电气专业中级职称考试复习提纲

《电气专业基础与实务（中级）》考试大纲

前言

根据原北京市人事局《北京市人事局关于工程技术等系列中、初级职称试行专业技

术资格制度有关问题的通知》（京人发[2005]26号）及《关于北京市中、初级专业技术资

格考试、评审工作有关问题的通知》（京人发[2005]34号）文件的要求，从2005年起，

我市工程技术系列中级专业技术资格试行考评结合的评价方式。为了做好考试工作，我

们编写了本大纲。本大纲既是申报人参加考试的复习备考依据，也是专业技术资格考试

命题的依据。

在考试知识体系及知识点的知晓程度上，本大纲从对电气专业中级专业技术资格人

员应具备的学识和技能要求出发，提出了“掌握”、“熟悉”和“了解”共3个层次的要

求，这3个层次的具体涵义为：掌握系指在理解准确、透彻的基础上，能熟练自如地运

用并分析解决实际问题；熟悉系指能说明其要点，并解决实际问题；了解系指概略知道

其原理及应用范畴。

在考试内容的安排上，本大纲从对电气专业中级专业技术资格人员的工作需要和综

合素质要求出发，主要考核申报人的专业基础知识、专业知识和相关专业知识，以及解

决实际问题的能力。

命题内容在本大纲所规定的范围内。考试采取笔试、闭卷的方式。

《电气专业基础与实务（中级）》

考试大纲编写组

二Oi四年一月

第一部分专业基础知识

一、电工技术专业基础知识

（-）电阻的串、并联

1、掌握电阻串、并联电阻阻值的计算

2、掌握电阻串、并联电阻每只电阻电压、电流和功率的计算

（二）电阻的混联

1、掌握电阻混联总电阻阻值的计算

2、熟悉电阻混联每只电阻电压、电流和功率的计算

（三）电容的串、并联

1、掌握电容的串、并联总电容量的计算

2、熟悉电容的串、并联每只电容上的电压、电量计算

（四）电容的容抗

掌握电容的容抗计算

（五）电感的感抗

掌握电感的感抗计算

（六）阻抗的概念

1、掌握阻抗的计算

2、掌握阻抗的幅值与相位角的计算

（七）交流电

1、了解交流电的定义与交流送、配电的意义

2、了解交流送、配电的‘丈现与需注意的问题

（八）变压器的工作原理

1、掌握变压器的变压比、变流比和阻抗变换原理

2、熟悉变压器的磁路与磁路间隙

3、熟悉磁路与磁阻的概念

（九）电桥的工作原理

1、掌握直流电桥的工作原理

2、熟悉交流电桥的工作原理、常用交流电桥的种类

（十）磁性材料与磁性元件

1、掌握磁性材料的主要种类与有关技术指标

2、熟悉常用磁性元件的种类与特点

二、常用半导体器件与工作原理

（-）掌握半导体二极管、三极管、场效应晶体管的主要技术参数

（-）熟悉半导体二极管、三极管、场效应晶体管的典型应用电路与特点

三、常用模拟电路的工作原理

（-）掌握常用模拟电路的主要技术参数

（二）掌握常用模拟电路的典型应用电路

1、运算放大器的放大倍数、输入、输出阻抗的计算

2、开环、闭环运算放大器的放大倍数的计算

3、运算放大器的单位增益带宽

4、振荡电路的基本工作原理

5、整形电路的基本工作原理

四、常用数字电路的工作原理

（一）掌握各种触发器电路的工作原理

（二）掌握各种数字编码的工作原理与特点

第二部分专业理论知识

一、各种常用典型电路的工作原理与应用

（一）掌握常用二极管整流、滤波电路的特点

（-）掌握常用由半导体分立元件组成的放大电路的特点

（三）掌握常用振荡电路的特点

（四）掌握放大器与比较器的各自特点

（五）熟悉PLC的特点

二、常用数字编码与数据处理技术的工作原理

（一）掌握BCD码、余3码、格雷码等数字码的特点

（-）掌握奈奎斯特取样定理与在有噪声环境下的数字取样的工作原理

（三）掌握奇、偶较验、行列式奇、偶较验的工作原理

三、电动机的工作原理

（-）掌握电动机的工作原理

（二）掌握电动机的结构与分类

（三）掌握电动机的常用调速方法、特点与应用

（四）掌握电动机的变频调速的工作原理与主要特点

（五）熟悉常用电动机的重要技术参数与含义

四、常用传感器的工作原理

（-）熟悉常用传感器主要的种类与它们各自的工作原理

（-）熟悉常用传感器主要的主要技术指标有那些

（三）熟悉在使用传感器时应注意那些问题

五、建筑电气相关特点与要求

（一）掌握常用照明电气的主要技术特点与技术指标

2

（二）掌握建筑配电的主要要求

（三）掌握建筑接地

第三部分新理论知识

一、了解本专业常用的一些计算机辅助设计工具

二、了解交、直流电机的常用调速方法与特点，以及变频调速技术的工作原理、常

用变频调速电路与控制方法

三、了解有关电源管理新技术

四、了解对一些嵌入式操作系统、单板机、单片机、PLC技术、总线技术、现场总

线技术和DSP技术等

第四部分行业法规

一、熟悉有关安全生产的法律和法规，电子电路设计的有关安全要求，电气设备设

计、生产过程中的有关安全要求

二、熟悉在电子电路、电子控制电路、通信电路和有关电气设备的设计、生产和加

工制造过程中的标准化要求

第五部分知识产权相关知识

一、了解知识产权的基本概念

二、了解知识产权的分类

三、了解知识产权法

四、了解专利权的定义与分类

五、了解商标的定义

