电工电子技术基础-第六章
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电工学(电工技术)第七版上册第六章电子教案
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电工与电子技术基础第2版课件第6章
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
2.护套导线在安装时一般规定
(1) 室 内 使 用 时 ， 铜 芯 护 套 芯 线 最 小 截 面 不 得 小 于 0.5mm2，铝芯不得小于1.5 mm2； (2) 护套线路连接时，应采用接线盒、分线盒或其它电 器装置的连线柱进行连接接头； (3) 护套线的固定有两种方法，一种是采用金属卡片固 定；另一种是采用与护套线配套专用的塑料线卡固定，严 禁使用铁钉直接穿过护套线固定。
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
2) 日光灯电路如图6.2.3所示。主要由日光灯管， 镇流器，起动器、起动器座、日光灯灯座、日光灯 架和连接导线等组成。
起辉器
N S
日光灯管
镇流器
FU
L
图6-6 日光灯电路接线图
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
3.照明电器附件的安装
(1) 安装单极照明开关，应串接在相线中； (2)开关距地面的安装高度：拉线开关为1.8米； 墙壁开关为1.3米；高插座为1.8米；低插座为0.3米； 在托儿所、幼儿园等不应低于1.8米； (3) 成排开关高度一致，高低差不大于 2 毫米， 拉线开关相邻间距不小于20毫米； (4) 安装壁开关时，开关的扳把方向应一致。 (5)插座线孔的排列、连接线路的顺序要一致。 (6)插座必须固定在绝缘板上或接线盒中，不允 许用电线吊装。 (7) 交、直流或不同电压的插座安装在同一场所 时，应有明显区别。
N
(a)
(b)
图6-7 单相触电
第6章 发、输、配电和照明电路与安全用电
(2) 两相触电 如图6-8所示。
(3)跨步电压触电 当带电体接地有电流流入地下时 (如架空导线的一根断落地上时)，在地面上以接地 点为中心形成不同的电位，人在接地点周围，两脚 之间出现的电位差即为跨步电压。线路电压越高， 离落地点越近，触电危险性越大。 (4)接触电压触电 如图6-9所示。
电工电子技术基础-第六章
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
2020/5/7
21
6.3 稳压二极管
表示符号与伏安特性
I
1. 符号
2. 伏安特性
UZ
稳压管正常工作时加反向电压
稳压管反向击穿后，电
流变化很大，但其两端电 压变化很小，利用此特性，
稳压管在电路中可起稳压 UZ
NPN型
集电极
发射极
C NP N E
基极 B
NPN型三极管
PNP型
集电极
发射极
PN P
C
E
基极
B
PNP型三极管
C IC B
C IC B
2020/5/7
IB E
IE
IB E
IE
25
6.5 半导体三极管
基本结构
集电区： 面积最大
集电结
集电极 C
N
基区：最薄， 掺杂浓度最低
基极 B
P
N
2020/5/7
发射结
本征半导体
本征半导体的导电机理
自由电子
本征激发:价电子在获得 一定能量（温度升高或
Si
Si
受光照）后，即可挣脱
原子核的束缚，成为自
由电子（带负电），同
Si
Si
时共价键中留下一个空
位，称为空穴（带正电） 空穴
2020/5/7
6
6.1 半导体基本知识
本征半导体
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 :
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3
6.1 半导体基本知识
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6.3 稳压二极管
表示符号与伏安特性
I
1. 符号
2. 伏安特性
UZ
稳压管正常工作时加反向电压
稳压管反向击穿后，电
流变化很大，但其两端电 压变化很小，利用此特性，
稳压管在电路中可起稳压 UZ
NPN型
集电极
发射极
C NP N E
基极 B
NPN型三极管
PNP型
集电极
发射极
PN P
C
E
基极
B
PNP型三极管
C IC B
C IC B
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IB E
IE
IB E
IE
25
6.5 半导体三极管
基本结构
集电区： 面积最大
集电结
集电极 C
N
基区：最薄， 掺杂浓度最低
基极 B
P
N
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发射结
本征半导体
本征半导体的导电机理
自由电子
本征激发:价电子在获得 一定能量（温度升高或
Si
Si
受光照）后，即可挣脱
原子核的束缚，成为自
由电子（带负电），同
Si
Si
时共价键中留下一个空
位，称为空穴（带正电） 空穴
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6.1 半导体基本知识
本征半导体
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 :
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6.1 半导体基本知识
电工技术基础第六章
V m
3
2 3 )
e W E m sin( t
一、三相交流电动势的产生
显然，有 eU eV eW= 0。波形图与旋转矢量图如图 6-2 所示。
三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值 （或零值）的先后顺序，叫做相序。 从图6-2中可以看出，eU超前达最大值，又超前达最大值， 这种U-V-W-U的顺序叫正序，若相序位U-W-V-U叫负序。
