电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_14.半导体器件-1

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电工学(第七版上册)秦曾煌主编ppt课件

A
B
(2)用正负极性： A +
U
B
(3)用双下标： A
UAB
B
参考方向
+U
–
+ 实际方向
U >0
参考方向
+U
–
实际方向 +
U <0
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，任一点到参考点的电压称为该点的电位。
用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。
.
16
4.关联参考方向 i
+
1. 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。
2.用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。
i
A
B
.
11
2 .电压
两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小，如图所示。用数学式表示，即为
定义电压示意图
.
21
1.3 电功率和能量一：电功率
单位时间做功大小称作功率，或者说做功的速率称为功率。在电路问题中涉及的电功率即是电场力做功的速率，以符号p(t)表示。功率的数学定义式可写为 :
p(t) dw(t) dt
式中dw为dt时间内电场力所做的功。功率的单位为瓦(W)。 1瓦功率就是每秒做功 1 焦耳，即1W = 1J/s 。
.
23
由 u dw 得 dw udq dq
再由 i dq 得 dt dq
dt
i
根据功率定义 p(t) = dw/dt, 得
P(t)=ui
根据功率的定义知道功率是能量对时间的导数，反过来能量是功率对时间的积分。

电工学第七版上册秦曾煌

20
)2
R22 (sX 20 )2
U1 4.44 f1 N1Φm
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电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
1
T
2. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
f2
n0 n 60
p
n0 n n0
n0 p 60
s
f1
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 通常, f2 = 0.5 ~ 4.5Hz (f1 = 50Hz)
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2. 转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 E2 最大
(2) Tst与 R2 有关，适当使
R2 Tst 。对绕线式型
电机改变转子附加电阻
R´2 , 可使Tst =Tmax 。
n0 n
O
T
Tst
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst > T2电机能起动，否则不能起动。
起动能力 st
Tst TN
一般st 1 ~ 1.2
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例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n = 975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。
解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速

电工学(第七版)上册秦曾煌第一章ppt课件

(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正值，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负值，则实际方向与假设方向相反。
.
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例: 电路如图所示。
I = 0.28A I = – 0.28A
电动势为E =3V
+
方向由负极指向正极； E
3V
电压U的参考方向与实际方
向相同, U = 2.8V, 方向由
电动势 E
单位
A、 kA、 mA、 μA V、 kV、 mV、 μV
电压 U V、 kV、 mV、 μV
实际正方向正电荷移动的方向
电源驱动正电荷的方向
(低电位 - 高电位 ) 电位降落的方向
(高电位 - 低电位 )
.
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物理量正方向的表示方法
I
a
灯
U
R
池
泡 R0
导线
手电筒电路
干电池导线灯泡手电筒的电路模型
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电
路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨
论激励与响应的关系。
.
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1.3 电压和电流的参考方向
电流
电路中的物理量电压
电功率和额定值的意义; 4. 会计算电路中各点的电位。
.
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1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备
或电路元件按一定方式组合而成。
1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
发电机

《电工学》秦曾煌下册电子技术详解PPT教学课件

子
+4
+4
+4
+4
共价键共用电子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子最外层电子是八个，构成比较稳定的结构。
共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束缚电子来填补，使得
空位
+4

电工学秦曾煌第七 PPT课件

t
3-33
第33页/共57页
uC (t) E (U 0 E)e t RC U 0 e t RC (E Ee t RC )
暂态电路的叠加定理:
全响应=稳态分量+暂态分量全响应=零输入响应+零状态响应
前者：由电路因果关系来看后者：由电路的变化规律来看
3-34
第34页/共57页
R-L电路的全响应
一阶电路暂态过程的求解方法
1. 经典法: 用数学方法求解微分方程。
2. 三要素法: 求初始值、稳态值、时间常数。 ……………... 3-18 第18页/共57页
* 经典法
K
R
+
_E
C
例
i
一阶常系数线性微分方程
uC
RC
duC dt
uC
E
由数学分析知此种微分方程的解由两部分组成：
u' 方程的特解 C
R
t=0
+
E
C
_
uC
E
uC
RC
duC dt
uC
E
uC (0 ) U0 0
uC
(t
)
E
(U0
E
t
)e
RC
t uC (t) E Ee t RC
3-32
第32页/共57页
R-C电路的全响应
K
R
t=0
+
E
C
_
uC
RC
duC dt
uC
E
uC
E
U0
uC (0 ) U 0
uC (t) E (U 0 E)e t RC (E Ee t RC ) U 0 e t RC