六、了解著作权与版权的定义

七、了解专利权和商标的申报程序

八、了解专利权和商标保护的时效

3

二、电阻计算

1、基尔霍夫定律

（1）基尔霍夫电流丁璐（KCL）：任一瞬间，通过电路中任一节点的各支路电流的代数

和恒等于零。

（2）基尔霍夫电压定律（KVL）：任一瞬间，作用于电路中任一回路各支路电压的代数

和恒等于零。

2、叠加定理

在线性电路中，有多个激励（电压源或电流源）共同作用时，在任一支路中所产生

的响应（电压或电流），等于这些激励分别单独作用时，在该支路中所产生响应的代数

和。

在应用叠加定理时，应保持电路的结构不变。在考虑某一激励单独作用时，要假设

其他激励都不存在，即理想电压源被短路，电动势为零；理想电流源开路，电流为零。

但是如果电源有内阻，则都应保留在原处。

3、戴维南定理

任何线性有源二端网络都可以变换为一个等效电压源。该等效电压源的电动势Us

等于有源二端网络的开路电压，等效电压源的内阻R。等于相应的无源二端网络的等效电

阻。

三、电容和容抗、电感和感抗、阻抗

1、电容和容抗

（1）电容

电容的单位是F。电容是绝缘导体储存电荷的能力，即C*

流过电容的电流超前其上电压90°

2

电容有储存电能（电场能）的能力。所储存能量为wc=1cu

（2）电容串联

电容串联时：u=u,+u2+-；芸■+；+•••；Q《2=…；

（3）电容并联

电容并联时：Q=Q1+Q2+-;C=C,+C2+-；U产U尸…

（4）容抗

容抗是电容在正弦交流电路中，其上电压有效值（或最大值）与电流有效值（或最

大值）的比值。

Xc」二1

ODC2nfC

2、电感和感抗

（1）电感

电容的单位是H。

流过电感的电流落后其上电压90°

电感有储存电能（磁场能）的能力。所储存能量为WL=1LR

（2）感抗

感抗是电感在正弦交流电路中，其上电压有效值（或最大值）与电流有效值（或最

4

大值)的比值。

X[=3L=2nfL

3、阻抗

(1)RLC串联电路

Z=R+jX=R+j(Xt-Xc)

2222

所以IZI=VR+X=VR+(XL-XC)

(p=arc「tgX-arct」g-XL---X-C

RR

(2)RL与C并联电路

(3)串联谐振

在RLC串联电路中，当电感上的电压与电容上的电压相等时，它们正好相互抵消，

电路中的电压与电流同相位，这时就称电路发生了谐振。

在一般情况下，RLC串联电路中的电流与电压相位是不同的。但是可以用调节电路

参数(L、C)或改变外加电压频率的方法，使电抗等于零。

x=XL-Xc=O即求得得f0=-^=

a)Cy/LC2ny/LC

串联谐振有一下特征：

①电流与电压同相位，电路呈电阻性。

②阻抗最小，电流最大。

③电感端电压与电容端电压大小相等，相位相反。

④电感和电容的端电压有可能大大超过外加电压。

四、三相交流电路

三相交流电可以节约导电材料和导磁材料，且二相旋转设备有较好的运行性能。对

称三相交流电指三个频率相同、幅值相同、相位互差1/3周期的正弦交流电。

三相电源和三相负载都有星形接法和三角形接法。星形接法是将各相负载的尾端连

接在一起的接法；三角形接法是依次将一相负载的尾端与下一相负载的首端连接在一起

的接法。

三相电路有相电压和线电压之分。相电压是每相负载或每相电源的首尾端之间的电

压。线电压是每两条相线之间的电压。

三相电路有相电流和线电流之分。相电流是流经每相负载或每相电源的电流，线电

流是流经相线的电流。

在对称的星形连接的电路中，线电压超前相应的相电压30°

在对称的星形连接的电路中，线电流落后相应的相电流30°

五、供配电

5

六、磁性材料和磁性元件

1、磁路的主要物理量

(1)磁感应强度B

磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。其方向与该点磁力线

切线方向一致，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法则。其大小为单位

长度的单位直线电流在均匀磁场中所受到的作用力。磁感应强度的单位是特斯拉(T)o

若磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则为均匀磁场。

(2)磁通@

在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积

的磁通6,即O=BS或B=1

磁感应强度B在数值上等于与磁场方向垂直的单位面积上通过的磁通，故B又称为

磁通密度。

磁通的单位是韦伯(加)。

(3)磁导率口和磁阻Rm

磁导率口是表示物质导磁性能的物理量，单位是亨/米(H/m)o

真空磁导率口。=4n*10任意一种物质的磁导率与真空磁导率之比称为相对磁导

率，用匕表示，即口,二

Po

磁阻是磁路中磁通遇到的阻力。磁阻的表达式是旦=白，单位是1/亨(l/H),I

和S分别为导拗|的装渡第1藏面积。

(亨利：如果电路中电流每秒变化1安培，则会产生1伏特的感应电动势，此时电路的

电感定义为1亨利。)

