電子電工培訓1

電工電子基礎知識電子電工培訓1

第一章電工基礎知識電路的基本組成組成：電源、負載和中間環(huán)節(jié)。手電筒電路

電路：由電氣器件或設備，按一定方式連接起來，完成能量的傳輸、轉換或信息的處理、傳遞。電子電工培訓1電子電工培訓1電源是將其他形式的能量轉化為電能的裝置負載是取用電能的裝置，通常也稱為用電器。中間環(huán)節(jié)是傳輸、控制電能的裝置。電子電工培訓1二、電路的作用完成信號的處理和傳遞。

1.電力系統(tǒng)中：2.電子技術中：電子電工培訓1

2電路的基本物理量1電流2電壓電子電工培訓1一、電流定義

帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運動形成電流。單位時間內流過導體截面的電荷量定義為電流強度。二、電流的單位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安)1電流三、電流的分類1、直流：當電流的量值和方向都不隨時間變化時,稱為直流電流,簡稱直流。電子電工培訓1

正電荷運動的方向。(客觀存在）電流的方向可用箭頭表示,也可用字母順序表示()Riab常用英文小寫字母i表示。直流電流常用英文大寫字母I表示。電子電工培訓12電壓一、電壓電場力把單位正電荷從一點移到另一點所做的功。（二）單位：（一）定義：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（三）實際方向：由高電位端指向低電位端電子電工培訓1

二、電位（一）定義：把電路中任一點與參考點（規(guī)定電位能為零的點）之間的電壓，稱為該點的電位。也即該點對參考點所具有的電位能。

（電路中電位參考點：接地點，Vo=0）（二）單位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）電壓的方向可用箭頭表示,也可用字母順序表示()，也可用+，-號表示+u-Ruab參考點的電位為零可用符號“”表示。電子電工培訓1電路中兩點之間的電壓也可用兩點間的電位差表示：注意電路中兩點之間的電壓是不變的，電位隨參考點(零電位點)的選擇不同而不同。如果A、B的實際電位為：ABUAB=4V電子電工培訓1三相電源1三相交流發(fā)電機2三相電源電子電工培訓1三相交流發(fā)電機主要組成部分：磁極三相繞組n單相繞組（是轉動的，亦稱轉子）三相繞組的三相電動勢幅值相等,頻率相同,彼此之間相位相差120°。+++–+SN鐵心繞組–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN1三相交流發(fā)電機電樞（是固定的，亦稱定子）：定子鐵心內圓周表面有槽，放入三相電樞繞組。電子電工培訓12三相電源

三相電源是由三相發(fā)電機產(chǎn)生的頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相對稱正弦電壓。Um–Umt02

u1u3u2電子電工培訓1數(shù)制電子電工培訓11數(shù)制：（1）十進制（Decimalnumber）--逢十進一數(shù)碼：0~9位權：10

i(123.45)10=(123.45)D（2）二進制（Binarynumber）--逢二進一數(shù)碼：0，1位權：2i電子電工培訓1十六進制的數(shù)碼比較：十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制0000010011201023011341004510156110671117810008101010910019A111011B121100C131101D141110E151111F電子電工培訓1第二章電子技術基礎知識一、電子技術的發(fā)展

