中级综合录井工培训教程和题库

职业技能鉴定培训教程及题库

中级综合录井工

单

会名

委员

编审

刘磊孙祖岭孙金瑜

：

主任张建华向守源朱长根

：

副主任职丽枫李维明解树森中若霞纪安德

：

委员王

福丛冠新张杰史殿华宫宝柱

王志国郭学柱刘绍胜李孟洲丁传峰

海范积田

丁文庞宝森刘淑萍金淑华

崔万幸王远佳王奎陈风华苟兴超

(

周官火王阳福许召瑞张建国潘永疆

刘晓华丁守仁郑兴华张富贵郭俊武

冯朝富巩朝勋林立马文英何明虎

张贵祥张伟曹国瑞赵忠文潘殿军

申泽袁连军赵志明王存德

刖s

为提高石油工人队伍素质，满足职工培训I、鉴定的需要，中国石油天然

气集团公司人事劳资部、中油股份公司人事部共同组织编写了这套石油天然

气特有工种职业技能鉴定培训教材。

这套教材依据《国家职业标准》，参考《石油工人技术等级培训教材》

编写，每工种一本分初级、中级、高级、技师、高级技师五个级别。在教材

编写过程中坚持以职业活动为导向，以职业技能为核心的原则，注重知识与

技能相结合。本教程是工人学习专业技术、提高技能水平，参加职业技能鉴

定的主要学习材料。

本书由大港油田集团公司组织编写，宋庆彬主编，王松、张绍明、陈中

普、王成喜、王丽娟、陈玉新、甄建、王建社、李培良、赵毅等参加编写，

最后经集团公司职业技能鉴定中心组织专家进行了终审，参加审定的人员有

XXX单位XXX、XXX、XXX、XXX等。

编者

2002年6月

国家职业标准(综合录井工)

1.基本要求

1.1职业道德

1.1.1遵守法律、法规和有关规定；

1.1.2爱岗敬业、忠于职守、自觉认真履行各项职责；

1.1.3工作认真负责、严于律己、兢兢业业、能吃苦耐劳;