一、三相交流电动势的产生
三相交流电动势由三相交流发电 机产生。 它的主要组成部分是定子和转子。 转子是转动的磁极，定子是在铁心槽 上放置三个几何尺寸与匝数相同的线 圈（称为定子绕组），它们排列在圆 周上的位置彼此相差120°，分别用 图6-1 三相交流发电机原理示意图 U1-U2，V1-V2，W1-W2表示。 U1、V1、W1表示各相绕组的首端， U2、V2、W2表示各 相绕组的末端。各相绕组的电动势参考方向规定为线圈的 末端指向始端。
n 2 (1 s ) n 1 (1 s ) 60 f p
可知，有三种方法改变电动机转速：
• 1. 改变电源频率f • 2. 改变转差率s。笼型异步电动机的转差率不易改变， 所以，笼型异步电动机不用改变转差率来实现调速。 • 3. 改变磁极对数p。
3．反转 异步电动机的旋转方向与磁场旋转方向一致，而磁场的旋转 方向取决于三相电源的相序。所以要使电动机反转只需要旋转 磁场反转，为此只要将三相电源的三根相线种的任意两根对调 即可。
2 3
U
L
Z UV
各相电流之间的相位差为
二、三相负载的三角形连接
C. 线电流 当对称三相负载作三角形联结时，线电流的大小为相电流 3 的倍，
I L
3 I P
其相位关系如图6-一、三相功率
3
2 3 )
e W E m sin( t
一、三相交流电动势的产生
显然，有 eU eV eW= 0。波形图与旋转矢量图如图 6-2 所示。
三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值 （或零值）的先后顺序，叫做相序。 从图6-2中可以看出，eU超前达最大值，又超前达最大值， 这种U-V-W-U的顺序叫正序，若相序位U-W-V-U叫负序。
一、三相交流电动势的产生
三相交流电动势由三相交流发电 机产生。 它的主要组成部分是定子和转子。 转子是转动的磁极，定子是在铁心槽 上放置三个几何尺寸与匝数相同的线 圈（称为定子绕组），它们排列在圆 周上的位置彼此相差120°，分别用 图6-1 三相交流发电机原理示意图 U1-U2，V1-V2，W1-W2表示。 U1、V1、W1表示各相绕组的首端， U2、V2、W2表示各 相绕组的末端。各相绕组的电动势参考方向规定为线圈的 末端指向始端。
n 2 (1 s ) n 1 (1 s ) 60 f p
可知，有三种方法改变电动机转速：
• 1. 改变电源频率f • 2. 改变转差率s。笼型异步电动机的转差率不易改变， 所以，笼型异步电动机不用改变转差率来实现调速。 • 3. 改变磁极对数p。
3．反转 异步电动机的旋转方向与磁场旋转方向一致，而磁场的旋转 方向取决于三相电源的相序。所以要使电动机反转只需要旋转 磁场反转，为此只要将三相电源的三根相线种的任意两根对调 即可。
2 3
U
L
Z UV
各相电流之间的相位差为
二、三相负载的三角形连接
C. 线电流 当对称三相负载作三角形联结时，线电流的大小为相电流 3 的倍，
I L
3 I P
其相位关系如图6-一、三相功率
电工技术-第6章讲稿 [兼容模式]
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K 称为变压器的变比。
u20
28
在负载状态下，由于副绕组的电 阻 R2 和漏抗 X 1 很小，其上的电压远 小于 E2 ，仍有：
E U 2 2 U 2 E 2 4.44 fN 2 m U 1 E1 N 1 k U 2 E2 N 2
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
原边 绕组
Φ
u2
i2
RL
副边 绕组
单相变压器
23
铁心 变压器的组成 线圈(又称绕组) 铁心 变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅 钢片叠成。 线圈 小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。
24
心式结构 变压器的主要结构 壳式结构 心式结构：变压器的铁心被绕组包围。多用于电力变压器 壳式结构：变压器的铁心包围绕组。常用于小容量变压器 自然冷却—小容量变压器 变压器的冷却方式 油冷式—大容量变压器
U 1 E1 4.44 fN1 m E R I jX I 副绕组的电压方程： U 2 2 2 2 2 2
0 ，电压 U E 空载时副绕组电流 I 20 2 2 i2 U 20 E2 4.44 fN 2 m i10 U1 E1 N1 u1 e1 k e 2 U 20 E2 N 2
原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动 势 e1 ，漏磁电动势 eσ1 ；副绕组匝数为 N2 ，电压 u2 ，电流i2 ，主磁电动势e2 ，漏磁电动势eσ2 。
27
1.电压变换
RI 原绕组的电压方程： U 1 1 1 jX 1 I1 E1 E 忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压，则： U 1 1
10
B
H
u20
28
在负载状态下，由于副绕组的电 阻 R2 和漏抗 X 1 很小，其上的电压远 小于 E2 ，仍有：
E U 2 2 U 2 E 2 4.44 fN 2 m U 1 E1 N 1 k U 2 E2 N 2
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
原边 绕组
Φ
u2
i2
RL
副边 绕组
单相变压器
23
铁心 变压器的组成 线圈(又称绕组) 铁心 变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅 钢片叠成。 线圈 小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。
24
心式结构 变压器的主要结构 壳式结构 心式结构：变压器的铁心被绕组包围。多用于电力变压器 壳式结构：变压器的铁心包围绕组。常用于小容量变压器 自然冷却—小容量变压器 变压器的冷却方式 油冷式—大容量变压器
U 1 E1 4.44 fN1 m E R I jX I 副绕组的电压方程： U 2 2 2 2 2 2