電子技術的發(fā)展，推動計算機技術的發(fā)展，使之“無孔不入”，應用廣泛！廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機網(wǎng)絡：路由器、ATM交換機、收發(fā)器、調制解調器工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數(shù)控機床交通：飛機、火車、輪船、汽車軍事：雷達、電子導航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測醫(yī)學：γ刀、CT、B超、微創(chuàng)手術消費類電子：家電（空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng)電子電工培訓1電子電工培訓1電子電工培訓1電子系統(tǒng)收音機電子電工培訓1電子技術的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管→半導體管→集成電路1904年電子管問世1947年晶體管誕生1958年集成電路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較電子電工培訓1電子技術(ELCTRONICSTECHNOLOGY)：關于電子器件(DEVICES)與系統(tǒng)(SYSTEM)的科學研究與工程實用技術。在科學和工程應用上，把電子技術分為模擬電子技術和數(shù)字電子技術兩大類。信號(SIGNAL)：載有信息的物理量。模擬(ANALOG)：連續(xù)變量。模擬信號(ANALOGSIGNAL)：以連續(xù)變量方式出現(xiàn)的物理信號。數(shù)字信號(DIGITALSIGNAL)：以數(shù)字或數(shù)據(jù)方式出現(xiàn)的物理信號。電子技術的基本內容介紹電子電工培訓11)數(shù)字信號：離散性“1”的電壓當量“1”的倍數(shù)介于K與K+1之間時需根據(jù)閾值確定為K或K+1任何瞬間的任何值均是有意義的2)模擬信號：連續(xù)性。電子電路中信號的分類電子電路中信號的分類數(shù)字信號模擬信號電子電工培訓1數(shù)字信號數(shù)字信號:時間和數(shù)值上都是離散的信號時間上離散---信號只在時間坐標的離散點上發(fā)生變化

數(shù)值上離散---各離散點上的信號數(shù)值是量化的（某個最小單位的整倍數(shù)）

電子電工培訓1模擬信號：連續(xù)性。時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量.大多數(shù)物理量為模擬信號。

模擬電路模擬電路是對模擬信號進行處理的電路。最基本的處理是對信號的放大，有功能和性能各異的放大電路。其它模擬電路多以放大電路為基礎。電子電工培訓1“模擬電子技術”特點處理對象：模擬信號處理目的：放大、穩(wěn)定、濾波、產(chǎn)生信號分析方法：工程分析方法（抓住主要因素，忽略次要因素）難點：交流、直流疊加，工程分析方法電子電工培訓1模擬信號：時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量.數(shù)字信號:時間和數(shù)值上都是離散的信號電子電工培訓1模擬電子技術(AnalogElectronicsTechnology)：處理模擬信號的電子技術。模擬電子技術的目的是，向工程實際提供各種模擬信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析(ANALYSIS)和設計(DESIGN)技術。模擬電路(ANALOGCIRCUITS)：處理模擬信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術(DigitalElectronicsTechnology)：處理數(shù)字信號的電子技術。數(shù)字電路(DIGITALCIRCUITS)：處理數(shù)字信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術的目的是，向工程技術提供各種數(shù)字信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析設計技術。電子電工培訓1

導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。什么是半導體(semiconductor)

？

半導體(semiconductor)

－－硅（Si或Silicon

）、鍺（Ge或Germanium

），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。還如硒、砷化鎵和大多數(shù)金屬硫化物、氧化物等都是半導體。電子電工培訓1半導體元器件的發(fā)展1904年電子管問世1947年貝爾實驗室制成第一只晶體管1958年集成電路1969年大規(guī)模集成電路1975年超大規(guī)模集成電路第一片集成電路只有4個晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個晶體管。有科學家預測，集成度還將按10倍/6年的速度增長，到2015或2020年達到飽和。電子電工培訓1值得紀念的幾位科學家他們在1947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。第一只晶體管的發(fā)明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）

1956年獲諾貝爾物理學獎。巴因所做的超導研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學獎。第一只晶體管的發(fā)明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一個集成電路及其發(fā)明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州儀器公司的實驗室里，實現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構想。42年以后，2000年獲諾貝爾物理學獎?！盀楝F(xiàn)代信息技術奠定了基礎”。

電子電工培訓1

半導體的導電特性半導體的導電特性：對溫度反映特別靈敏,可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質()，導電能力明顯改變(如硼和磷等可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管、場效晶體管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(如鎘、鉛的硫化物與硒化物可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強(如鈷、鎳、錳等的氧化物Impurity電子電工培訓1本征半導體是純凈的晶體結構的半導體。什么是本征半導體？無雜質穩(wěn)定的結構本征半導體：化學成分純凈的半導體,在物理結構上呈單晶體形態(tài)。完全純凈的、晶體結構完整的半導體，稱為本征半導體。本征半導體雖有大量的價電子，但沒有自由電子，此時半導體是不導電的.電子電工培訓1N型半導體和P型半導體在本征半導體中摻入三價元素后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體.在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。