2024版电工学简明教程(秦曾煌)ppt课件

29
同步发电机励磁系统简介
励磁系统作用
为发电机提供直流励磁电流，建立发电机主磁场，并通过调节励磁电流的大小和相位，实现对发电机输出电压和无功功率的调节。
2024/1/29
励磁系统组成
主要包括励磁电源、励磁调节器、励磁变压器及灭磁装置等部分。其中，励磁电源为发电机提供直流电源；励磁调节器根据发电机运行状态和电网要求，输出相应的控制信号；励磁变压器将控制信号转换为适合发电机的励磁电流；灭磁装置用于在发电机停机或故
4
教材作者秦曾煌简介
2024/1/29
5
课程目标与要求
2024/1/29
课程目标
通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论、分析方法和实验技能，具备分析和解决工程实际电路问题的能力，为后续专业课程的学习和从事相关领域的科学研究或工程技术工作打下坚实的基础。
课程要求
要求学生掌握电路的基本概念和基本定律，掌握电路的分析方法和实验技能，了解电路理论的最新发展动态和前沿技术。同时，要求学生具备独立思考、创新能力和团队协作精神。
2024/1/29
9
电源与负载
2024/1/29
电源
电源是将其他形式的能转换成电能的装置。在电路中，电源提供电能，驱动电荷流动。
负载
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。在电路中，负载消耗电能，将电能转换为其他形式的能量。
10
03
直流电路分析方法2024/1/2911电阻串联与并联
2024/1/29
特殊应用场合
除了上述应用外，变压器还被应用于一些特殊场合。例如，在铁路牵引供电系统中，为了减小对通信线路的干扰，需要使用高阻抗变压器；在电子测量仪器中，为了减小测量误差和提高测量精度，需要使用精密电压互感器等。

电工学电子技术( 第七版秦增煌)课件共16页

干扰、噪声、漂移、非线性
模拟电子技术
数字电子技术
被测
传感器
模拟信号处理
模数数字转换接口
微
控
对象
伺服机构
功率放大
数模转换
数字接口
机
电机
计算机检测控制系统原理框图
绪课程的目的、任务和学习方法
论
••• ••
《试理按电课解要工）基求学本参概加》念实课、验程基是本必培理修养论课良和（好分学的析校实方规验法定素为质考大学注学用重工结实科合践各，技专举能业一的的反培技三养术，基融础会课贯通
• 1892年马可尼和波波夫分别进行了无线电通讯实验
• 1883年爱迪生发现电子的热效应及1904年佛莱明制成了电子二极管
• 1906年德福雷斯发明了电子三极管 • 1948年美国贝尔实验室发明了晶体三极管 • 1958子技术的发展概况
论 • 现状:
• 容量大型化
绪
论•••••
•
工械机加束测力交电地第…、业工加、械量通子促二采…—电长汽广••••金生矿、工流加与与技进次—镀度车播农医军国属产、超等量工控通术了工电、、与、业疗事防冷中冶动声、…工制讯的社业电速火电加电金机波照…艺发会革焊度车视工力、加度展生命机、、、、机轧…………工和和产对—械械电温飞电钢…………、色机—广力社的、炉度机影床动电度电泛的会锻冶、、及等力造子等加应提生金时轮电设和束…工用高产、间船话备铸和…技极力电、……造离术大的蚀压……机子
•
器件小型化
•
设计自动化
电子计算机的发展概况绪论
• 1943年英国制造了一台电子计算机

电工学上册(第七版)PPT 高等教育出版社,秦曾煌主编

内阻消耗功率
负载大小和电阻大小是不同概念！
问题
• 为什么当线路上并入许多电灯时，电灯会变暗，电源会发热？
电源与负载的判别
1. 根据 U、I 的实际方向判别
电源：
U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，
负载：
（发出功率）；
U、I 实际方向相同，即电流从“+”端流入。
（吸收功率）。 2. 根据 U、I 的参考方向判别
0
I
1.5.1 电源有载工作
I
+ E
+
U
R
特征:
R0
① 电流的大小由负载决定。 I E ② 在电源有内阻时，I U 。 R0 + R
负载端电压 U = IR 或 U = E – IRo
③ 电源输出的功率由负载决定。
UI = EI – I²Ro P = PE – P
负载取用功率
电源产生功率
闭合面。在任何一个时刻，流过任何一个闭合面的电流的代数和为0。
例:
IA
A
广义结点
IB
IC B
C
IA + IB + IC = 0 （1）
左图式（1）可以用基尔霍夫节点电流定理来证明。
问题：如果这个闭合面中包含电源，是不是还
满足Si＝0？
1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律，应用于回路)
1．定律
电压 U 电动势E
高电位低电位 (电位降低的方向)
低电位高电位 (电位升高的方向)
kV 、V、mV、
μV
kV 、V、mV、
μV
2. 电路基本物理量的参考方向
(1) 参考方向

电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_14.半导体器件-2

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当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流

IB UBC < 0 + + UBE > 0 IC + UCE IB = 0 IB UBC > 0

IC C + IB B T UCE + UBE E IE

电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。基区空穴向发射区的扩散可忽略。
C N P N E
B
RB EB
RC EC
发射结正偏集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
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2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB
A
IC
mA
B + V UBE

C
3DG100
RB
E
mA IE
+ V UCE

EC
EB
晶体管电流放大的实验电路
设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表：
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。
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2024版电工学(第七版上册)秦曾煌主编PPT课件