0 ，电压 U E 空载时副绕组电流 I 20 2 2 i2 U 20 E2 4.44 fN 2 m i10 U1 E1 N1 u1 e1 k e 2 U 20 E2 N 2
原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动 势 e1 ，漏磁电动势 eσ1 ；副绕组匝数为 N2 ，电压 u2 ，电流i2 ，主磁电动势e2 ，漏磁电动势eσ2 。
27
1.电压变换
RI 原绕组的电压方程： U 1 1 1 jX 1 I1 E1 E 忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压，则： U 1 1
10
B
H
电工技术-电子教案 第6章 相量法
6.4 电路定律和电路元件的相量形式（续4）
电容元件
电容元件电压有效值与电流有效值之间的关系也类 似于欧姆定律，在相位上电流超前于电压 。
6.4 电路定律和电路元件的相量形式（续5）
例1 试判断下列表达式的正、误。
测量中，交流测量仪表指示的电压、电流读数一般为 有效值。
区分电压、电流的瞬时值、最大值、有效值的符号。
6.2 复数和复指数函数
复数
复数的概念
代数形式 取实部x，取虚部y 共轭复数
复数相等
6.2 复数和复指数函数（续1）
复数的代数运算
复数的几何表示
模
6.2 复数和复指数函数（续2）
工频
6.1 正弦量（续1）
初相位
若最大值发生在计时起 点右（左）侧，则初相 位小（大）于零。 一般规定：
6.1 正弦量（续2）
正弦电压的瞬时值表达式
正弦量的性质 正弦量乘以常数，正弦量的微分、积分，同频率正 弦量的代数和等运算，其结果仍为同频率的正弦量。
正弦电流电路
激励和响应均为同频率的正弦量的线性电路（正弦 稳态电路）称为正弦电路或交流电路。正弦稳态电路 在电力系统和电子技术领域占有十分重要的地位。
电工技术
第6章 相量法
本章教学内容
6.1 正弦量 6.2 复数和复指数函数 6.3 相量法的基础 6.4 电路定律和电路元件的相量形式
本章重点内容
正弦量的表示、相位差
正弦量的相量表示
电路定律的相量形式
6.1 正弦量
正弦量 正弦电流的瞬时值表达式 三要素 振幅（最大值）Im、角频率ω、初相位 角频率、频率和周期之间的关系
例如
这种表示相量的图形称为相量图。利用相量图可以 将电路中的多个电压、电流相量表示在一个相量图中。 各电压或电流的相量关系也可以通过相量图直接反映出 来。
电工技术基础 第六章
a 铸铁
b 铸钢
c 硅钢片
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用 来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线 接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用 作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰 铁氧体等。
S I
Hx
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退出
即有： Φ NI F
l S
Rm
式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通； Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积。
2. 磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为，磁通势为F ，磁阻为Rm，
则
此即磁路的欧姆定律。
B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线； B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
B
b • a • B BJ B0
O
磁化曲线
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H
退出
B-H 磁化曲线的特征： B b B • Oa段：B 与H几乎成正比地增加； a BJ • ab段：B 的增加缓慢下来； b点以后：B增加很少，达到饱和。 B0 有磁性物质存在时，B 与 H不 O 磁化曲线 H 成正比，磁性物质的磁导率不是 B, 常数，随H而变。 有磁性物质存在时，与 I B 不成正比。
B
Br
•
•
O
•H
电工学第六章 电工技术(第六版)
交流磁路中：
Φ固定
IS固定
F随 Rm 变化 U 随 R 变化
交流磁路中磁阻 Rm 对电流的影响
电磁铁吸合过程的分析：
Φ
i
在吸合过程中若外加电
压不变, 则 Φ 基本不变。
u
Rm 大 Rm 小
起动电流大 电流小
IN Φ Rm
电磁铁吸合后(气隙小）
电磁铁吸合前(气隙大）
注意：
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线
i u
Φ
Φ
U 4.44 f Nm
交流磁路的特点:
当外加电压U、频率 f 与 线圈匝数N一定时， Φm 便
eL e
基本不变。根据磁路欧姆
定律 IN
Φ Rm ，当Φm
一定时磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。
交流磁路和电路中的恒流源类似
F Φ Rm 直流电路中： U I S R
6.1 磁路及其分析方法
6.1.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度：表示磁场强弱和方向的物理量
F B Il
用一个与磁场方向垂直的1米长导体 通以1A电流时导体上受的力来衡量。
也可看成与磁场方向相垂直的单位面积上通过 的磁通（磁力线）。所以B又可称为磁通密度。
二、磁通
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。
eL e
u i(Ni)
d di e N L dt dt
d e N dt
