相应的电极和引线及管壳封装而成的。 由P区引出的电极称为阳极（正极），N区引出的为阴极（负极）。 因为PN结的单向导电性，二极管导通时的电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。,二极管按材料的可分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。 按结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管等。,第二节 半导体二极管及整流电路,（2）二极管的电流方程及伏安特性,I 通过二极管的电流；U 加在二极管两端的电压；Is二极管的反向饱和电流；UT温度的电压当量UT=kT/q。k是玻尔兹曼常数，,当外加正向电压UUT时：,当外加反向电压|U|UT时,第二节 半导体二极管及整流电路,二极管两端的电压U及其流过二极管的电流I之间的关系曲线，称为二极管的伏安特性曲线。用实验的方法，在二极管的正极和负极加上不同极性和不同数值的电压，同时测量流过二极管的电流值，就得到二极管的伏安特性。,