大学经典教材--电工学第一章第一部分

本学期准备继续开展电路设 计及仿真软件的学习活动，主要 是以自学为主。可以自己到实验 中心EDA实验室，登记上机。 对于使用该软件较好， 可独立设计出较复杂的系统， 并给出报告的可在期末给与加分 奖励。
通 知 我系对非电专业学生开展SRT训练，可 在老师指导下进行电工电子技术科技活动， 培养动手能力和科研能力。该训练可贯穿至 毕业设计。愿参加者可到我处报名，报名时 间不限，在我任课的三个学期内均可。报名 人数每班不超过2人，总共可接纳10人左右 。活动地点在西主楼一区215。
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： • 当受外界热和光的作用时，它的导电能
力明显变化。
• 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。
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝 PN结
引线
外壳
小功率高频
到50年代末，人们越来越强烈地感到， 一个个互相独立的元件、器件的小型化之路， 将走到尽头。这是因为， 一个复杂的电路，里面有大量的元器件， 这些“零件”之间要用导线连接起来。 大量的导线也限制了电路体积的缩小。 在科学技术发展的关键时刻， 往往需要富有想象力的科学家创造全新的观念。 1958年，就出现了两位这样的人物： 基尔比和诺伊斯。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 利用二极管的单向导电特性可作为电子开关。 如下面的两个例子就是其典型应用。
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 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。
i ui
R DZ
iL iZ
RL
uo
0.8ui iR U zW 10 R 10
——方程2
联立方程1、2，可解得：
6.
电子技术实验指导书 (非电专业用 ）
2002年版
电机系编（校内教材）
英文参考书
1. < Electronics Devices> 1999年出版 作者：(美）Hnomas I.Floyd 2. <Mechatronics-electric control system in mechanical engineering> (2nd Edition) 1999年出版 作者：（英）W.Bolton
基片
面接触型
大功率低频
二极管的电路符号：
P
N
二、伏安特性
死区电压 硅管0.5V, 锗管0பைடு நூலகம்2V。
正向偏置
I
P
+ -
N
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
可控开关
反向偏置 反向击穿 电压UBR 反向击穿区
U
F 反向截止区
U
P
-
N
+
UBR远远大于UF一般为十几伏到几十伏
三、主要参数 1. 最大整流电流 IOM
1958年9月12日，基尔比的第一个集成电路实验 获得成功。在这一年里， 美国仙童公司的R· 诺伊斯也 N· 研制出第一块集成电路片。 到今天，集成电路已走过40多年的历程。 在这40多年中，集成电路发生了巨大的变化。
先说说在一个芯片上能集成多少个器件。 1958年，集成电路诞生时，那个芯片上只有5个元 器件；1971年发明的微处理器， 上面集成了2，300个器件； 1989年英特尔公司80486芯片， 集成了120万个晶体管； 今天，一个高性能的微处理器上有1，000万个器件。 1998年3月，英特尔公司宣布的数字令人吃惊： 它在一个硅芯片上集成了7.2亿个晶体管。
晶体管革命 在20世纪30年代，美国的贝尔实验室里有3位值 得注意的人物： 研究部主任默文· 凯利、研究人员布拉顿和肖 克利。 凯利是一位富有创见的科技管理者， 早 在30年代中期，他已经意识到用于电话交换机的 机电继电器动作速度太慢，如不淘汰势必影响电 话技术的进步。1936年，凯利明确地向肖克利表 示， 为了适应通信业务的增长，电话的机械交换 必将被电子交换取代。真空管又存在许多致命的 弱点，寻求建立在新材料、新原理基础上的新型 电子器件便成了当务之急。
rZ
U Z I Z
稳压 灵敏 度
U
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
IZ
IZmax
稳压原理
+
i
限流电阻
iL
iZ
RL
ui
-
R DZ
uo
Ui则Uo,于是Uz.由稳压特性知，
必然使 Iz，于是 I, UR最终使Uo稳定。