2.电压电流关系
交流激励 线圈中产生感应电势
i
Φ
Φ
Φ和 Φ
电路方程：
产生 的感应电势
u
eL e
u uR ( el ) ( e ) dΦ dΦ Ri N N dt dt
Φ固定
IS固定
F随 Rm 变化 U 随 R 变化
交流磁路中磁阻 Rm 对电流的影响
电磁铁吸合过程的分析：
Φ
i
在吸合过程中若外加电
压不变, 则 Φ 基本不变。
u
Rm 大 Rm 小
起动电流大 电流小
IN Φ Rm
电磁铁吸合后(气隙小）
电磁铁吸合前(气隙大）
注意：
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线
i u
Φ
Φ
U 4.44 f Nm
交流磁路的特点:
当外加电压U、频率 f 与 线圈匝数N一定时， Φm 便
eL e
基本不变。根据磁路欧姆
定律 IN
Φ Rm ，当Φm
一定时磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。
交流磁路和电路中的恒流源类似
F Φ Rm 直流电路中： U I S R
6.1 磁路及其分析方法
6.1.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度：表示磁场强弱和方向的物理量
F B Il
用一个与磁场方向垂直的1米长导体 通以1A电流时导体上受的力来衡量。
也可看成与磁场方向相垂直的单位面积上通过 的磁通（磁力线）。所以B又可称为磁通密度。
二、磁通
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。
eL e
u i(Ni)
d di e N L dt dt
d e N dt
2.电压电流关系
交流激励 线圈中产生感应电势
i
Φ
Φ
Φ和 Φ
电路方程：
产生 的感应电势
u
eL e
u uR ( el ) ( e ) dΦ dΦ Ri N N dt dt
《电工电子技术基础》PPT课件
其转速与负载功率的大小成正比。 积算机构用来计算电度表转盘的转数，以实现电能的测量和计
算。转盘转动时，通过蜗杆及齿轮等传动机构带动字轮转动，
从而直接显示出电能的度数。精选课件ppt
19
单相电度表接线时，电流线圈与负载串联， 电压线圈与负载并联。单相电度表共有四根 连接导线，两根输入，两根输出。电流线圈 及电压线圈的电源端应接在相（火）线上， 并靠电源侧。
常用电工仪表的符号和意义
分类 电流 种类
测量 对象
符号 － ～ ～ 或3～
A mA uA V kV W kW
kW·h
V
f Ω MΩ
名称
被测量的种类
直流电表
直流电流、电压
交流电表
交流电流、电压、功率
交直流两用表
直流电量或交流电量
三相交流电表
三相交流电流、电压、功率
安培表、毫安表、微安表
电流
伏特表、千伏表
线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片 同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥 ，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指 针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停 止偏转。
由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正 比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与 电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度 成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比， 即：α=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。
分流系数，其中Io为表头的量精选程课件，ppIt为扩大后的量程。
14
6.3.2 电压的测量
测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采 用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧 毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。
《电工技术基础与技能》第六章正弦交流电习题(答案)
第六章 正弦交流电练习题 姓名： 班级： 学号：填空题1、 大小 和 方向 都随时间作周期性变化的电流、电压、电动势称为交流电，按 正弦 规律变化的交流电称为正弦交流电。
2、正弦交流电的三要素是 最大值（有效值） 、 角频率（频率、周期） 和 初相 。
3、交流电每重复变化一次所用的时间叫 周期 ，用字母 T 表示，其单位为 秒 。
4、交流电在一秒钟变化的次数叫 频率 ，用字母 f 表示，其单位为 Hz 或赫兹 。
5、周期与频率之间的关系为 T=1/f ，角频率与频率之间的关系为 ω=2πf ，工频交流电的频率f= 50 Hz 。
6、我国供电系统中，交流电的频率是___50_____Hz ，习惯上称为工频，周期为__0.02s _____。
7、交流电路i=10sin （628t+4π/3）A ，则其最大值为10A ，频率为 100Hz ，初相位为 4π/3_。
8、已知正弦交流电压()V 60314sin 22200+=t u ,它的最大值为_220V ______，有效值为_ ___220V ____，角频率为__314rad/s ______，相位为__314t+60°____，初相位为___60°_____。
9、某正弦交流电流的最大值为2A ，频率为50Hz ，初相为030，则该正弦交流电流的解析式i =___2sin （314t+30°）A___。
9、已知两个正弦交流电的瞬时值表达式分别为0120260)u t V =-和 0210230)u t V =+，则他们的相位差是__-90º_____，其相位关系是___u1滞后u290º（正交）___。
