电子技术基础课程

注意列写KCL方程时，各支路电流的方向采用的是参考方向。
注意电流正负符号:
(1)电流实际方向和参考方向之间关系； (2)流入 、流出结点。
KCL可推广到一个封闭面：
i1+i2+i3=0
(其中必有负的电流) i1
常用的半导体器件
电子技术基础 三、基尔霍夫电压定律(KVL)：在集总参数电路中，任何时刻，
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例2 . 已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V。求 Ua；Ub；Uc；Uac
a
(1) 以a点为参考点，Ua=0
Uab= Ua–Ub Ub = Ua –Uab= –1.5 V
1.5 V Ubc= Ub–Uc Uc = Ub –Ubc= –1.5–1.5= –3 V b
＋4
＋4
＋4 成为自由电子。
由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。
本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产 生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带 正电荷的离子。
由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参 与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。
Uac= Ua–Uc = 0 –(–3)=3 V
1.5 V (2) 以b点为参考点，Ub=0
c
Uab= Ua–Ub Ua = Ub +Uab= 1.5 V
Ubc= Ub–Uc Uc = Ub –Ubc= –1.5 V
Uac= Ua–Uc = 1.5 –(–1.5) = 3 V 结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位
a
b
设c点为电位参考点，则
Uc=0
d
Ua=Uac， Ub=Ubc， Ud=Udc c
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两点间电压与电位的关系：
前例
a
b
仍设c点为电位参考点，Uc=0
Uac = Ua ， Udc = Ud
d
c
Uad= Uac –Udc= Ua–Ud
结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的 电位之差。
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学习目的与要求
了解本征半导体、P型和N型半导体的特征 及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性 及其分类、用途；理解三极管的电流放大原 理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理 解双极型和单极型三极管在控制原理上的区 别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析 电子电路的基本理论、基本 知识和基本技能。
i1+i3=i2+i4
即 i入 i出
物理基础:电荷守恒，电流连续性。流出任一结点的支路 电流等于流入该结点的支路电流。
7A
10A
对结点a： 4–7–i1= 0 i1= –3A
a• 4A
i1b•
i2
-12A
对结点b：i1+i2–10–(–12)=0 i2=1A
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（1） 导体
导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远， 因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界 的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱 原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在 常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用 的导电材料有银、铜、铝、金等。
沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。即
例:
u(t ) 0
a
R2 I2
+
b
U_S1 f 绕行方向 R1
R3 I3
I1
I4
c
e_ US4+ d R4
首先考虑选定一个绕行方向:顺 时针或逆时针。
若选顺时针方向绕行时:
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf=0
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（后面详细介绍）
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（3） 绝缘体
绝缘体的最外层电子数一般为6~8个，且距原子核较 近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。
常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能 力极差或不导电。
常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。
＋
原子核
绝缘体的特点：
内部几乎没有自由电子， 因此不导电。
+
+
uS1 _ 1
uS2 _
2
R3
3
b=3 n=2
R1
R2
l=3
b
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二、基尔霍夫电流定律 (KCL)：在集总参数电路中，任何时刻
，对任一结点，所有流出(流入)结点的各支路电流的代数
和恒等于零。即
i(t) 0
例:
i1
i2
•
i4 i3
令流出为“+”(支路电流背离结点) –i1+i2–i3+i4=0
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从共价键晶格结 构来看，每个原
＋4
＋＋4
＋4 在游离走的价电子原 位上留下一个不能移
子外层都具有8个
动的空位，叫空穴。
价电子。但价电
子是相邻原子共 用，所以稳定性
＋＋4
＋4
并不能象绝缘体
那样好。
＋4
受光照或温度上升
影响，共价键中价电
子的热运动加剧，一
些价电子会挣脱原子
核的束缚游离到空间
即：uab+ubc=uaf+ufe+ued+udc
uac=uab+ubc uac=uaf+ufe+ued+udc
推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过
的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方
向一致时取正号，相反取负号。
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a
R2 I2
uab=R2I2 ubc= –R3I3
电子技术基础 本征半导体——纯净的、不含其他杂质的半导体。
＋4
＋4
晶格结构
＋4
＋4
＋4
＋4
实际上半导体的 晶格结构是三维 的。
＋4
＋4
＋4
共价键结构
本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元 素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格 结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四 个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。
参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电
压保持不变。
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3. 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律
(Kirchhoff’s Current Law—KCL )和基尔霍夫 电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law—KVL )。
它反映了电路中所有支路电流和电压的约束关系，是 分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件 特性构成了电路分析的基础。
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1.1 PN结
1. 导体、半导体和绝缘体
自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。
原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的
带有负电的电子组成。
原子核中有质子和中子，
其中质子带正电，中子不带
＋
电。
原子核
绕原子核高速旋转的核外 电子带负电。
原子结构中： 正电荷 = 负电荷
即
UR US
电阻压降＝电源压升
上式中，电流参考方向与回路绕行方向一致者，RkIk前
面取“＋”号；电压源的电动势的方向(参考极性)与回路绕
行方向一致者，Usk前面取“＋”号。
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1.1 PN结 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 双极型三极管 1.5 场效应晶体管
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3. 本征半导体
最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价 元素，即每个原子最外层电子数为4个。
+
+
Si(硅原子)
Ge(锗原子)
Si
Ge
+4
+4
因为原子呈电中性，所 以简化模型图中的原子 核只用带圈的+4符号表 示即可。
硅原子和锗原子的简化模型图
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补充：电路分析的一些基本知识
1. 电路和电路模型
一、电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。
电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。 电源(source)：提供能量或信号的发生器。 负载(load)：将电能转化为其它形式能量的用电设备，或对
信号进行处理的设备。 导线(line)、开关（switch)：将电源与负载接成通路装置。
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电子技术基础 一、几个名词：(定义) 1.支路：电路中通过同一电流的每个分支，称为一条支路。 (
电路中的支路数用b来表示)
2.结点: 三条或三条以上支路的连接点称为结点 (结点数用n 来表示 )。
3.路径：两结点间的一条通路。路径由支路构成。
4.回路：由支路组成的闭合路径(回路数用 l 来表示) 。 a
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2、电路中的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要物理量
主要有电压、电流、电荷、磁链。在线性电路分析中常用 电流、电压、电位等。另外，电功率和电能量也是重要的物 理量。
（1）电流(current)：带电质点的运动形成电流。
电流的大小用电流强度表示：单位时间内通过导体截面的电量。
def Δ q dq i(t) lim
Δ t0 Δ t dt
单位：A (安) (Ampere，安培)
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（2）电压(voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB 等
于将点电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电
荷q的比值，即
U
AB
def

