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电子技术基础知识

第一章基础知识

一、电路计算中的代数量及正方向

（一）、双向标量

在图1-1中导线AB里的电流强度，具有两个可能的方向，I

我们把这种有两个可能方向的标量称为双向标量，它既不同于AB

完全没有方向的标量（如体积），也不同于有无限多个可能方I

向（方向连续变）的矢量。

（图1-1）

双向标量可以用代数量来同时表示他的大小和方向。

但应该指出：

正负号究竟表示什么方向，必须事先做出约定，否则正负号并不代表任何意义，这正如没有指定圆点时正负数就没有意义一样。

为了表达这种约定，可以引入“正方向”的概念，有的也把“正方向”叫做“参考方向”或“标定方向”，但“正方向”一词最常见。

当规定的“正方向”与双向标量的实际方向一致时，代数量前取“”号，反之取“—”号，这样代数量就表达了双向标量的全部特征。

用代数量描写“双向标量“的最大优点在于，用代数量的各种运算结果的正负号判明待求量的实际方向。

这一优点在以下两种情况下显得尤其突出：

一是计算复杂的直流电路；二是计算交流电路，可以说没有代数量就很难表示交流电，更谈不上交流电路的计算了。

“双向标量”的正方向和实际方向在图中都可用箭头表示。

当必须同时标出一个量的“正方向”和“实际方向”时，一般用实虚两种箭头来区别，由于“正方向”比“实际方向”更常需要标出，所以一般用实箭头表示“正方向”，用虚箭头表示“实际方向”。

判断一个标量是否是“双向标量”时，主要看他是否存在两种非此即彼的可能方向。

有时标量实际看来没有什么方向可言，但它的确存在两种非此即彼的可能性，为了方便起见，也可以分别给每种可能性赋予一个“方向”（指实际方向）的意义，从而把这个量当成“双向标量”来处理。

比如“电压”就是这样，说“AB间电压是5伏，只能知道AB之间电位差是5伏，并不知道两点的电位谁高谁低，这种不同就可看作是“方向”性的不同，所以可以给他定义一个“实际方向”的概念：

从高位点到低位点的方向叫作这两点电压的实际方向。

电压有时也可用记下标的方法代替实箭头表示电压的正方向,即用UAB表示U的正方向从A向B，显然有UAB=UA—UB；电源的电动势也是一个“双向标量”，其实际方向定义为：

从电源负极指向电源正极的方向（或电源非静电力的方向）。

“实际方向”不同于“正方向”是客观存在的事实；而“正方向”则是认为约定的，用以与实际方向作比较而决定正负号的方向。

（二）、数量等式

我们知道矢量式比标量式具有更丰富的表达力，既能表达矢量间的数值关系，又能表达它们的方向关系（指连续变化的无限多个方向），一举两得。

与此相类似，代数量等式也比算术量等式具有更丰富的表达力，用代数量进行运算也可收到一举两得的效果，使用代数量等式时，要特别注意以下两点：

1、代数量与算术量在书写时没有任何区别，因此，应当明确式中哪些量是代数量，对于一次演算中的同一个量，不允许一会看作代数量，一会又看作算术量，否则容易出现错误。

2、凡代数量必须事先约定正方向，正方向可以任意选择，但已经选定就不能更改。

在用代数量等式表示电路定律时，必须注意式中各代数量的“正方向”之间的关系（或叫配合），各量“正方向”的关系不同时，同一定律会有不同的代数量表达式，看下面两个例子：