10、有两个同频率的正弦交流电,当它们的相位差分别为0°、180°、90°时,这两个正弦交流电之间的相位关系分别是__同相__、__反相__和___正交__。
11、i=5 2 sin(200πt-30O)A 则 I m= 7.07A ,I= 5 A ,ω= 200πrad/s f=Hz ,T= 0.01 s ,初相φ=-30O，相位为200πt-30O。
电工电子技术第六章
+4
图 6-1 本征激发
2.掺杂半导体 在本征半导体中，若掺入微量的五价或三价元素，会使其 导电性能发生显著变化。掺入的五价或三价元素称为杂质 杂质。掺 杂质 有杂质的半导体称为掺杂半导体 掺杂半导体或杂质半导体，按掺入杂质元 掺杂半导体 素不同，掺杂半导体可分为N 型半导体和P 型半导体两种。
6.1.2 本征半导体和掺杂半导体
1.本征半导体 纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体 本征半导体，它未经人 本征半导体 为的改造，具有这种元素的本来特征。 在绝对零度时，半导体所有的价电子都被束缚在共价键中， 不能参与导电，此时半导体相当于绝缘体。当温度逐渐升高或 受光照时，由于半导体共价键重的价电子并不像绝缘体种束缚 得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱 共价键的束缚，成为自由电子 自由电子，同时在原共价键处出现一个空 自由电子 位，这个空位称为空穴 空穴。显然，自由电子和空穴是成对出现的， 空穴 所以称它们为电子空穴对 电子空穴对。 电子空穴对
4.非晶态半导体 非晶态半导体 原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半 导体，主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素 半导体及GeTe，As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。 5.有机半导体 有机半导体 有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和 高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳－碳双键有 机化合物。
在我们的自然界中，各种物质按导电能力划分为导体、 绝缘体、半导体。半导体 半导体指的是导电能力导体和绝缘体之 半导体 间的物质 半导体材料的最外层轨道上的电子是4个，根据其特性， 可以将半导体材料分成以下五类： 1.元素半导体 元素半导体大约有十几种，它们处于ⅢA－ⅦA族的金 属与非金属的交界处，例如Ge（锗），Si（硅），Se （硒），Te（碲）等。
图 6-1 本征激发
2.掺杂半导体 在本征半导体中，若掺入微量的五价或三价元素，会使其 导电性能发生显著变化。掺入的五价或三价元素称为杂质 杂质。掺 杂质 有杂质的半导体称为掺杂半导体 掺杂半导体或杂质半导体，按掺入杂质元 掺杂半导体 素不同，掺杂半导体可分为N 型半导体和P 型半导体两种。
6.1.2 本征半导体和掺杂半导体
1.本征半导体 纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体 本征半导体，它未经人 本征半导体 为的改造，具有这种元素的本来特征。 在绝对零度时，半导体所有的价电子都被束缚在共价键中， 不能参与导电，此时半导体相当于绝缘体。当温度逐渐升高或 受光照时，由于半导体共价键重的价电子并不像绝缘体种束缚 得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱 共价键的束缚，成为自由电子 自由电子，同时在原共价键处出现一个空 自由电子 位，这个空位称为空穴 空穴。显然，自由电子和空穴是成对出现的， 空穴 所以称它们为电子空穴对 电子空穴对。 电子空穴对
4.非晶态半导体 非晶态半导体 原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半 导体，主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素 半导体及GeTe，As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。 5.有机半导体 有机半导体 有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和 高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳－碳双键有 机化合物。
在我们的自然界中，各种物质按导电能力划分为导体、 绝缘体、半导体。半导体 半导体指的是导电能力导体和绝缘体之 半导体 间的物质 半导体材料的最外层轨道上的电子是4个，根据其特性， 可以将半导体材料分成以下五类： 1.元素半导体 元素半导体大约有十几种，它们处于ⅢA－ⅦA族的金 属与非金属的交界处，例如Ge（锗），Si（硅），Se （硒），Te（碲）等。
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电子技术
电工电子技术基础
第六章 半导体二极管和三极管
ζ6.1 半导体基本知识 ζ6.2 半导体二极管 ζ6.3 稳压二极管 ζ6.4 发光二极管 ζ6.5 半导体三极管
2019/11/26
2
第六章 半导体二极管和三极管
知识要点 PN结的导电特性 三极管的电流分配与放大作用 二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作 原理 三极管的特性曲线
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 :
自由电子作定向运动 电子电流 价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和 空穴都称为 载流子