1.1.4努力学习专业知识、刻苦钻研业务技术；

1.1.5谦虚谨慎，团结协作；

1.1.6严格执行质量、安全健康环保管理制度；

1.1.7服务意识强，坚持文明生产。

1.2基础知识

1.2.1石油地质基础知识

(1)钻井地质基础知识；

(2)石油地质基础知识。

1.2.2电工学基础知识

(1)直流电基本知识；

(2)欧姆定律；

(3)交流电基本知识；

(4)电路基础知识；

(5)磁场。

1.2.3电字学基础知识；

(1)半导体基础知识；

(2)二极管的结构、特性；

(3)三极管的结构、特性；

(4)放大电路基础知识；

(5)逻辑电路基础知识。

1.2.4法定计量单位转换

1.2.5计算机基础知识

(1)计算机基本组成及工作原理；

(2)WINDOWS操作系统基础知识；

(3)文字处理操作基础知识。

1.2.6管理体系基础知识

(1)质量管理体系基础知识；

(2)健康安全环境体系基础知识。

2.工作要求

中级

职业

工作内容技能要求相关知识

功能

1.能安装拆卸大钩负荷、立管压力、

（-）安装拆卸录套管压力传感器

井设备2.能安装拆卸硫化氢传感器相应传感器安装方法及注

1.安装拆卸传感3.能安装拆卸绞车传感器意事项

器4.能安装拆卸泵冲、转盘转速、电

扭矩、液压扭矩传感器

1.能架设传感器信号线

2.能架设钻井液脱气器气体管线

2.架线3.能架设外接电源与钻井液脱气器架线方法与原则

供电电源电缆线

4.能架设引绳

1.能连接各类传感器信号线至信号

3.连接信号面板面板信号面板、接口与采集箱体

及接口2.能连接信号面板与接口或采集箱连接方法

体通讯线

1.能进行计算机网络连接

4.连接计算机系2.能进行计算机系统与信号接口或计算机网络系统连接方法

统采集箱体的通讯连接

一

、

综1.碳酸盐岩含量测定仪组

合1.能组装连接碳酸盐岩含量测定仪成

录5.连接辅助设备2.能组装泥（页）岩密度计2.泥（页）岩密度计结构

井3.能安装钻井液蒸储脱气器系统3.钻井液蒸储脱气器系统

组成

1.能调试绞车、泵冲、转盘转速传

感器

（二）调试录井设

2.能调试液位、电导率、温度、流

备相应传感器调试方法

量传感器

1.调试传感器

3.能调试立管压力、套管压力传感

器

1.能调试煌组分检测仪1.气体检测系统调校方法

2.能调试全燃检测仪2.气测仪刻度曲线绘制方

2.调试气测系统

3.能调试非煌检测仪法

4.能绘制气测仪刻度曲线

1.碳酸盐岩含量测定仪调

试方法

1.能调试碳酸盐岩含量测定仪2.泥（页）岩密度计调试方

2.能调试泥（页）岩密度计法

3.调试辅助设备

3.能调试热真空蒸储脱气器3.热真空蒸播脱气器调试

4.能调试氢气发生器、空气压缩机步骤

4.氢气发生器、空气压缩机

调试方法

（三）操作维护录

井系统设备1.能维护各类传感器

各类传感器工作原理

1.维护保养传感2.能判断传感器工作状况

器

2.维护保养钻井能判断钻井液脱气器-防堵器-吸湿

外部气路系统组成

液脱气器器-气管线的堵漏情况

1.能看懂气测系统气路流程图1.气测系统气路流程

2.能维护保养记录仪2.记录仪结构组成

3.维护使用信号3.能维护各信号面板3.热真空蒸储脱气器操作

面板4.能做钻井液样品全脱分析方法

5.能测定泥（页）岩密度4.泥（页）岩密度分析方法

6.能完成碳酸盐岩含量测定5.碳酸盐岩含量测定步骤

1.相关资料收集原则

4,采集数据信息能进行采集样品分析化验

2.样品分析化验方法

1.实时采集系统维护方法

1.能维护实时采集处理系统

5.维护计算机处2.录井参数异常变化判断

2.能判断录井参数异常变化

理系统标准

3.能编制录井资料图表

3.图表编制操作方法

1.能维护氢气发生器和配制碱液1.氢气发生器维护方法

6.维护辅助设备

2.能维护空气压缩机2.空气压缩机维护方法

1.能整理原始图表

（四）整理资料综合录井资料整理规范

2.能回放各种录井图表

目录

第一部分基础知识

第一章地质基础知识

第一节钻井地质知识

第二节石油地质基础知识

第二章电工学基础知识

第一节交流电基础知识

第二节电路基础知识

第三章电子学基础知识

第一节半导体基础知识

第二节半导体二极管的伏安特性

第四章法定计量单位转换

第一节压力法定计量单位

第二节重量/质量法定计量单位

第三节密度/比重/梯度法定计量单位

第四节其他法定计量单位

第五章计算机基础知识

第一节EXCEL电子表格制作

第二节计算机网络基本概念

第三节INTERNET基本知识

第二部分操作技能与相关知识

第一单元拆卸安装录井设备

第二单元调试录井设备

第三单元操作维护录井系统设备

第四单元整理资料

第三部分理论考试试题

第四部分技能考试试题

第一部分

基础知识

第一章地质基础知识

第一节钻井地质知识

一、钻前准备

（…）地质预告编制

地质预告编制应遵循的原则：实现优质、安全钻进、及时发现、保护油气层。

（二）地质交底

1.介绍工区的勘探形势、本井的地质任务、钻探目的以及完钻原则等。

2.介绍本井录取地质资料的具体要求和取全取准地质资料的具体措施，