(4)磁场强度H

磁场强度H是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量，为了从磁感应强度B中除去

磁介质的因素，故定义为或13=口11单位是安/米(A/m)o

磁场强度是矢量，只与产生磁场的电流以及这些电流的分布情况有关，而与磁介质

的磁导率无关。

2、磁性材料

(1)磁性能的主要表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。

在一定强度的外磁场作用下，磁性材料内部的磁畴将顺这外磁场的方向趋向规则排

列，产生一个附加磁场，使磁性材料内的磁感应强度大大增强，这种现象称为磁化。

在磁性材料的磁化过程中，随着励磁电流的增大，外磁场和附加磁场都将增大，但

当励磁电流增大到一定值时，几乎所有磁畴都与外磁场的方向一致，附加磁场就不再随

励磁电流的增大而继续增强，这种现象称为磁饱和现象。

如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，则磁性材料将受到交变磁化。

在磁性材料反复磁化的过程中，磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种现

象称为磁滞现象，其封闭曲线称为磁滞回线。

(2)磁性材料的分类

磁性材料按其磁性能又可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三类。

软磁材料的剩磁和矫顽力较小，磁滞回线形状较窄，但磁化曲线较陡，即磁导率较

高，所包围的面积较小。它既容易磁化，又容易退磁，一般用于又交变磁场的场合，如

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用来制造镇流器、变压器、电动机以及各种中、高频电磁元件的铁心等。常见的软磁材

料有纯铁、硅钢以及非金属软磁铁氧体等。

硬磁材料的剩磁和矫顽力较大，磁滞回线形状较宽，所包围的面积较大，适用于制

作永久磁铁，如扬声器、耳机、电话机、录音机以及仪表的永久磁铁都是硬磁材料制成

的。常见的硬磁材料有碳钢、钻钢及铁锲铝钻合金等。

矩磁材料的磁滞回线近似于矩形，剩磁很大，接近饱和磁感应强度，但矫顽力较小,

易于翻转，常在计算机和控制系统中用作记忆元件和开关元件。矩磁材料有镁锦铁氧体

及某些铁镁合金等。

(矫顽力是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度B并不退到零,

只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为

矫顽磁场，又称矫顽力。

当外磁场退回导零，剩磁是剩下多少，矫顽力是要加多大反向磁场才能退磁。)

七、变压器的工作原理

1、交流铁心线圈电路

(1)电磁关系

直流铁心线圈由直流电来励磁，产生的磁通是恒定的，线圈中的电流由外加电压和

线圈本身的电阻R来决定，功率损耗也只有线圈电阻R上的损耗，分析比较简单。

交流铁心线圈电路，由于线圈电阻上的电压降iR和漏磁电动势e。都很小，可与主磁

通电动势e比较，均可忽略不计。所以

U=iR-e-eo可写成u=-e

线圈的匝数为N,主磁通@="Msin3t,则主磁通电动势

霍-心纥茨".3N"3"fN"“sin(3)=Emsin(wt-900)

式中，Em=2nfN4>ni,E“是主磁通电动势的最大值，而有效值则为：

E~£^~2lTf^)m-4.44fN<l>所以u=-e=E,„sin(«t+90°)

V2V2m

外加电压的相位比铁心中磁通超前90°,而外加电压的有效值为

U=E=4.44fN@.