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。因此温度对半导体器件性能影响很大。
2019/11/26
24
6.5 半导体三极管
基本结构
NPN型
集电极
发射极
C NP N E
基极 B
NPN型三极管
PNP型
集电极
发射极
PN P
C
E
基极
B
PNP型三极管
C IC B
C IC B
IB E
IE
2019/11/26
IB E
IE
25
6.5 半导体三极管
基本结构
集电区： 面积最大
集电结
集电极 C
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。
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17
6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
稳压管在电路中可起稳压 UZ
作用，使用时要加限流电 阻
IZ
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O
IZ
IZM
U
22
6.3 稳压二极管
主要参数
1. 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压
2.电压温度系数ｕ 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数
3. 动态电阻 rZ
UZ IZ
C
IC
ICBO
ICN
N
IB B
IBN
P
EC
RB
IEP
IEN
N
EB
E IE
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29
6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
IE IEN IEP ICN IBE IEP
IC ICN ICBO
IB
I BN
I EP
ICBO
I
' B
ICBO
IB B
C
ICBO
ICN
IBN
IE IC IB
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RB
IEP
EB
E IE
IC N
P
EC
IEN
N
30
6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
ICN
I
' B
IC ICBO I B ICBO
C
IC
ICBO
ICN
N
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。
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16
6.2 半导体二极管
二极管单向导电性
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。
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。
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12
6.2 半导体二极管
基本结构
① 点接触型
② 面接触型
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。
?为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析三极管的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
PN结的形成
少子的漂移运动
P 型半导体
N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
无外加电压 时，扩散和漂
－－－－－－ + + + + + +
内电场
－－－－－－ + + + + + +
－－－－－－ + + + + + +
移这一对相反 的运动处于动 态平衡，空间 电荷区的厚度
固定不变
形成空间电荷区 多子的扩散运动(浓度差)
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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6.1 半导体基本知识
PN结的单向导电性
1. PN 结加反向电压（反向偏置）——截止
PN 结变宽
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + － － － －－ －－ － + + + + + +
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6.1 半导体基本知识
杂志半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂
质半导体
掺入五价元素
多余 电子
掺杂后自由电子数目大量 增加，自由电子导电成为这
Si
Si
种半导体的主要导电方式，
称为N型半导体
多余电子在常温下即可变为自由电 子
pS+i
Si
磷原子变为正离子 在N型半导体中自由电子是多数载流 子
D
A
₪例1. 电路如图，求：UAB
+
解：
3k
6V
UAB
判断二极管D导通还是截止？
12V
取 B 点作参考点，断开二
– B
极管，分析二极管阳极和 阴极的电位。
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
结论:
• 1）三电极电流关系
• 2） IC IB ， IC IE • 3） IC IB
IE = IB + IC
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的
特性称为晶体管的电流放大作用
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
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6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