提出需要工程方面协作配合的内容。

3.详细介绍邻井钻遇油气水的层位、井深、地层压力等情况，预告本井

钻遇相应油气水层的层位、深度、压力及建议采取的相应对策。

4.详细介绍邻井钻遇的井下复杂情况，预告本井可能出现的情况及应该

采取的措施。

（三）钻前检查

开钻前甲方负责人应组织钻井平台经理或工程技术负责人、录井队队长或地

质师对钻前安装和准备工作做一次全面检查。

检查的主要内容有：

1.设备安装是否满足取资料采集录取要求，包括高架槽坡度、振动筛性

能、筛布、洗砂样水管线、高架槽装防爆灯、烘砂样的蒸汽管线等。

2.场地布置、各种器材、原始记录、表格、化学药品等是否齐全完好。

3.气测、综合录井队是否到现场、安装运转是否良好。

4.钻具、表层套管是否丈量，规格是否符合设计要求。

5.值班房内的布置是否符合标准化的要求，各项规章制度和取全取准地

质资料的措施是否制定。

6.是否进行了地质交底。

二、钻时录井

（-）钻时曲线的绘制

在方格厘米纸上以纵坐标表示井深，单位m,比例尺1：500,横比例尺可

视钻时变化大小和图幅规格而定。绘图时先将钻时点按纵横比例点在图上，各点

首尾相连，即成钻时曲线图。再在曲线相应位置上用符号或文字标明接单根、起

下钻、换钻头位置及钻头类型、卡钻、取心钻进和蹩、跳钻等情况。

（二）钻时曲线的应用

钻时曲线主要用于岩性解释和岩屑的分层定名；其次用于与邻井的地层对

比，结合录井剖面图，可以很好地卡准取心层位、潜山界面和完钻层位等；止匕外,

还可为钻井工程计算纯钻进时间、选择钻头类型、更换钻头服务。

三、岩屑录井

,从取全取准岩屑的分析中已不难看出影响岩屑录井的主要因素是井深是否

准确。当井深准确时，返出时间的精确与否则是影响岩屑录井的主要因素。

以下影响因素都是围绕返出时间（迟到时间）来描述的。

（-）钻头类型和岩石性质的影响

刮刀钻头钻屑呈片状和块状，牙轮钻头钻屑较细且呈粒状，砂岩、泥岩、页

岩的钻屑形态差异很大。片状岩屑面积大，浮力也大，上返速度也快；粒状、块

状屑岩与钻井液接触面积小，上返速度就较慢，返出时间就会延长。

（-）钻井液性能的影响

钻井液性能不适应地层，造成井壁坍塌，岩屑混杂，使岩屑代表性变差。

（三）钻井参数和井眼的影响

钻井参数主要指钻井液排量的变化。钻井液排量频繁变化将直接影响返出时

间，造成岩屑代表性不强，甚至失真。井眼不规则也影响钻井液的上返速度，在

大井眼处上返慢，携带岩屑能力差，造成岩屑混杂；在小井眼处钻井液流速快，

上返也快。所以井眼不规则造成岩屑上返时快时慢，直接影响返出时间的准确性，

使岩屑代表性变差。

（四）下钻或划眼作业使上部地层的岩屑与新岩屑混杂返出，造成岩屑失真。

四、岩心录井

（一）取心的种类

取心分水基、油基钻井液取心和密闭液取心三大类。

1.水基钻井液取心--成本低，工作条件好，是比较广泛采用的一种取心方

法。但其最大缺陷是钻井液对岩心的冲刷作用大，浸入环带深，所取岩心不能完

全满足地质的要求。

2.油基钻井液取心--多数在开发准备阶段采用，其最大优点是保护岩心不

受钻井液冲刷，能取得接近油层原始状态下的油水饱和度资料，为油田储量计算

和开发方案的编制提供准确的参数。但其工作条件极差，对人体危害大，污染环

境，且成本高。

3.密闭液取心--这种方法仍采用水基钻井液，但由于取心工具改进和内筒

中的密闭液对岩心的保护免受钻井液的冲刷和浸泡，能达到近似油基钻井液取心

的目的。

（二）岩心出筒、丈量和整理

1.岩心的出筒及清洗

1）岩心出筒前应丈量岩心内筒的顶底空，顶空是岩心筒内上部无岩心的空

间距离，底空是岩心筒内下部（包括钻头）无岩心的空间距离。

2）岩心出简

a.岩心出筒的关键在于保证岩心的完整和上下顺序不乱。

b.岩心出筒的方法有多种，现场常用的方法有手压泵出心法、钻机或电

葫芦提升出心法、水泥车出心法等。

c.接心特别注意顺序：先出筒的为下部岩心，后出筒的为上部岩心，应

依次排列在出心台上，不能倒乱顺序。

3）岩心清洗

岩心全部出完后要进行清洗，但对含油岩心要特别小心，不能用水冲洗，只

能用刮刀刮去岩心表面的泥饼，并观察其渗油、冒气情况且做好记录。对油气显

示好的岩样要封蜡保存，送样分析化验。

2.岩心丈量。

1）丈量岩心

a.判断真假岩心：假岩心松软，剖开后成分混杂，与上下岩心不连续,

多出现在岩心顶部；凡超出该筒岩心收获率的岩心要特别注意，只有查明井深后，

才能确定是否为上筒余心的套心。

b.岩心丈量：岩心清洗干净后，对好岩心茬口，磨光面和破碎岩心要

堆放合理，用红铅笔或白漆自上而下划一条丈量线，箭头指向钻头的方向，标出

半米和整米记号。岩心由顶到底用尺子一次性丈量，长度精确到cm。

2）岩心收获率计算

岩心收获率=实取心长度（m）/取心进尺（m）X100%；

每取心一筒均应计算一次收获率，当一口井取心完毕，应计算出全井岩心收

获率（平均收获率）；

总岩心收获率=累计岩心长（m）/累计取心进尺（m）X100%

计算结果应保留到小数点后两位。

3.岩心整理

将丈量好的岩心，按井深顺序自上而下，从左到右依次装入岩心盒内，然后

进行涂漆编号。