(2)功率损耗

磁滞损耗和涡流损耗

2、变压器的工作原理

(1)空载运行

变压器的一次绕组叫上交流电压5(矢量)，二次开路，这种运行状态称为空载运行。

这时二次绕组中的电流为0,电压为开路电压心，一次绕组通过的电流为空载电流。N,

为一次绕组的匝数，N2为二次绕组的匝数。

若略去漏磁通的影响，不考虑绕组上电阻的压降，则可认为一、二次绕组上电动势

有效值近似等于一、二次绕组上电压的有效值(标量)。所以

%_N」K

U20N2

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（2）负载运行

因为二次绕组有了电流i?时，二次磁动势izM也要在铁心中产生磁通，即这时变压

器铁心中的主磁通由一、二磁绕组的磁动势共同产生。在一次绕组的外加电压（电源电

压）不变时，由U=E=4.44fN6,0式可知，主磁通基本保持不变。（F=0>•Rm,作用在磁路

上的磁动势F等于磁路内的磁通量中与磁阻Rm的乘积。）也就是说，变压器负载时的总

磁动势应与空载时的磁动势基本相等。因而一次绕组的电流将由3增大为匕使得一

次绕组的磁动势由iiN变成iN，以抵消二次绕组磁动势备风的作用。这也符合楞次定

律。

/,N,+U=/l0N,这一关系称为变压器的磁动势平衡方程式

由于空载电流较小（一般不到额定电流的10Q,因此当变压器额定运行时，若忽略

空载电流，则/）N,=-/2N2于是得到变压器一、二次电流有效值的关系为

口21

12NiK

（3）阻抗变换作用

变压器除了有变压和变流的作用外，还有变阻抗的作用。变压器一次侧接电源”，

二次侧接负载阻抗I4I,对于电源来说电源后部电路可用另一个阻抗IZJ|来等效代

替。所谓等效，就是它们从电源吸取的电流和功率相等。当忽略变压器的漏磁和损耗时,

等效阻抗可由下式求得。

IZJI=*11北2）：2=（风/%）2Iz,.I=K「ZLI

式中，IZiI为变压器二次负载阻抗，IZLIRJL

上式说明，在电压比为K的变压器二次侧接阻抗为|。|的负载时，相当于在电源

2

上直接接一个阻抗为IZ,,'I=KIZLI的负载。也可以说，变压器把负载阻抗ZL变换

为IZJ|。通过选择合适的电压比K,可把实际负载阻抗变换为is偶徐德数值。

（楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁

通量的变化。

楞次定律是一条电磁学的定律，可以用来判断由电磁感应而产生的电动势的方向。

右手螺旋定则，也叫安培定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。

通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流

的方向，那么四指指向就是磁感线的环绕方向；

通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的

方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

左手定则是判断通电导线处于磁场中时，所受安培力F（或运动）的方向、磁感应强度B

的方向以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律」

判断安培力：导线在磁场中力的方向。根据左手定则：伸开左手，使拇指与其他四指垂

直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指向的就是安培

力方向（即导体受力方向）。

判断洛伦兹力：将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示电流方向，则和四指垂

直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为

洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运动方向，那么大拇

指的指向的反方向为洛伦兹力方向。

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磁动势是电流流过导体所产生磁通量的势力（force）,是用来度量磁场或电磁场的一种

量，类似于电场中的电动势或电压。它被描述为线圈所能产生磁通量的势力。

公式一：F=<1）,Rm

作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量中与磁阻Rm的乘积。

其中①=B*S（S为与磁场方向垂直的平面的面积），Rm=L/uA（L表示磁路长度，A表示

磁路横截面积）。

公式二：F=N•I

其中N表示线圈匝数，I表示线圈中的电流大小。

通电线圈产生的磁动势F等于线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积，也叫磁通

势，磁动势F的单位是安培（A）。

公式三：F=H・L（H为磁场强度，与磁密度B和磁路材料等有关）L表示磁路长度。

F是磁场强度H在磁路L上的积分。）

3、变压器的基本结构

变压器由铁心和绕组两个基本部分组成。这是一个简单的双绕组变压器，在一个闭

合的铁心上套有两个绕组，绕组和绕组之间以及绕组与铁心之间都是绝缘。一个绕组与

电源相连，称为一次绕组；另一个绕组与负载相连，称为二次绕组。

为了减少铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁心大多用0.35P.5mm厚的硅

钢片叠成，为了降低磁路的磁阻，一般采用交错叠装方式，即将每层硅钢片的接缝错开。

4、电力变压器的联结组

Y,ynO联结组表示：高压绕组星形接法，低压绕组中性点直接接地并接出中性线的

星形接法。

△,ynll联结组表示：高压绕组三角形接法，低压绕组中性点直接接地并接出中性

线的星形接法。这接法能适应较大零序电流和三次谐波电流的需要。

—

1、电工仪表种类

按测量机构，电工仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系等仪表。

按精确度等级,电工仪表分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。仪表精

确度用引用误差K%表示，即

K%=M<IOO%式中，△.和人分别为最大绝对误差和仪表量程。

按测量方法，电工仪表主要分为直读式仪表和比较式仪表。电桥属于比较式仪表。

按整体结构，分为指针式、数字式等仪表。

2、直流电桥

直流电桥分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。直流单臂电桥只能用来测量1。以上

的电阻，直流双臂电桥可用来测量1Q以下的电阻。

用直流单臂电桥测中值电阻时，可以忽略连接导线的电阻（约为0.1。）和接点的

接触电阻的影响。但用它测低电阻时就不能忽略了。测量1。以下的电阻宜应用直流双

臂电桥。直流双臂电桥能在很大程度上消除连接线电阻和接触电阻带来的测量误差。电

桥的精度决定了桥臂元件的精度。

（1）直流单臂电桥（惠斯登电桥）

9

国3-2-1直江华因电桥原理用

(2)直流双臂电桥(开尔文电桥)

图1双号电桥的原理

当双臂电桥平衡时，VB=VC，所以存在下列关系(&和R、虽然很小，但由于存在rb+rc

也很小的支路，所以L很大，&和R,的压降不能忽略。)：

I,R,=ISR+I3R3

IRMIR+LR,

(I-I3)*(rb+rc)=I3(R3+R1)