R
₪例3.电路如图，ui 18sin t V
+ D
ui 8V
+ uo
其中D是理想二极管，试画出 uo 波形。
解：
–
–
二极管阴极电位为 8 V
u8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
6.1 半导体基本知识
本征半导体
本征半导体的导电机理
自由电子
本征激发:价电子在获得 一定能量（温度升高或
Si
Si
受光照）后，即可挣脱
原子核的束缚，成为自
由电子（带负电），同
Si
Si
时共价键中留下一个空
位，称为空穴（带正电） 空穴
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6
6.1 半导体基本知识
本征半导体
本征半导体的导电机理
显改变 （可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三
极管和晶闸管等）
2019/11/26
4
6.1 半导体基本知识
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
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
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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5
t
20
6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
二极管电路分析方法总结：
定性分析：判断二极管的工作状态（导通/截止？） 若二极管是理想的，正向导通时相当于短接，反向截止 时二极管相当于断开
否则，正向管压降硅0.6~0.7V/锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低 或所加电压UD的正负。
C
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC(mA) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
电工电子技术基础
第六章 半导体二极管和三极管
ζ6.1 半导体基本知识 ζ6.2 半导体二极管 ζ6.3 稳压二极管 ζ6.4 发光二极管 ζ6.5 半导体三极管
2019/11/26
2
第六章 半导体二极管和三极管
知识要点 PN结的导电特性 三极管的电流分配与放大作用 二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作 原理 三极管的特性曲线
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 :
自由电子作定向运动 电子电流 价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和 空穴都称为 载流子
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。因此温度对半导体器件性能影响很大。
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6.5 半导体三极管
基本结构
NPN型
集电极
发射极
C NP N E
基极 B
NPN型三极管
PNP型
集电极
发射极
PN P
C
E
基极
B
PNP型三极管
C IC B
C IC B
IB E
IE
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IB E
IE
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6.5 半导体三极管
基本结构
集电区： 面积最大
集电结
集电极 C
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。
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6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
稳压管在电路中可起稳压 UZ
作用，使用时要加限流电 阻
IZ
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O
IZ
IZM
U
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6.3 稳压二极管
主要参数
1. 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压
2.电压温度系数ｕ 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数
3. 动态电阻 rZ
UZ IZ
C
IC
ICBO
ICN
N
IB B
IBN
P
EC
RB
IEP
IEN
N
EB
E IE
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
IE IEN IEP ICN IBE IEP
IC ICN ICBO
IB
I BN
I EP
ICBO
I
' B
ICBO
IB B
C
ICBO
ICN
IBN
IE IC IB
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RB
IEP
EB
E IE
IC N
P
EC
IEN
N
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
ICN
I
' B
IC ICBO I B ICBO
C
IC
ICBO
ICN
N
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。