岩心编号的密度一般以20~30cm为宜。在本筒范围内，按自然断块自上而

下逐块涂漆编号，或用卡片填写后贴在该块岩心之上。这一方法对破碎和易碎的

岩心尤为适用。

盒内筒次之间的岩心用档板隔开，并贴上岩心标签，注明筒次、井段、收获

率和块数，便于区分和检查。

（三）岩心采样和岩心保管

1.岩心采样

1）采样要求

a.油浸以上的油砂每米取10块，油斑和含水砂岩每米取3块；

b.碳酸盐岩类、一般岩性每米取1~2块，油气显示段及缝洞发育段每

米取5块；

c.样品长度一般5~8cm,松散岩心取300g。

2）注意事项

a.采样前首先要落实岩心顺序，核对岩心长度；

b.采样时应将岩心依次对好，沿同一轴面劈开，用同一侧岩心取样，

另一侧保存；

c.用作含油饱和度分析的样品，必须在出筒后两小时内采样并封蜡；

d.厚层油砂和水砂，每米采一块样品，并填写标签，用纸包好；

e.样品必须统一编号，从第一筒岩心到最后一筒岩心顺序排列，不能

■筒心编一次号；

f.岩心样品分析项目由地质任务书或使用单位确定；

g.采样完毕应填写送样清单一式三份（两份上交、一份自存），并随样

品送分析化验单位。

2.岩心保管

将岩心装箱后，应按先后顺序存放在岩心房内，严防日晒、雨淋、倒乱、人

为损坏、丢失。每取一个井段的岩心后应及时要求管理单位验收，验收合格后，

将岩心送岩心库统一保管。入库时要求填写详细的入库清单，包括井号、取心井

段、取心次数、心长、进尺、收获率、地层层位、岩心箱数等。

综上所述，钻井取心作业中岩心出筒的工作要点如下--

1.丈量岩心筒内顶空和底空高度，计算岩心长度；

2.按顺序进行岩心出筒，并放入专用的岩心筒或岩心盒内；

3.清理岩心表面，并进行岩心描述；

4.标识或进行特殊要求如采样、封蜡作业；

5.做存放和搬运处理。

五、荧光录井

（-）概述

1.原理

石油是碳氢化合物，除含烷烧外，还含有叫电子结构的芳香烧化合物及其

衍生物。芳香烧化合物及其衍生物在紫外光的激发下，能够发射荧光。原油和柴

油，不同地区的原油，虽然配制溶液的浓度相同，便所含芳香经化合物及其衍生物

的数量不同，n一电子共趣度和分子平面度也有差别，故在365nm附近紫外光的

激发下其荧光强度和波长是不同的，这种特性称为石油的荧光性。根据石油的这

种特性，将现场采集的岩屑浸泡后通过荧光录井仪分析，便可直接测定砂样中的

含油量。

2.荧光录井的优缺点

优点：

1）灵敏度高，对肉眼难以鉴别的油气显示，尤其是轻质油，能够及时发现。

2）可以区分油质的好坏和油气显示的程度，正确评价油气层。

3）在新区新层系以及特殊岩性段，可以配合其它录井手段准确解释油气

显示层，弥补测井解释的不足。

4）测试成本低,方法简便易行，可系统照射，对落实全井油气显示极为重

要。

缺点：

1）荧光录井是在岩屑录井的基础上进行的，受到岩屑录井准确程度的影响。

2）受油气浸、泡油等因素影响。

（-）现场荧光录井方法

现场常用荧光录井方法有：岩屑湿照、干照、点滴分析和系列对比。

1.岩屑湿照和干照

这是现场使用最广泛的一种方法。它的优点是简单易行,对样品无特殊要求,

且能系统照射，对发现油气显示是一种极为重要的手段。为了及时有效地发现油

气显示，尤其对轻质油，各油田采取了湿照和干照相结合的方法，使油气层发现率

有了很大的提高。

岩屑湿照是系统逐包普照,在荧光灯下观察是否有荧光显示。含油岩屑在紫

外光下呈现浅紫、淡黄、黄、亮黄、棕、棕褐色等，发现发光岩屑后将其挑出，填

写标签〈井深、岩性等〉装袋,备进一步分析之用。

在设计目的层段，有目的地采用湿照，能及时发现油气显示,可避免烘烤、晾晒

造成的油气挥发。

为提高荧光录井的可靠性,在现场还必须排除假显示、混入油和成品油的影

响、矿物发光。

判断原油和矿物发光的方法:将挑出的发光岩屑放在无荧光显示的空白滤纸

上，滴上氯仿或四氯化碳等有机溶剂，放入紫外光下观察，滤纸上有荧光痕迹者为

原油显示.无显示者为矿物发光。

第二节石油地质知识

一、石油、天然气的生成

（-）生成油气的物质基础是古生物

1.有机物质的来源

有机物质就是生活在地球上的生物的遗体。沉积岩中含有大量的古生物，特

别是作为大古生物生存养料的低等生物数量更大，这种有机物质在有的粘土岩中

含量可以达到1%~3%,它们就是生成石油和天然气的物质基础。

2.有机物质中哪些可以转变为石油和天然气

有机物质的成分相当复杂，主要包含有脂肪、蛋白质、碳水化合物、木质、

树脂、蜡等。一般认为，除树脂和木质外，其他的成分都可以转变成油、气。

（-）有机物质的保存

地球上的有机物质是极丰富的，但并不是所有的有机物质都能转化成油、气,

其中有的将被氧化而遭到破坏，另一部分在还原环境中得以保存，进而转化成油、

气。因此缺氧的还原环境是有机物堆积和保存的必要条件。乏氧沉积环境的出现

受下列因素的影响：

1.地壳长期缓慢地下降，且下降幅度能不断地被沉积物所补偿。

2.浅海区的陆棚、海湾、泻湖及内陆湖泊的深水、半深水区是生油最有利

的地区。

3.大地构造位置：沉积盆地所处大地构造位置对有机物质的保存有重要意

义。据目前已掌握的资料来看，油、气绝大多数分布在地台区的台向斜和边缘坳