解得

R喘R+溪/

只要满足费卷的条件，双臂电桥的平衡条件就转为区磊区注意：&是靠近Rx侧的

电阻。所以最大限度保持”和减小r,将能控制平衡电桥的误差在允许范围捏。

因为Rx和R、的接触电阻，连接线电阻在桥路意外，不影响测量结果，以及可以采用同轴

调节，使".R1、R2和R3、R4分别构成双臂电桥的两个桥臂，它们的阻值在几百欧以

上，所以它们连接线电阻和内部接触电阻可以忽略不计。

在普通双臂电桥的基础上，配上交流扼流圈和控制开关，可制成带电测温电桥。

10

3、交流电桥

b

图1交流电桥原理

（1）交流电桥的平衡条件

Uac=Uad且Ucb=Udb且1产12且I3=L1所以

IZ=LZ且-2=点3且L=Iz且L=L所以

经多得到Z】3=ZzZ,这就是交流电桥的平衡条件

z2z3

Z13=ZzZ4即IZ,IIZ3I=IZ2IIZ4I且%+M=e2+d>,

（2）交流电桥的用途

海氏电桥，测量R、C、L

九、半导体

本征半导体是由单一元素组成的半导体。硅和楮都是本征半导体。

当原子最外层由8各电子时，就处于相对稳定的状态。硅原子和错原子的最外层都

是只有4各电子，为了保持稳定，相邻原子公用最外层电子形成共价键结构。

一旦受到某种能量的激发，共价键中的电子挣脱出来形成自由电子，并在原来的共

价键结构中留下空穴。自由电子带负电，带有空穴的原子带正电。

正离子，但不是所有带有空穴的原子都带正电。）

在半导体材料加上电定时，自由电子挤走邻近原子中的电子形成电子电流，空穴吸

引邻近原子中的电子来填补空穴形成空穴电流。自由电子和空穴称为载流子。

本征半导体的导电能力很差。如在本征半导体中掺入微量其他元素，则其导电能力

将大大提高。

N型半导体。在硅或错中掺入少量5价的磷，则在稳定的共价键外多出一个电子。

这样电子很容易受到激发称为自由电子，并在原地留下一个正离子。这种半导体中自由

电子占多数，称之为电子半导体或N型半导体。

P型半导体。在硅和错中掺入少量3价的硼，则在稳定的共价键中缺少一个电子，

这样很容易吸引邻近原子的外层电子而构成负离子，并使邻近的原子带有空穴。这种半

导体空穴占多数，称之为空穴半导体或P型半导体。

1、PN结

（1）PN结的形成

II

多数载流子扩散，产生扩散电流(正向电流)，形成空间电荷区，并产生内电场。

内电场使电荷回流并组织扩散，平衡时形成耗尽层。

内电场使少子漂移，少子漂移的方向与多子扩散的方向刚好相反。扩散使空间电荷

区变宽，内电场增强，对多数载流子扩散的阻力增大，使少数载流子的漂移运动增强；

而漂移却使空间电荷区变窄，电场减弱，又使扩散容易进行。

•硝•⑥•码•€)

P区®。®。®。—磅•砂•⑥N区

内电场

9。9。③。❷€)•砂•砂•⑥

k空间电荷区"

(耗尽区)