根据磁化曲线的不同特点，铁磁性物质可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等。
26
铁心线圈电路模型和分析方法
铁心线圈电路模型
将铁心线圈等效为一个电阻和一个电感的串联电路，其中电阻表示线圈的铜损，电感表示线圈的磁损。
铁心线圈电路的特点
由于铁心的存在，铁心线圈电路具有非线性、饱和性和磁滞性等特点，使得电路的分析和计算变得复杂。
2024/1/28
无功功率
比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
视在功率
在电工技术中是指将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积。只有单口网络完全由电阻混联而成时，视在功率才等于平均功率，否则，视在功率总是大于平均功率（即有功功率），也就是说，视在功率不是单口网络实际所消耗的功率。
4
第七版上册内容结构
第七版上册主要包括电路的基本概念和基本定律、电阻电路的分析、动态电路的时域分析、正弦稳态电路的分析、含有耦合电感的电路分析、三相电路、非正弦周期电流电路和信号的频谱分析等内容。
本册内容在编排上注重系统性、连贯性和实用性，通过大量的例题和习题帮助学生巩固所学知识，提高分析问题和解决问题的能力。
在并联电路中，总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn，同时电压相等，电流分配与电阻成反比。
13
电源等效变换方法
电压源等效变换
将电压源转换为等效的电流源，使得二者在外部电路中具有相同的电压和电流表现。具体方法是通过计算电压源的内阻和开路电压，得到等效电流源的电流和内阻。

相关主题

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内电场 N 型半导体
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
浓度差形成空间电荷区
多子的扩散运动扩散的结果使空间电荷区变宽。
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14.2.2 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压 (正向偏置)
PN 结变窄
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14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si Si
空穴
– Si B
Si
硼原子
接受一个电子变为负离子
掺入三价元素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。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。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P接正、N接负
P IF
+
–
内电场外电场
N
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。
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例1： V阳 D V阴
6V 3k 12V +
A
UAB –
电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点, 断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。
B 参考点
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则, UAB低于－6V一个管压降,为－6.3Ｖ或－6.7V 在这里，二极管起钳位作用。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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14.2 PN结及其单向导电性
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 P 型半导体
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。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。
O
t
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应用举例
1. 二极管检波电路检波就是将低频信号从已调制信号(高频信号)中取出。电路及信号波形如图所示。
ua ui O D
t
ui
t
O+Βιβλιοθήκη ui+ -
uO
-
O
t
输入信号为已调制信号，由电视机、收音机接收后，由检波二极管 D 将已调制信号的负半周去掉，然后利用电容将高频信号滤去, 留下低频信号, 再经放大电路放大，送给负载显像管或扬声器，还原成图像或声音。
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14.3 二极管
14.3.1 基本结构
(a) 点接触型结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。 (b)面接触型结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。
(c) 平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。
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14.3 二极管
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片阳极引线阴极引线
N型硅 P 型硅阳极引线二氧化硅保护层
( a)点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阴极引线
阳极引线 PN结金锑合金底座
( c ) 平面型
阳极
D 阴极
( d)符号
阴极引线
( b) 面接触型
半导体二极管的结构和符号
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二极管的单向导电性
1. 二极管加正向电压(正向偏置，阳极接正、阴极接负)时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压(反向偏置，阳极接负、阴极接正 )时, 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。
第14章半导体器件
14.1 半导体的导电特性
14.2 PN结及其导电性
14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 双极型晶体管 14.6 光电器件
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第14章半导体器件
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
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应用举例
1. 二极管检波电路在电视、广播及通信中，为使图像、声音能远距离传送，需要将这一低频电信号驮载在高频信号上，这个过程叫调制。检波就是将低频信号从已调制信号(高频信号)中取出。电路及信号波形如图所示。
ua O
ui
t
D
a
ui
t
O
+ -
ui
+ -
uO
反向电流在一定电压范围内保持常数。
P–
+N
硅管0.5V 锗管0.1V
反向特性
外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。
外加电压大于死区电压二极管才能导通。
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14.3.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向工作峰值电压URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
PN 结变宽
－－－－－－－－－－－－－－－－－－ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P接负、N接正
P
IR
内电场外电场
N
–
+
内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
12 流过 D2 的电流为 I D 2 4mA 3
D1承受反向电压为－6 V
D2 起钳位作用， D1起隔离作用。
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例 3：
R + ui – D 8V + uo –
已知：ui 18sin t V 二极管是理想的，试画出 uo 波形。二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。
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常见二极管外形图 (a) 玻璃封装 (b) 塑料封装 (c) 金属封装中大功率二极管
二极管
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14.3.2 伏安特性
特点：非线性
反向击穿电压U(BR)
I
正向特性
P+
– N 硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
导通压降
O
U
死区电压
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2. 二极管限幅电路
限幅是指限制电路的输出幅值。输入信号的波形经限幅后，只有其中一部分传到输出，其余部分则被限制而消失。模拟电子技术中，常用限幅电路来减小和限制某些信号的幅值，以适应电路的不同要求，或作为保护措施。在数字电路中, 常用限幅电路来处理信号波形。限幅电路是用具有非线性特性的器件来实现的，二极管可用来组成简单的限幅电路。限幅电路中的二极管一般都工作在大电流范围，所以可采用二极管的恒压模型来分析电路的工作原理。
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自由电子
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。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。
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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。
价电子
Si
Si
Si
共价健晶体中原子的排列方式
Si
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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