陷，褶皱区的山前坳陷、山间坳陷和中间地块等大构造单元之中。

4.古地形：沉积盆地内，各部分下降速度是不均的，盆底古地形常常发生

变化，形成相对水下洼地和水下隆起。二者相对而言，洼地较宁静，便于有机物

质的堆积和保存，隆起水流较动荡，易形成分选好的储集层。这样的古地形是生

油物质堆积、保存、以及油气储藏的良好场所。

5.没有强烈回返现象，但具有小幅度的多旋回的地壳运动。

（三）有机物质向石油、天然气转化的物理生物化学条件

1-温度；

2.压力；

3.细菌活动；

4.氢化作用；

5.催化作用。

（四）油气生成的主要阶段

1.生物化学生气阶段；

2.热催化生油气阶段；

3.热裂解生凝析气阶段；

4.深部高温生气阶段。

第二章电工学基础知识

第一节交流电基础知识

一、交流电的基本概念

（一）周期电流

大小和方向均随时间做周期性变化的电流叫周期电流。

（二）周期、频率

在一定时间段T内，电流的变动完成一个循环，下一个T时间段内重复

变动，此时间段T就称为周期。周期的单位是秒（S）,有时也用毫秒（mS）、

微秒（US）、纳秒（nS）来表示，其换算关系为

lS=103mS=106nS=109nS

单位时间内电流变动所完成的周期数，称为频率，用f表示，单位为赫兹。

频率为周期的倒数，f=l/T,其单位为赫兹（Hz）,有时也用千赫（kHz）、兆

赫（MHz）、吉赫（GHz）来表示，其相互间的换算关系为

1Hz=10-3kHz=10《MHz=10-9GHz

（三）交流

1.定义

大小和方向均随时间变化，而在一个周期内平均值等于零的周期电流，

称之为交流。

2.交流电瞬时值

交流电流或交流电压在任意时刻的值叫做它们的瞬时值，因为它们是时

间的函数，故其数学符号用i（t）和u（t）来表示。

3.交流电方向

对于交流电，通常情况下，应给出电流的参考方向，这样当电流的实际

方向和所给出的电流方向一致时，就认为电流值为正，反之为负；对于交变

电压而言，就AB段电路，若指定其参考方向从A指向B,那么当某一瞬间

A点的电位高于B点时，电压为正值，反之为负值。

综合录井系统内所用的交流电，通常其交流电压为220/380V、频率

50Hz/60Hzo

4.正弦交流

随时间变化的电流按正弦规律变化的交流，被称之为正弦交流。

在综合录井系统内，变压器、真空泵内交流电机、稳压电源、室内照明

都应用了正弦交流电。

5.交流电路

当电路中通过的电流为交流时，此电路被称为交流电路。

二、正弦电流、电压

（一）正弦电流

参考方向

图2-2-1正弦电流曲线

对于图2-2-1所示的正弦交流电流来讲，其数学表达式为

i=Imsin（31+w）（2-2-1）

式中i是电流的瞬时值，Im是该电流的最大值或振幅，3为角频率，W为初

相位，3t+W称为相位。

1.振幅：正弦交流在某个瞬间达到最大值，这个值被称为该交流参量的极大

值或振幅。一般规定瞬时值用小写字母表示，如电流瞬时值用i表示、电

压瞬时值用u表示、电动势的瞬时值用e表示；而各参量的振幅则采用其

大写字母附下标m来表示，如电压的振幅则用Um表示。

2.周期：正弦函数变化一周即2m弧度所用的时间叫周期，用T来表示，单

位S秒）。

3.频率：正弦函数在一个周期即2n弧度内重复变化的次数，用f来表示，

单位Hz（赫兹），f=l/To

4.角频率：正弦量每秒变化的弧度数，用3表示，单位为弧度/S。

5.相位：反映正弦量在交变过程中瞬时值的大小和方向的3t+w被称为正弦

量的相位。

6.初相：3t+w中当t=0时的相位，即W。

7.参考正弦量：初相为零的正弦量被称为参考正弦量。

8.正弦量的三要素：正弦量的特征表现在正弦量的大小、变动的快慢及初始

值三个方面，而其确定则相应地由振幅（或极大值）、频率（或角频率）和

初相来完成。振幅、频率和初相被称为正弦量的三要素。

（二）正弦量之间的关系

正弦量间的相位差是反映它们相互关系的一个重要标志。

1.相位差：任意两个同频率的正弦量，它们相位间的差值被称为相位差。如

一个正弦电压和一个正弦电流--

u=Umsin（31+wJ

i=Imsin（3t+W2）（2-2-2）

它们间的相位差为①=（3t+Wi）-（3t+W2）=Wd如果①=Wi-W，O,就

说电压u超前电流I一个由角度，即电压u比电流I先①个角度达到正的最大值

或零值。

2.初相差

两个同频率的正弦量的相位差，被称为初相差。如果相位差为零，则称两

正弦量为同相，即同时达到正的最大值和零值；当相位差为90。时，则称它们

为相位正交；当两正弦量的相位差为180。时，则称它们为反相位。

(三)周期电流的有效值

以周期电流1=101$皿31+山)为例，其有效值l=Im/评7071m。

上述规律，对正弦电压和正弦电动势同样适用，即

正弦电压的有效值U=Um/万0.707Um

正弦电动势的有效值E=Em//*0.707Em

(四)电子元件中的正弦电流

1.电阻中的正弦电流

对交变电流、电压的瞬时值来讲，欧姆定律同样适用，即假设有正弦电

流i=Imsin3t通过电阻R(电流和电压的参方向一致)，贝IJ

u=Ri=RImsinwt=Umsin«t(2-2-3)