例1：

写出不含源电路的欧姆定律的代数量表达式。

首先这个定律的完整内容包括两点：

、流过电路的电流在数值上等于电路两端的电压除以其电阻；、电流的方向（对外电路而言的实际方向），是从高电位端指向低电位端。

若用算术量表示即I=U/R，此只表示了欧姆定律的一个内容，若要同时表示两个内容，则必须用代数量等式表示，共有两种形式：

一种是I和U的正方向规定的一致如图2-2所示，则有I=U/R；另一种是I和U的正方向规定的相反如图2-2所示，则有I=-U/R。

以上两式

都能分两种情况加以说明：

由图2-1知A点比B点电位高；由图2-2知B点比A点电位高；证明略。

UU

例2：

写出含源电路的欧姆定律的表达式。

ABAB

首先讨论一段最简单的含源电路—无II

内阻电源，其关系式也有两种可能。

（图2-2）（图2-3）

图2-4所示U=ε；图2-5所示

U=-ε。

再讨论有内阻电源，它可等

效为无内阻电源与电阻的串联图2-6εε

所示，设ε、U、I的正方向按图中BABA

规定，则有UCB=ε，UCA=Ir，则进一UU

步有U=UAC+UCB=-UCA+U=-Ir+ε即ε=U+Ir。

（图2-4）（图2-5）

如果按图2-7所示方向规定则有：

UCB=ε；UCA=-Ir；U=UCA+UCB=Ir+ε即为ε=U-Ir。

由此不难总结得出：

当ε、I的方向相同，而U的“正方向”与它们相反时，简记为“两同一反”有：

ε=U-Ir。

若上式中任一个代数量的“正方向”反过来时有ε=U-Ir。

综上所述可得两个重要结论：

εε

、代数量等式中每项前的正负号，II

取决于且仅取决于在该等式中出现B●●●AB●●●A

的各代数量的“正方向”之间的配C

合，所以记公式必须同时记住公式UU

中各代数量“正方向”之间的配合。

（图2-6）（图2-7）

、当某一代数量的“正方向”改变时，等式中含该量的项前的正负号必须随之改变。

二、戴维南定理（电压源定理）

电压源定理又称为等效发电机定理，即对于任何一个由电源、电阻所组成的，有两个引出端的有源二端网络，总可以用一个具有一定内阻的等效电源E来代替，E就是引出端的开路电压，R就是将原来电路中的电源短接后，两引出端间的总电阻。

例如图2-1电路中C的充电时间常数τ=RC，除与R1C有关外，还与RK有关。

现在用电压源定理求证如下：

先画出该电路的等效电路如图2-2，其中AB就是该二端有源网络的出线端，AB开路时ＵＡＢ＝ＲＫＥＣ／（Ｒ１＋ＲＫ），故等效电源Ｅ＝ＲＫＥＣ／（Ｒ１＋ＲＫ），将ＥＣ短接，从ＡＢ看进去Ｒ１与ＲＫ并联，所以等效电源内阻Ｒ＝Ｒ１ＲＫＣ／（Ｒ１＋ＲＫ），可见该电路的充电时间常数τ=RC＝Ｒ１ＲＫＣ／（Ｒ１＋ＲＫ），充电结束时ＵＣ＝－ＲＫＥＣ／（Ｒ１＋ＲＫ）。