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6.2 半导体二极管
二极管单向导电性
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。
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。
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6.2 半导体二极管
基本结构
① 点接触型
② 面接触型
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。
?为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析三极管的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
PN结的形成
少子的漂移运动
P 型半导体
N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
无外加电压 时，扩散和漂
－－－－－－ + + + + + +
内电场
－－－－－－ + + + + + +
－－－－－－ + + + + + +
移这一对相反 的运动处于动 态平衡，空间 电荷区的厚度
固定不变
形成空间电荷区 多子的扩散运动(浓度差)
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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6.1 半导体基本知识
PN结的单向导电性
1. PN 结加反向电压（反向偏置）——截止
PN 结变宽
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + － － － －－ －－ － + + + + + +
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6.1 半导体基本知识
杂志半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂
质半导体
掺入五价元素
多余 电子
掺杂后自由电子数目大量 增加，自由电子导电成为这
Si
Si
种半导体的主要导电方式，
称为N型半导体
多余电子在常温下即可变为自由电 子
pS+i
Si
磷原子变为正离子 在N型半导体中自由电子是多数载流 子
D
A
₪例1. 电路如图，求：UAB
+
解：
3k
6V
UAB
判断二极管D导通还是截止？
12V
取 B 点作参考点，断开二
– B
极管，分析二极管阳极和 阴极的电位。
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
结论:
• 1）三电极电流关系
• 2） IC IB ， IC IE • 3） IC IB
IE = IB + IC
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的
特性称为晶体管的电流放大作用
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
3.三极管内部载流子的运动规律
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6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
R
₪例3.电路如图，ui 18sin t V
+ D
ui 8V
+ uo
其中D是理想二极管，试画出 uo 波形。
解：
–
–
二极管阴极电位为 8 V
u8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
6.1 半导体基本知识
本征半导体
本征半导体的导电机理
自由电子
本征激发:价电子在获得 一定能量（温度升高或
Si
Si
受光照）后，即可挣脱
原子核的束缚，成为自
由电子（带负电），同
Si
Si
时共价键中留下一个空
位，称为空穴（带正电） 空穴
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6.1 半导体基本知识
本征半导体
本征半导体的导电机理
显改变 （可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三
极管和晶闸管等）
2019/11/26
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6.1 半导体基本知识
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
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
2019/11/26
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6.2 半导体二极管
二极管电路分析举例
二极管电路分析方法总结：
定性分析：判断二极管的工作状态（导通/截止？） 若二极管是理想的，正向导通时相当于短接，反向截止 时二极管相当于断开
否则，正向管压降硅0.6~0.7V/锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低 或所加电压UD的正负。
C
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
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6.5 半导体三极管
电流分配和放大原理
2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC(mA) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95