显然Um=RIm,有效值U=RI

电阻R通过正弦电流的瞬时功率为

2

p=ui=UmImsin«t(2-2-4)

当电压与电流的方向始终一致时，瞬时功率正值，电阻R吸收功率；当电

压与电流的方向相反时，瞬时功率为负值，此时电阻R释放功率。

通常情况下，要求掌握的功率是指平均功率。所谓交变电流的平均功率是瞬

时功率在一周期内的平均值，三叫g功功率。按电压和电流的有效值计算电阻中

的平均功率，则P=umim/(vT)=UL

2.电感中的正弦电流

当正弦电流i=ImSin3t通过电感时，电感两端的电压

u=Ldi/dt=3LImcos31=3LImsin(wt+n/2)=Umsin(3t+n/2)

(2-2-5)

由上式可知电感的电压u与电流i均是同频率的正弦量，电压的极大值Um=

3LIm，其相位超前于电流90°也就是电感两端的交变电压达到极大值的时

间比电流早1/4个周期。

由于Um=3LIm，3=2JIf,则感抗值

XL=Um/Im=U/I=«L=2nfL(2-2-6)

所谓感抗是指电感中电流极大值(或有效值)与电压极大值(或有效值)的

比值，它带有阻止电流通过的性质，其单位与电阻的单位相同。感抗与角频率和

电感的关系表明感抗随频率的增高而变大，随电感值的升高而变大，值得注意的

是感抗只对正弦量有意义，对直流则无意义，也就是说电感元件对直流来讲相当

于短路。

在正弦电流情况下，电感中的瞬时功率为

p=ui=UmImcos31sin3t=22Iip/oscotsinwt=UIsin2wt

1'(2-2-7)

由上式可知正弦电流下的电感的瞬时功率也是一正弦量，其频率为电流频率

的两倍，而在一个周期内电感中的平均功率P=0,即电感中只存在磁场能量与外

部能量的转换，不消耗功率，但其极大值为

UI=I2Xi=u7X).(2-2-8)

3.电容中的正弦电流

当一电容两端被施加一正弦电压u=Umsin3t时，电容中将有电流通过，若

电压u与电流i的参考方向一致，则

i=Cdu/dt=wCUmcoswt=wCUmsin(«t+n/2)=Imsin(wt+n/2)

(2-2-9)

由上式可知电容中的电流i与电压u是同频率的正弦量，电流的极大值Im=

3CUm,相位超前于电压90°。

把电容中电流极大值(或有效值)与电压极大值(或有效值)的比值，叫电

容的电抗，简称容抗(Xc),它带有阻止电流通过的性质，其单位与电阻的单位

相同。

Xc=Um/Im=U/I=l/(3C)=l/(2nfC)(2-2-10)

容抗与3、C有关。频率愈高，电容两端充放电的速度愈快，则容抗愈小，

通过的电流愈大；电容愈大，容抗愈小，相同频率下，电容两端移动的电荷愈多，

通过的电流愈大。

当电容两端通过直流时，由于3=0,则容抗为无穷大，即电容的“隔直通交”

作用。容抗只对正弦电流有意义。

在正弦电流情况下，电容中瞬时功率为

p=ui=UmImsinCJtcost=UIsin23t(2-2-11)

显然它同电感具有一样的特征，在一个周期内所吸收的平均功率为零。

第二节电路基础知识

一、电路基本定律

(-)基本概念

1.支路

所谓支路就是电路中每个分支。在图2-2-2中，ACB、AB、ADB均为

支路。其中有电源的支路为有源支路；无电源存在的支路为无源支路。图

2-2-2中，ACB、AB为有源支路，ADB为无源支路。

A

RiR2bR3

|cID

-Zl-E2

EiT

B

图2-2-2具有两个电源的电路

2.节点

所谓节点是在电路中三个或三个以上支路的连接点。图2-2-2中有

两个节点A、B,而C则不是节点。由此可知支路是连接两个节点的一段

电路。

3.回路

电路中任何一个闭合路径，称之为回路。在图2-2-2中共有三个回

路，即ACBA、ADBA、ACBDAo

(二)电路的基本定律

1.基尔霍夫电流定律

在电路中，流入任一节点的电流必等于流出该节点的电流，这一定

律就是基尔霍夫电流定律。该定律确定了节点处电流间的关系，是“电荷

守恒”的一种反映--任一节点处的电荷既不能产生也不会消灭。

对于图2-2-2而言，其节点A处，流入的电流为I”流出的电流为

12和卜，根据基尔霍夫电流定律则有

Ii=12+13(2-2-12)