.极钟

(2)PN结单向导电性

正向偏置：内电场减弱，扩散电流增大。

在外加电场作用下，PN结内部扩散与漂移的平衡被打破，P区的多数载流子空穴和

N区的多数载流子电子都要向PN结移动。P区的空穴进入PN结厚，将和原来PN结中的

一部分负离子中和，使P区的空间爱你电荷减少；同样，N区的电子进入PN结厚，将和

PN结中的一部分正离子中和，使N区的空间电荷量减少。最终结果是使PN结空间电荷

区变窄了，内电场被减弱。

反向偏置：内电场增强，只有极小的漂移电流。漂移电流受温度的影响很大

在这一外电场作用下，P区中的多子空穴与N区中的多子电子都将进一步离开PN

12

结，使阻挡层的空间电荷量增加。空间电荷区的变宽，意味着阻挡层厚度加宽，使P区

和N区的多数载流子很难越过PN结，不能再形成扩散电流。另外，由于外电场增强了

内电场，将使少数载流子的漂移运动能容易进行。由于少子的浓度低，漂移的数量小，

这个反向漂移电流也是很小的，一般为微安数量级。

p区।■耗尽层—!N区

㊀O0

。O

O0

O

00

O

O0

2、半导体二极管

（1）结构

二极管的结构主要分为点接触型（多外错管）和面接触型（多为硅管）两类。

点接触型的PN结的面积小，极间电容小，不能承受高的反向电压和大电流。它的

高频性能好，适用于高频检波和数字电路中的开关元件及小电流整流。

面接触型的PN结的面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大，工作频率不能

太高。适用于低频电路和大功率整流。

（2）在安特性

正向特性：起始部分电流几乎为零。当正向电压升高导超过死区电压（错管约0.IV,

硅管约0.5V）时，二极管开始导通，电流急剧增加，且电流与电压近似成正比，伏安特

性近似为直线。导通区域称线性区，是二极管正常工作的区域。正常情况下，错管的正

向导通压降为0.2、0.3V,硅管的正向导通压降为0.6^0.7幅。

反向特性：在击穿范围内，反向电流极小，而且基本不变。此反向电流称为反向饱

和电流。当反向电压超过击穿电压时，PN结被反向击穿，形成很大的反向电流。

（3）主要技术参数

最大整流电流L。二极管在长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。是受发热

13

限制的电流。电流过大时，有时会出现热击穿，而使管子烧毁。

最高反向工作电压URMo二极管运行时允许承受的最高反向电压。为了避免二极管被

反向击穿，一般规定其最高反向工作电压为其反向击穿电压的1/2或2/3。

一般点接触型二极管的最高反向工作电压为几十伏，面接触型二极管的最高反向电

压可达数百伏。

最大反向电流电。二极管在加上最高反向工作电压时的反向电流值。该值越大，说

明管子的单向导电性越差，而且受温度的影响大。

硅管的反向电流较小，一般在零点几各微安；错管反向电流较大，为数十至数百微

最高工作频率九。此参数主要有PN结的结电容决定。使用时，如果信号频率超过

该频率，二极管的单向导电性将变差，甚至失去单向导电性。

（4）其他

半导体二极管可用作整流、检波、限幅、稳压、开关元件。

3、半导体三极管

--臾电区

--发射区

（1）结构

平面型多为硅管，合金型多为楮管。NPN型多为硅管，PNP型多为错管。

三极管的三个电极分为称为发射极（E极）、基极（B极）集电极（C极）。发射极与

基极之间的PN结称为发射结、基极与集电极之间的PN结称为集电结。

三极管属于双极性半导体器件。

（2）特性

输入特性是集电极-发射极电压一定（"=常数）时，输入回路中电流及与基极-发

射极电压及之间的关系曲线（IB=f（IV。

三极管的输入特性与二极管的正向特性相似。三极管也有死区电压。硅管的死区电

压约为0.5V,错管的死区电压不超过0.2V。正常工作时，NPN型硅管的发射结正向压降

UBE为0.6~0.7,PNP型铸管的UBE为-0.2~-0.3V。____

（当％=0时，相当于集电极和发射极之间短路，可视为集电结、发射结两个PN结

并联，即两个正向偏置的二极管并联，此时气和此之间的关系曲线与两个正向偏置的

二极管的伏安特性曲线相同。

当“21V时，输入特性曲线右移，这是因为当UCE21V后，（山一般都小于0.8V）

集电结已被反向偏置，内电场被加强，可以把从发射区注入基区的电子绝大部分拉入集

电区。对应于相同的UBE，流向基极的电流I,比原来%=0时减小，从而使得特性曲线右

一旦有UCE21V（L%要小于LU，由于此时集电结已经反向偏置，内电场已足够大,

而基区又很薄，可以把发射区注入基区的大部分电子拉入集电区，只要以保持不变,

发射区发射到基区的电子数目一定，即使及再增加，L也不会明显减小。

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因此，UCE21V后的特性曲线基本重合。)

输出特性是指当电路输入回路电流IB一定(IB=常数)时，输出回路中电流Ic与集

电极-发射极电压及之间的关系曲线(L=f(UQ)。三极管的输出特性的三个区:

①截止区：在特性曲线IB=O以下的区域为截止区。由图可知，当IB=O时，Ic却并

不为零，这时管子中由一个很小的反向漂移电流。

截止区的偏置特征是：发射结反向偏置，集电结亦为反向偏置。

②放大区：IB>0且”>以，特性曲线接近水平，即Ic几乎与几无关，L:与IB几

乎保持线性关系。Ic邛IB

放大区的偏置特征是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。

③饱和区：UCEVUBE，IB失去对Ic的控制，集电极电流Ic受集电极-发射极电压八

控制。

饱和区的偏置特征是：发射结正向偏置，集电结正向偏置。

当又从IV开始减小时，由于上的减小，加在集电结上的反向偏置电压减小，

使其收集电子的能力减弱，这时，它无力将基区中靠近集电结一侧的电子大部

分都拉入集电区，而只能拉过一小部分。在这种情况下，即使I,再增大，L也

不会增大了，注入基区的电子再增多，内电场却再也拉不过去其他的电子了，

即集电结吸引来自发射区电子的能力“饱和”了。

饱和区

(3)主要技术参数

电流放大系数

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①直流电流放大系数8平

②交流电流放大系数0当

△/8

直流B与交流S在意义上是不同的。但是，当输出曲线的间隔比较均匀时，两者数值

相差不大，可以认为耳邛

极间反向电流

①集电极-基极反向饱和电流ICK)

发射极开路。L。是少子的漂移电流，它与温度关系极大。这是一个可以表征集电

结质量好坏、衡量管子稳定性能优劣的参数。一个好管子，1曲应当很小。_____________

在管子发射极开路时，集电结处于反向偏置时。集电区和基区的少子会进行漂移运

动而形成反向电流。又由于基区本来载流子数目就少，其少子数目更少，可将基区少子

自由电子忽略，而只考虑集电区的少子空穴。

②集电极-发射极区向饱和电褊IcEO(穿透电流)

基极开路。LO=(1+B)IcBO________________________________________________________________