WAB q
单位：V(伏) (Volt，伏特)
当把点电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功
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电子技术基础 2. 半导体的独特性能 半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导
体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：
光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强； 热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大； 掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电
能力极大地增强； 半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。
电子技术基础 主编 姜桥
电子技术基础
第1章 常用的半导体器件 第2章 基本单管放大电路 第3章 多级放大电路 第4章 负反馈放大电路 第5章 集成运算放大器的应用 第6章 直流稳压电源 第7章 逻辑代数与逻辑门电路 第8章 组合逻辑电路 第9章 集成触发器 第10章 时序逻辑电路 第11章 大规模集成电路
＋
原子核
导体的特点：
内部含有大量的自由电子
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（2） 半导体
半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自 由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的 导电能力也是介于导体和绝缘体之间。
常用的半导体材料有硅、锗、硒等。
＋
原子核
半导体的特点：
虽然导电性能介于导体 和绝缘体之间，但是具有 其独特的性能。
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电子技术基础 低频信号发生器的内部结构
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电子技术基础 二、电路模型 (circuit model) 1. 理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质来设
想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单 的数学式子严格表示。 几种基本的电路元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件。 电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能的元件。 电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电场能的元件。 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。
WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功–WAB，则B到
A的电压为
UBA

WAB q
U AB
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电子技术基础 （3）电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点 为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。
参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位 点。
电位用U表示，单位与电压相同，也是V(伏)。
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受光照或温度
＋4
＋4
＋4
此时整个晶 体带电吗？
上升影响，共
为什么？
价键中其它一
些价电子直接
跳进空穴，使
＋4
＋4
＋4
失电子的原子
重新恢复电中
性。
＋4
＋4
＋4
价电子填补空穴的现象称为复合。
参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的 空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价 电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同 于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子 载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空 穴载流子运动。
+ U_S1 f 绕行方向
R1
I1
I4
e_ US4+ d R4
b
udc= –R4I4 ued= –US4
ufe=R1I1
uaf=US1
R3 I3
代入左式： uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf=0
c
得：
–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0
–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4
a
R2 I2
+
b
U_S1 f 绕行方向 R1
R3 I3
I1
I4
c
e_ US4+ d R4
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf=0
证明：
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf = (Ua–Ub)+ (Ub – Uc) – (Ud–Uc) –
(Ue – Ud) – (Uf – Ue) – (Ua – Uf) =0