三、晶体管的功率损耗

1、处于甲类放大状态的晶体管，功率损耗为ＰＣ＝（１／２）ＰＣＭ　，其中ＰＣＭ为最大允许集电极损耗功率。

2、处于开关状态的晶体管，功率损耗由三部分组成：

、转换过程（开启时间及关闭时间）的功耗：

Ｐ１＝ＵＣＭＩＣＭ（tr＋tf）／６Ｔ。

、饱和时间的功耗：

Ｐ２＝ＩＣＭＵＣＥＳ（Ｔ导／Ｔ）。

、截止时的功耗：

Ｐ３＝ＵＣＭＩＣＢＯ（１－Ｔ导／Ｔ）。

由此可证明处于开关状态的晶体管能输出的功率比其集电极最大允许耗散功率大得多，即能带超过它本身最大功率的负载，并且改善波形的前后沿对减少管子的功耗有益。

逆变电源的输出一般都设计成方波，就是为了提高逆变晶体管带负载的能力。

四、可控硅、场效应管的原理与检测：

（一）、可控硅（又称晶闸管）

隧道二极管、单结晶体管、可控硅都是负阻器件，即在伏安特性曲线中存在这样一段特性：

电压增加时电流减少或电压减少时电流增加。

1、普通可控硅（SCR），

其工作频率较低，属于单向可控硅。

要关断导通的普通可控硅只能减小阳极电流到小于维持电流，即使加反向电压也不能关断。

所以先短路G极到地然后开机通电即可让可控硅

不工作，从而让其失去保护作用。

可控硅的

符号如图12一1所示。

A—阳极，K—阴极，KA

G—控制极。

KK系列用于脉冲电路及高速逆变；

KP系列用于整流或一般控制；3CT系列普通用途。

G

其测量方法是：

（图4-1）

2、可关断可控硅（GTO）

其工作频率较高。

属于单向可控硅，要关断导通的普通可控硅只需在G、K之间加一反向控制电。

符号与普通可控硅相同。

A—阳极，K—阴极，G—控制极。

T2

其测量方法是：

3、双向可控硅可双向导通

即可以正向触发导通，也可以反向触发导通。

符号如图12-2所示，T1—第一阳极，T2—第二阳极，G

G—控制极。

T1

其测量方法是：

可看成是两个单向可控硅反（图4-2）

向并联而成。

用Rⅹ1测量任意两脚的阻值，正常时只有一组为几十欧，另两组为无穷大；值为几十欧时的两脚为T1、G，余下一脚为T2；然后假定T1、G中的任意脚为T1，黑表笔接T1，红表笔接T2，将T2与假定G极瞬间短路，如果阻值由无穷大变为几十欧，之后调换两表笔重复上面操作结果相同时，说明假定正确；若调换表笔后先指示几十欧后又变为无穷大说明假定错误。

可控硅SCR是SiliconComtrclledRectifier的缩写；晶闸管的国际通用名称为

Thyristor。

（二）、场效应管（FET）

场效应管是一种电压控制型半导体器件（晶体管是电流控制型），它是利用电场的作用来改变其导通能力（仅靠一种载流子导电，晶体管靠两种载流子导电），因此称为场效应管。

它具有高输入阻抗、低噪声、抗辐射能力强、动态范围大、热稳定性好、制作工艺简单等优点。

FET是FieldEffectTransistor的缩写

FFET是JunctionTypeEffectTransistor的缩写

MOSFET是Metal-oxide-SemiconductorTYPEfieldEffectTransistor的缩写

1、结型场效应管（JFET）

全部是耗尽型，分为N、P两种沟道。

其中D—漏极，S—源极，G—栅极。

2、绝缘栅场效应管（IGFET）

分为耗尽型和增强型两类，各有N、P两种沟道。

又叫金属氧化物场效应管（MOSFET）。

其中绝缘层为二氧化硅的用MOSFET表示；绝缘层是氮化硅的用MNSFET表示；绝缘层是氧化铝的用MALSFET表示。

3、VMOS管的测量方法

（1）、栅极G的测定

用Rⅹ100档分别测量任意两脚的正反向电阻有三种组合，共进行六次测量，其中读数为数百欧时只有一次，其余为无穷大；则此时两表笔所接引脚D、S极，余下的另一脚为G极。

（2）、漏极D、源极S及类型测定

用Rⅹ10K档测D、S间的正反向电阻，正向约为0.2ⅹ10K，反向在（5—∞）ⅹ100K。

在测反向电阻时红表笔所接引脚不变，黑表笔离开所接引脚后与G极碰一下，然后黑表笔再去接原引脚，若阻值变为零，则红笔所接为S极，黑表笔所接为D极；用黑表笔触发G极有效，则该VMOS管为N沟道，反之为P沟道。

（3）、跨导大小的检测

对N沟道VMOS管，红笔接S黑笔接D，G极开路万用表指针偏转较小，用手接触G极时表针有明显偏转，偏转量愈大说明跨导愈高，对于P沟道VMOS管红黑表笔互换。

注意：

少数VMOS管的G、S之间接有保护二极管，以上检测方法不再适用。

4、一些常见功率场效应管电极排列

2SK727等管的电极排列如图2-4-1；K118、K200、K201、K413、K423、K727、K1529、K1530、IRF730、IRF840等管的电极排列如图2-4-2；K214、K1058、J77、J162等管的电极排列如图2-4-3；K30、K170、K246、K373、J74、J103等管的电极排列如图2-4-4。

2SK727

GDSGDSGSDDGS

图2-4-1图2-4-2图2-4-3图2-4-4

五、数字电路

门电路是有多个输入端和一个输出端的开关电路。

当决定某一事件的各种条件全部具备之后这件事才发生，这种因果关系就称为“与”的关系，满足这种关系的电路称为“与门电路”；当决定某一事件的各种条件只要具备其中一个或一个以上时，这件事就发生这种因果关系称为“或”的关系，满足这种关系的电路称为“或门电路”。

“或”、“与”都是基本的门电路对于一个具体的基本门电路来说，它既是与门又是或门，看信号系统取什么样的条件？

根据正负信号的条件判断是与还是或。

非门输出是输入的否定，因而反相器就是一个非门电路