如果流入节点A的电流为正，流出节点A的电流便为负，则有

EI=0

即Ii-l2-b=0(2-2-13)

由此我们可以这样需述基尔霍夫电流定律：在电路中的任一节点处，

其电流的代数和为零。

应注意的是节点处流入与流出的电流的正负，取决于电流的参考方

向是指向节点还是离开节点，如果以流出节点的为正，那么流入节点的便

为负。而每个电流的正负值取决于电流的实际方向是否与参考方向一致，

通常一致为正，相反为负。

基尔霍夫电流定律同样适合于包围着几个节点的闭合面。在图2-2-2

中虚线以上部分可以看成是一个闭合面，将该闭合面视为一个节点，则其

电流的代数和为零。

2.基尔霍夫电压定律

在电路中，任一回路内各段电压的代数和为零，这一定律就是基尔

霍夫电压定律。该定律确定了回路内各段电压间的关系，反映了电压与路

径无关的性质。

£U=0(2-2-14)

对于图2-2-2而言，根据基尔霍夫电压定律，其回路ACBA有

UAB=UAC+UCB

在计算回路电压时，通常需规定一个绕行回路方向，凡电压的参考或

实际方向与回路绕行方向一致的，此电压为正，反之为负。

3.欧姆定律与基尔霍夫电压定律的结合

任一回路内，电阻上的电压降的代数和等于电动势的代数和，即

X(IR)=£E(2-2-15)

对于图2-2-2中回路ACBA有

EI+E2=IR+I2R2

二、电阻串并联电路

(一)电阻的串联

所谓电阻的串联是指将多个电阻一个接一个地连接在一起，而电阻

串联电路则是由多个电阻串联所构成的单一支路的简单电路。图2-2-3所

示的电路为电阻串联电路，即Ri、R2、R3串接在一起形成一个支路。

串联电路有如下特点：

1.根据基尔霍夫电流定律可知，通过各电阻的电流是同一个电流1；

2.根据基尔霍夫电压定律，串联电阻两端的总电压U等于各个电阻

上电压的代数和；

3.应用欧姆定律可推导出：几个电阻串联时.，总电阻等于这几个电阻

之和；

4.等值电阻所消耗的功率等于各电阻消耗的功率总和。即

I=I1=I2=l3

U=U1+U2+U3（2-2-16）

R=R]+RZ+R3

P=Pj+P2+P3

图2-2-3中A、B为电阻串联电路的端点，U为A、B两端电压，I为电路总

电流，Ui、U2、U3为电阻Ri、R2、R3各自两端的电压、R为串联电路的等效电

阻（又称总电阻）。

（二）电阻的并联

所谓电阻的并联是指将多个电阻两端分别连接在一起，而电阻并联电路则

是由多个电阻并联而构成的多个支路（每个电阻为一个支路）的简单电路。图

2-24所示的电路为电阻并联电路，即Ri、R2、R3并接在一起形成三个支路。

图2-2/电阻的并联

并联电路有如下特点：

6.根据基尔霍夫电压定律可知，各电阻两端的电压是同一个电压U；

7.根据基尔霍夫电流定律，并联电阻两端的总电流I等于各个电阻上电

流的代数和；

8.应用欧姆定律可推导出：几个电阻并联时，总电阻的倒数等于各电阻

倒数之和；

9.等值电阻所消耗的功率等于各电阻消耗的功率总和。即

U=U1=U2=U3

LI1+I2+I3

1/R=1/R|+1/R2+1/R3^G=GI+G2+G3

P=P]+P2+P3(2-2-17)

图2-2，中A、B为电阻并联电路的端点，I为总电流、U为A、B两端电

压，Ii、L、b为流经电阻Ri、R2、R3各支路的电流、R为并联电路的等效电阻

（又称总电阻）。

（三）电阻串并联电路

电阻串联和并联相结合的连接方式，叫电阻的串并联。在电阻串并联电路中,

如果已知总电压，欲求各电阻上的电压和电流，求解的一般步骤为：

1.首先求出这些电阻的等效电阻；

2.应用欧姆定律求出总电流；

3.利用基尔霍夫电流和电压定律分别求出各电阻上的电压和通过的电

流。

A———

—►R)