無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。在本征半導體中摻入五價元素后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）

。電子電工培訓1

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理帶正電的空穴hole

溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。帶負電的自由電子freeelectron

在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。電子電工培訓1+4+4+4+4+4+4+4+4+4半導體中存在兩種載流子：帶負電的自由電子和帶正電的空穴。在一定溫度下電子–

空穴對的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡。在本征半導體中，兩種載流子總是成對出現(xiàn)稱為電子–空穴對本征載流子的濃度對溫度十分敏感電子–空穴對兩種載流子濃度相等電子電工培訓114.1.2N型半導體和P型半導體

雜質半導體雜質半導體：在本征半導體中摻入微量其他元素而得到的半導體。雜質半導體可分為：

N(電子)型半導體和P(空穴)型半導體兩類電子電工培訓1N型半導體和P型半導體摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子

在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。

在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）

。動畫(施主原子)

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體(N-typesemiconductor)。電子電工培訓1N型半導體和P型半導體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體(P-typesemiconductor).

摻入三價元素

Si

Si

Si

SiB–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。電子電工培訓114.2PN結及其單向導電性14.2.1PN結的形成PNjunction多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體

內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結

擴散(diffusion)和漂移(drift)這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)電子電工培訓11.PN結的形成

PN結的基本原理

在一塊本征半導體的兩邊摻以不同的雜質，使其一邊形成P型半導體，另一邊形成N型半導體，則在它們交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，于是P區(qū)空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)電子向P區(qū)擴散。

另一方面，隨著擴散運動的進行，P區(qū)一邊失去空穴留下負離子，N區(qū)一邊失去電子留下正離子，形成空間電荷區(qū)，產(chǎn)生內建電場。電場方向由N區(qū)指向P區(qū)，有利于P區(qū)和N區(qū)的少子漂移運動，而阻止多子擴散運動。區(qū)區(qū)電子電工培訓11.PN結的形成

擴散交界處的濃度差P區(qū)的空穴要向N區(qū)擴散N區(qū)的電子要向P區(qū)擴散P區(qū)留下帶負電的受主離子N區(qū)留下帶正電的施主離子內建電場漂移電流擴散電流PN結動態(tài)平衡PN結的基本原理電子電工培訓114.2.2PN結的單向導電性(uni-directconduction)1.PN結加正向電壓（正向偏置forwardbias

）PN結變窄

P接正、N接負

外電場IF

內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。擴散電流遠大于漂移電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，PN結呈現(xiàn)低阻性，正向電阻很小,正向電流較大，PN結處于導通(ON)狀態(tài)。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–電子電工培訓1PN結變寬2.PN結加反向電壓（反向偏置）外電場

內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。動畫–+PN結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止(cut-off)狀態(tài)。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－電子電工培訓1PN結的單向導電性VVDVSVS正向偏置，相當于開關閉合。反向偏置，相當于開關斷開。VVD電子電工培訓1外加反向偏置電壓

反向電壓與PN結內電場方向相同，增強內電場(變寬)。

漂移電流遠大于擴散電流。

PN結呈現(xiàn)高阻性，反向電阻很大。

PN結不導電。漂移電流恒定，與反向電壓大小無關，也稱為反向飽和電流IS

。VI0IS電子電工培訓1偏置電壓PN結的單向導電性

PN結內電場P區(qū)N區(qū)正向偏置反向偏置PN結不導電PN結導電電子電工培訓1晶體管(transistor)

基本結構(architecture)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號(Symbol)BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管電子電工培訓1半導體三極管(BipolarTransistor)NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結集電結—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB電子電工培訓1基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結集電結BECNNP基極發(fā)射極集電極結構特點：集電區(qū)：面積最大電子電工培訓1小功率管中功率管大功率管電子電工培訓1半導體三極管外形電子電工培訓1電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結正偏、集電結反偏PNP發(fā)射結正偏VB<VE集電結反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結正偏VB>VE集電結反偏VC>VB