电工学下第一章

绪

论一、电子技术的发展二、模拟电路与数字电路电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。1．电子器件电子器件的发展历程什么是电子技术?一、电子技术的发展

第一代电子器件电子管离子管电真空器件(1)

电子管d.电子受外加电场和磁场的作用，在真空中运动就形成了电子管中的电流。

电子管的结构和工作原理a.有密封的管壳，内部抽到高真空。b.在热阴极电子管中，有一个阴极。c.阴极可由灯丝加热，使温度升高，发射出电子。电子管的主要特点:a.体积大、重量重、耗电大、寿命短。b.目前在一些大功率发射装置中使用。(2)

离子管a.与电子管类似,也抽成高真空。b.管子中的电流，除了电子外，也有正离子。第二代电子器件——晶体管晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件(semiconductordevice)或者固体器件(solid-statedevice)。晶体管的主要特点:a.体积小、重量轻。b.寿命长、功耗低。2．电子电路

电子器件与电阻器、电感器、电容器、变压器、开关等元件适当地连接起来所组成的电路。电子电路的主要特点:控制方便、工作灵敏、响应速度快等。(3)电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析电子电路与普通电路的主要区别:(1)电子电路包含有电子器件(2)电子器件的特性往往是非线性的电子电路分立电路集成电路分立电路:由各种单个的电子器件和元件构成的电路(3)体积大，功耗大，可靠性低。分立电路的主要特点:(1)把许多元件和器件焊接在印制电路板上。(2)焊点多，容易造成虚焊。8路数字显示抢答器电路集成电路（IC—integratedcircuit）——把许多晶体管与电阻等元件制作在同一块硅晶片上的电路.(1)体积小，重量轻。集成电路的主要特点:(2)功耗小。(3)可靠性高。(4)寿命长。世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了4只晶体管。集成电路发展的历程(1)小规模集成电路(元件数<100)(2)中规模集成电路(元件数100~999)(3)大规模集成电路(元件数1000~9999)(4)超大规模集成电路

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。3．电子技术应用有线载波通信、激光通信、光纤维通信等。特点：快速、灵敏、精确等。(1)通信系统无线电通信(包括广播、电报、电视等)、(2)自动控制在自动化技术中，电子控制是后起之秀。Google的自动驾驶汽车头顶一台探测半径为200英尺的激光雷达，内置GPS和计算机，带有前后距离雷达，自力更生跑长途完全不成问题。

(3)测量方面的应用电测量的主要特点:a.准确度和灵敏度高，测量范围广。b.可以智能化。c.可以进行远距离测量。a.电量测量b.非电量电测量例如:酒后驾驶能激光远程检测了,不用停车这套系统通过一束激光照射正在行驶中的汽车，并且配以反光镜和配套检测器。从而能检测到当前车内的酒精浓度，进而够确定驾驶者当前的血液酒精浓度。

(4)

电子技术对计算机的发展

20世纪40年代,第一台数字电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC)的一些参数:b.功率130kWa.使用了18,000个电子管c.质量达30td.占地约150m2e.运算速度约5000次/秒f.故障率高现代微型计算机的主要特点:a.采用了大规模和超大规模集成电路b.功耗低c.体积小d.重量轻e.运算速度快f.功能强大1.信号：是反映消息的物理量

信息需要借助于某些物理量（如声、光、电）的变化来表示和传递。

电信号是指随时间而变化的电压u

或电流i

，记作u

=

f(t)或I

=

f(t)。二、模拟电路与数字电路如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，因而信号是消息的表现形式。2.电信号由于非电的物理量很容易转换成电信号，而且电信号又容易传送和控制，因此电信号成为应用最为广泛的信号。二、模拟电路与数字电路3.电子电路中信号的分类

模拟信号对应任意时间值t均有确定的函数值u或i，并且u或i的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。

数字信号在时间和数值上均具有离散性，u或i的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量值时信号将毫无意义。*大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。4.模拟电路与数字电路

模拟电路：对模拟量进行处理的电路。4.模拟电路与数字电路

数字电路：对数字量进行处理的电路。第14章半导体器件14.3二极管14.4稳压二极管14.5双极型晶体管14.2PN结及其导电性14.1半导体的导电特性本章要求：

1.理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；

2.了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；

3.会分析含有二极管的电路。第14章半导体器件14.1半导体的导电特性导体绝缘体按导电性能自然界物质的分类物质结构＝原子核＋核外电子最外层电子数1~3个，距原子核较远，常温下导体内有大量的自由电子，因此，导电能力强。导电材料有银、铜、铝等。半导体最外层电子数通常4个，导电性能介于导体和绝缘体之间，具有光敏性、热敏性和参杂性。半导体材料有硅、锗、硒等最外层电子数6~8个，因距原子核很近而束缚力极强，绝缘体内几乎没有自由电子而不导电。如橡胶、云母、陶瓷等。14.1半导体的导电特性半导体的导电特性：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(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时,导电能力明显变化(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

(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。例如，在室温30℃时，在纯净锗中掺入亿分之一的杂质，电导率会增加几百倍。14.1.1

本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。价电子价电子

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这一现象称为本征激发。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下,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)。空穴本征半导体的导电机理

当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流

(1)自由电子作定向运动电子电流

(2)价电子递补空穴空穴电流注意：

(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；

(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。14.1.2N型半导体和P型半导体

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。掺入五价元素p+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，空穴是少数载流子。14.1.2N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。掺入三价元素

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。B–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。14.2PN结及其单向导电性14.2.1

PN结的形成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型半导体空间电荷区也称PN结扩散和漂移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。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区扩散的结果使空间电荷区变宽。内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。14.2.2PN结的单向导电性

1.PN结加正向电压(正向偏置)

P接正、N接负

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。PN结变窄外电场IF内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2.PN结加反向电压(反向偏置)外电场

P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN结变