基极开路。集电极电源琼加在管子集电极与发射极之间，而使发射结受到正向偏置,

集电结受到反向偏置。

几个极限参数

①集电极最大允许电迹也____________________________________________________

当集电极的电流L太大时，三极管的B值要下降，因此给出一个集电极最大允许电

流%，炭数值一般为B值下降导其正常值的2/3时，所对应的集电极电流值。

②集电极最大允许击穿电压U颂CE。

基极开路时，允许加在集电极-发射极之间的最高反向电压。当加在集电极-发射极

之间电压以超过此数值时，三极管将被击穿。

③集电极最关允容耗散功率Po,

指集电结允许损耗功率的最大值。PCM主要受结温的限制。P『L：UCE

一般的说，错管的允许结温在70~90℃,硅管的允许结温可达150℃左右。

4、结型场效应管

(1)结构

栅极G,代表控制电子流通数量的机构；源极S和漏极D,代表了电子由发源处流

到泄漏处的途径。

场效应管属于单极性半导体器件。

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符号中的箭头方向都是由P区指向N区的，由此可以区分其沟道类型。

（2）特性（以N沟道结型场效应管为例）

输出特性场效应管的输出特性，又称为场效应管的漏极特性，是指在栅源电压几

一定的情况下（几=常数），漏极电流I。与漏源电压取之间的关系（I产f（UDS））o场效应

管的输出特性的三个区：

①可变电阻区：电压几VIUGS（off）|的区域。漏极电流人随取的升高几乎成正比

的增大，该区域的特性曲线亦呈线性上升。

工作在该区域的场效应管可看成是一个受栅源电压及控制的可变电阻。Ues越负，

等效电阻越大。

②饱和区：当儿在增大的过程中，达到某一数值（使栅漏间的电压电等于夹断电

压时，沟道在A点给夹断（称为预夹断）。随着加上升，夹断长度会略

有增加，并自A点向源极方向延伸。高阻区变长，增加的基本上全部都降

在了增长的夹断区上。因此在从源极导夹断处的沟道上，沟道内电位梯度基本

上不随取的改变而改变。这1率，漏极电流I。也就基本不随几的增加而增加，

漏极电流趋于饱和。

由于在此区内I。基本上为只受“控制的某一个恒定值，故该趋于又称恒流区。

③击穿区：将八进一步增加，当反向偏置的PN结两端的电压超过了它所能承受

的电压极限时，会使栅漏间的PN结发生雪崩击穿。

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转移特性与转移特性方程当U.S一定时（八=常数），栅源电压几对漏极电流I。的

控制作用（iD=f（Ucs））

口=0时的漏极电流称为饱和漏电流,记作I隔。显然，它是结型场效应管所能输出

的最大电流。使漏极电流I。等于0的电压就是使夹断电压UGS（off）o

主要直流参数

（D夹断电压4s（off）

为了便于测量手册上规定，当L,为一个微小的电流（例如50uA）时，栅源之间所

加的电压即为夹断电压。对N沟道结型场效应管而言，该电压为负值，对P沟道的器件，

该电压为正值。从物理意义上说，夹断电压的数值就是使栅源之间耗尽层扩展导沟道被

夹断时所必须的栅源电压值。在几=0的输出特性曲线上，发生预夹断时的漏源电压八

在数值上也等于夹断电压（IU0SWf）|）O

②饱和漏电流loss

在几=0时，漏源电压UDS>UCS3m时的漏极电流，称为饱和漏电流I暨______

对结型场效应管而言，饱和漏电流实际上也就是管子所能输出的最大电流。

③直流输入电阻及SOX；）

在漏源两极短路即几=0时，栅源电压Ucs（一般取IUGS|=10V）与栅极电流的比值，

即为降低）。由于输入端为反向偏置的PN结，该电阻值很大，结型场效应管的及s的可大

于10’。。

主要交流参数

①低频跨到gm

在UQ常数时，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压”的微变量值比。g,,

的物理意义就是栅极电压又每变化IV,看看漏极电流h变化几个mA。gm需

跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力（即放大能力），它相当于转移特性曲

线上工作点处的斜率。单位为毫西门子。

②交流输出电阻以

指输出特性曲线上某一点斜率的倒数。它的大小反映了5对i0的影响。

极限参数

①漏源击穿电压U（BR）DS

②栅源击穿电压U（BR）GS

③最大耗散功率PMPW叫si。

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5、增强型N沟道MOS管

6、耗尽型N沟道MOS管

储梅〉类

（MOSFET1

N型沟道

绝依相增

(MOSFET)演

V

N型沟ifi

绝缘册耗

（）尽

MOSFET型

P劈用道

绝缘榔m

a

fMOSFET)®

P暨沟ifl

结卡

（JFET）尽

P型沟道型

结型

ft然

（JFET）

里

N”沟道

19

十、放大电路基础

三极管放大电路的组成原则就是利用三极管的电流放大作用，再配合上适当的外电

路，使小信号能输入、被放大了的信号能输出，这样就可以组成电压放大电路。

1、基本放大电路

图中EB、Rb，、Ecc就是用来给管子发射结提供正向偏置，集电结提供反向偏置的。

为了使信号能够加到放大电路上来，则将输入信号口经大电容G加到管子的发射结

上，这样齿的变化将导致管子发射结电压喘的变化，从而引起品的变化，由于管子的

电流放大作用，L随之而变化。如果不加电阻反，那么虽然Ic随U变化，但管子C、E

两端的电压火总等于良，因而信号无法输出。为了能使信号输出，电路中加了负载电

阻Rc。Rc的作用时将变化的电流L：转换成变化的电压输出，此时UCE=E「LRC。当L变化

时，又将随之而变。为了将变化的信号输出，可将电压及经大电容C2加到负载电阻及

上，R上得到的电压即为交流输出电压U。。

这里电容G、C,称为耦合电容，其作用是将直流隔断而使交流信号可以通过。购、

G一般容量为几十~一百nF,均为电解电容器，这是一种极性电容器，其代表符号是电

容符号旁加一个“+”号。在接入电路时“+”极性端应接在电路的高电位侧，如C"+”