I

uR2

B

图2-2-5电阻串并联电路

对于图2-2-5,它是一个由三个电阻串并联所组成的电路，R2、R3

并联与Ri相串联，如果U已知，各电阻阻值已给出，则求解电流I、h、

L、b、Ui、U2、U3的步骤如下：

解：已知U、Ri、R2、R3

由电阻串并联原理

则电路等效电阻R=RI+R?R3/（R2+R3）

由欧姆定律

有电路总电流I=U/R

根据基尔霍夫电流和电压定律

有通过电阻Ri的电流1尸1

电阻Ri两端的电压Ui=I,Ri

电阻R2、R3两端的电压U2=U3=U-U1

通过电阻R2的电流L=U2/R2

通过电阻R3的电流b=U3/R3

第三章电子学基础知识

第一节半导体基础知识

一、漂移电流和扩散电流

（一）漂移电流

载流子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动。

漂移运动产生的电流称为漂移电流。电场越强，则载流子的漂移速度越快,

漂移电流就越大；载流子的浓度越大，则漂移运动的载流子数量越多，漂移电流

也越大。

（-）扩散电流

如果半导体内载流子浓度分布不均匀，那么无需电场力作用，载流子便会

从浓度高的区域向浓度低的区域运动。

由于浓度差而引起的定向运动，称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的

电流称为扩散电流。扩散电流的大小与载流子浓度梯度成正比，与电场强度和载

流子浓度无关。

二、PN结

（―）平衡状态的PN结

当P型和N型半导体接触在一起时一，因为多数载流子扩散运动的结果，在

交界处形成一个空间电荷区，产生自建电场，自建电场又引起少数载流子的漂移

运动，两种运动的效果相抵消时，形成一个平衡的PN结。

当两种半导体结合在一起时，在交界面上有很大的载流子浓度差，N型区

中电子浓度高，P型区中空穴浓度高，电子和空穴都要由浓度高处向浓度低处扩

散，于是，有一些N区中的电子要扩散到P区去，有一些P区中的空穴要扩散

到N区去。

（二）外加正向电压时的PN结

PN结外加正向电压时，空间电荷区变窄，有利于多数载流子扩散，小的正

向电压，就能产生大的正向电流，正向电阻小，PN结表现为导通状态。正向电

流的方向是从P区流向N区。

PN结中正向电流的传输过程是：N（或P）区的多数子电子（或空穴）扩

散到P（或N）区，在P（或N）区边界上形成非平衡少子积累，然后一边扩散

一边与多子复合，少子扩散电流通过复合转化为多子的漂移电流。正向电压越大,

边界积累的非平衡少子越多，浓度梯度越大，扩散电流也越大。

（三）外加反向电压时的PN结

加反向电压时，外加电场的方向与自建电场的方向一致。在外加电场的作

用下，两个区中的多数载流子背离交界面移动，因而空间电荷区变宽，空间电荷

量增多，势垒加高，不利于多数载流子的扩散运动。

外加反向电压时，空间电荷区变宽，阻止多子扩散，由少子形成反向电流,

反向电流很小，且不随反向电压增加而增加，反向电阻很大，PN结表现为截止

状态。

（四）PN结的伏安特性

PN结的伏安特性有两个特点：

1.PN结具有单向导电性。加正向电压时，电流大，电阻小，呈导通状态;

加反向电压时，电流小，电阻大，呈截止状态。

2.PN结的伏安特性是非线性的。无论正向或反向，电流与电压都不成正

比，PN结的电阻与所加电压的极性和大小都有关。

（五）PN结的反向击穿

加大PN结的反向电压到某一值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN

结击穿，发生击穿所需的电压称为击穿电压。

PN结有雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。实践和理论分析表明：击穿电压小

于4V的属于齐纳击穿，击穿电压高于6V的属于雪崩击穿，介于两者之间的，

其击穿机理可能都起作用。

PN结上加反向电压超过一定限度时，会产生反向电流突然剧增，这种现象

叫做PN结击穿。发生齐纳击穿和雪崩击穿时，只要限制击穿后的电流，便不会

损坏PN结。但是如果击穿后电流很大，温度升高，发生热击穿，就会导致PN

结损坏。

（六）PN结的电容效应

PN结存在电容效应。PN结的电容由势垒电容和扩散电容两部分组成。

势垒电容是指空间电荷区宽度随外加电压改变所产生的电容效应。

扩散电容是指PN结两侧积累的非平衡载流子数量随外加电压改变所产生

的电容效应。

PN结的电容是对交流小信号而言的。PN结反向工作时，势垒电容起主要

作用，正向工作时扩散电容起主要作用，PN结的面积增大时，PN结的电容也增

第二节半导体二极管的伏安特性

二极管的核心是一个PN结，二极管的伏安特性具有以下特点：

（-）正向电压很低时，正向电流非常小，属于弱导通状态，通常称这个区域

为死区。只有当外加电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这一电压值，

称为死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V,错二极管的死区电压为0.1V。实

际应用中，常近似认为在死电压范围内，二极管正向电流为零，不导通。

（二）正向电压大于死区电压之后，正向电流开始明显增加，并且随着正向电

压加大，电流增长很快，二极管的等效电阻变得很小，呈现充分导通状态。

（三）当正向电流较大时一，实际特性比理论曲线更接近于直线。因为正向电流

较大时，PN结的电阻减小，相比之下，与之串联的P区和N区的体电阻及电极

引线等电阻成为二极管电阻的主要部分，这些电阻都是线性的，不随工作电流而

改变。