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ （2）电压温度系数U（%/℃） 稳压值受温度变化影响的的系数。 （3）动态电阻
1956年12月10日，肖克利、巴丁、布拉顿经过20年 的努力终于攻克了这一难题，研制出晶体管。为此 他们从瑞典国王手中接过了诺贝尔物理奖的证书。 他们为人类奉献的，不仅是一项伟大的技术发明， 而且是半导体物理学的划时代的新发现。 晶体管的发明是电子学领域的一场革命。 与电子管相比，晶体管体积仅为1/100， 耗电量也仅为1/100，而寿命却要长100倍。 晶体管以咄咄逼“人”之势占领了原被电子管占领 的舞台，到50年代末，采用晶体管的收音机、电视 机已比比皆是了。
现代机-电测量和控制系统主要有几部分： 机械部分；电子电路部分；微处理器部分； 随着集成电路技术的飞速发展，机电一体化 进程大大加快。并随之产生新的学科： 机械电子学（Mechatronics)。本书即是其中 较好的教科书之一。1995年出第一版。 90年代初出现了这一新兴边缘学科，此后迅 速发展，由机-电结合到脑-机结合（BCI) 。
2002．9—2003．1
秋季学期 模拟电子技术课 要 求
机01-4班用
每周三上课时交作业。不分单
双号！课代表收齐后交到办公室 （西主楼一区2楼走道中间作业柜 里）。作业抽查批改。未抽查到的 也要认真完成，每次检查完成情况 并登记。缺交两次期末成绩中扣掉 一分。凡作业抄袭者一经发现从严 扣分。
实验共六次，实验前应认 真预习。实验课缺一次扣 2分， 实验报告缺一次扣2分。 凡是未做好预习工作的一律 不得做实验，可以当堂补作预 习，或回去预习好后再另找时 间补作。
rZ
U Z I Z
（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。 （5）最大允许功耗
PZM U Z I Z max
稳压二极管的应用举例 稳压管的技术参数:
I zmin 5mA U zW 10 V, I zmax 20mA,
i ui
R DZ
iL
iZ
RL
uo
负载电阻 RL 2k 。要求当输入电压由正常值发 生20%波动时，负载电压基本不变。
教材及参考书
1.《电工学〉（下册）-电子技术（第五版） 秦曾煌主编
2.《电子技术》（电工学2）
杨福生主编 高等教育出版社 3. 《电工技术与电子技术》（下册）
第二版 王鸿明编 清华大学出版社
4. 《模拟电子技术基础〉童诗白主编 清华大学出版社 1999年版 5. 《电子技术基础〉（模拟部分）
康华光主编 高等教育出版社
二极管的应用举例1： u i
二极管半波整流
t uo uo
ui
RL
t
二极管的应用举例2：
C
ui uR RL uo t uR
ui
R
t
RC远小于脉冲宽度
uo
二极管起到隔离和检波作用
t
§1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压二极管 曲线越陡，
电压越稳 定。 UZ
IZmin
最小稳 定电流
I
UZ
反向击穿电压
动态电阻：
为提高实验课的效率，更好的 培养动手能力，本学期期末增加实 验技能考核，记入实验总成绩中。 主要考常用电子仪器的使用，在 规定的时间里，当场完成指定操作。 所以希望大家在平时实验时，有意 识注意这方面的培养和训练。
平时成绩要记入期末成 绩中，平时成绩包括： 作业和实验，占总评成 绩的30%。 期末笔试成绩占总评成 绩的70%。
再看集成电路里半导体器件的尺寸： 1959年大约是100微米， 到1961年下降到25微米。 1984年研制的1兆位半导体存储器 ，线宽大约1微米；1990年的64兆位半导体存储器， 线宽降至0.3微米。人们预期， 到2000年，半导体存储器容量可达1，024兆位， 那时，线宽就仅有0.1微米了。 0.1微米约为一般原子尺度的100倍， 集成电路与分子电路已经很接近。 此外，芯片的进步还表现在运算速度上。 时钟频率决定着芯片完成一次运算的速度。 目前，高性能微处理器运算速度高达每秒近10亿次。
电子技术 模拟电路部分
第一章
半导体器件
µµµ °µµµµ µ ÷
µ 1.1 ì µ 1.2 ì µ 1.3 ì µ 1.4 ì µ 1.5 ì µ °µµµù ±µµ µµ PN µµµµµµµµ á °° µµµµµ µ °µµµµµ µ§µ§µµ µ µ
(1-16)
划时代的发明——半导体电子学50年 作者：谢友 今天,听广播、看电视已成为人们日 常生活中最普通的事。个人计算机正 在进入寻常百姓家。人们在享用现代 科技成果时，未必都能想到，就在身 边的收音机、电视机、计算机里，曾 经发生过几次翻天覆地的大革命。