接反的正极性端，C?"+”接在E,.的正极性端。如果极性接反，则电容的漏电大且击穿

电压降低，容易被击穿而造成事故。由于C、C,容量较大，因此对一般的交流信号（如

几百Hz以上的信号），其容抗值很小，可以看作是短路。

R.的作用有二，一是改变RB可以改变静态h的值。因为发射结正向导通时如々约等

于0.7V（硅管）（考虑静态时的耳时。即小，忽略管子内阻）,则电流IB-（EB-0.7）/RB,

故R,变，L,随之而变。二是加七（大电阻），信号口才能输入。否则输入信号〃将被匕

短路。

当加入交流信号口以后，管子各点电压电流均为一个直流加一个交流。设口为正弦

信号，其瞬时值的表达式为U,=U屈in3t（V）。此时加在管子发射结上的电压近为电

容&上的电压队鹤和输入信号〃之和，即UBE=UBEQ+U庙sin3t。在UB时作用下产生直流电流

IBQ，在交流电压IM乍用下产生交流电流ib，则总的耳为iB=U+ib=I附+hsin3t。集电

极电流上比ip大B倍，即ic=Bi|；=BIM+3IaMsinwt=Ia!+ICMsinwto

应当指出，此时流入管子集电极的这个电流又是由两路合成的，一路是由&经R.

流入的，它包括直流电流I和交流电流％sin3t的一部分，用力表示；另一路是电容

G上的电压UCEQ经管子和R放电产生的电流，这一路只有交流电101sin3t的其余部分，

用彳表示。这一路电流产生的原理是由于C,容量很大，充放电很慢，在信号"的一个周

期内，G两端电压基本不变，因此在〃正半周时，i,增加，又增加，k下降，即管压降

Ua减小，小于静态时UCEQ的值，故引起UC2经管子和RL放电，产生电流立。则此时的管压

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降k=E「（Ig+，c）"EcTgRc-tRc，其中'是交流电流Lisinat的一部分，可写成

।ifR]Rr

将G的表达式和I，的表达式带入式ura=E（-（ICQ+tc）Rr=Ec-LoRc-qR,,得

&E=UCEQ—R+RL%sin3tR(=U(：EQ-RI0|Sin3t

如果令R；=：*：,则&产Ug-R；ic，注：i.为纯交流。

LRC+RLL

经电容C2隔直厚，输出电压U。的瞬时直表达式为u产-Rjc，

改用正弦有效值表示U°=-/c4

由于/c比。大了B倍，则选取适当的电阻瓦，就可使U。比心大几十导几百倍，实现了小

信号的电压放大。式中的负号表示输出与输入相位相反。

非线性失真与最大不失真输出幅度U0M

所谓不失真，就是输出信号与输入信号应时几何上的相似形，如果不相似，则产生

了失真。严格的讲，由于三极管特性曲线的非线性，即使输入信号较小、工作点选择合

适，输出信号也会有一定程度的失真，不过失真很小，可以忽略。但是，如果工作点选

择不当或输入信号过大，输出信号波形将会产生严重失真。这种失真是由于电路的工作

范围超出了三极管特性曲线的线性区而引起的，称为非线性失真。

截止失真：因管子一段时间截止而引起的失真，称为截止失真。波形一端被削掉。

饱和失真：因管子一段时间工作在饱和区引起的失真，称为饱和失真。波形另一端

被削掉。

三极管的小信号线性模型

对交流而言，三级管输入段（b到c）看，相当于一个电阻打.，当丁的方向如图所

示时，h的方向为从b流向e,即rbe当。

匕

由于三极管的电流放大作用，集电极电流ic将是ib的B倍，L方向为从C流到e,

故从三极管输出端看入i.为受八控制的受控电流源B八。但从三极管的输出特性曲线上

看，曲线在放大区中并不是与横轴平行的。当I,不变，而L有一个增量时，L的值也

略有增加。也就是说，从输出端看，i..除受温控制外，当uce变化时，ic也随之有微小

的变化，即相当有一个电阻与受控电流源Bib并联，磁电阻为c到e的动态电阻，记作

r„.o这样就得到了三极管的小信号线性模型一一微变等效模型。

由于等效模型没有考虑管子的结电容，故只对低频适用。

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①动态输入电阻孔，

rb=300+(B+1);

lC

②电流放大系数B

B值在20~200之间，一般给出，如果未给，也可从输出特性上求出。

当”=U改时，6=生

③动态输出电阻心

心的值很大，一般约为100~200kQ。可由厄雷公式计算口用比

1c

共射放大电路的直流通路及静态工作点