內容提要本書采用項目導向，任務驅動，教、學、做一體化的教學模式編寫。突出“以能力為本位，以學生為主體”的職業教育課程改革思想；同時，從職業崗位需求出發，理論與實訓相結合，突出了高職高專教育特色。
全書共１２個項目，涵蓋了“模擬電子技術”和“數字電子技術”兩部分的內容，包括半導體器件、小信號放大電路、信號處理電路、音頻功率放大電路、直流穩壓電源電路、信號產生電路、數字電路基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、５５５定時器電路及應用與數／模和模／數轉換電路。每個項目後配有實訓和訓練課題。
本書可作為高職高專院校計算機類、電氣自動化類、機電一體化、數控技術等相關專業的教材，也可供相關工程技術人員參考。
圖書在版編目（ＣＩＰ）數據電子技術項目化教程／王豔芬，劉豔萍，羅琴主編．—２版．南京：南京大學出版社，２０１６．８高職高專“十三五”規劃教材．機電專業ＩＳＢＮ９７８７３０５１７３１７２Ⅰ．①電…Ⅱ．①王…②劉…③羅…Ⅲ．①電子技術－高等職業教育－教材Ⅳ．①ＴＮ中國版本圖書館ＣＩＰ數據核字（２０１６）第１７１２９３號出版發行南京大學出版社社址南京市漢口路２２號郵編２１００９３出版人金鑫榮叢書名高職高專“十三五”規劃教材·機電專業書名電子技術項目化教程（第二版）主編王豔芬劉豔萍羅琴責任編輯何永國編輯熱線０２５８３５９７４８２照排南京理工大學資產經營有限公司印刷南京大眾新科技印刷有限公司開本７８７×１０９２１／１６印張１５．７５字數３８３千版次２０１６年８月第２版２０１６年８月第１次印刷ＩＳＢＮ９７８７３０５１７３１７２定價３３．００元網址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｊｕｐｃｏ．ｃｏｍ官方微博：ｈｔｔｐ：／／ｗｅｉｂｏ．ｃｏｍ／ｎｊｕｐｃｏ微信服務號：ｎｊｕｙｕｅｘｕｅ銷售谘詢熱線：（０２５）８３５９４７５６版權所有，侵權必究凡購買南大版圖書，如有印裝質量問題，請與所購圖書銷售部門聯係調換書前言本書參照教育部製定的《高職高專電子技術基礎課程教學基本要求》，在“必需、夠用”的原則下，總結多年的教學實踐經驗編寫而成。突出實用性是編寫本教材的指導思想。按照高職高專培養目標的要求，一方麵，本書對電子技術的基本概念、基本理論和基本方法都做了必要而適當的闡述；另一方麵，也充分考慮到高職高專類學生將來工作的崗位是在生產第一線從事安裝、調試、維護及維修等工作，對學生的工作能力要求較高，因而以項目教學的方法介紹實際工程應用電路。在介紹工程應用電路的過程中，將課本中單元電路的分析與實際電路分析結合起來，係統介紹電子電路的分析方法。考慮到器件辨識、電路調試方法等技能訓練方麵的內容，在每個項目的後麵加入了實訓內容，用來培養學生器件測試常識、電路調試方法，電路設計和分析方法等方麵的能力。
在編寫的思路上，考慮到電子技術的基本內容是指各種基本單元電路的組成原理和工程分析方法，這些基本內容是從事電子技術人才所必須具備的知識，所以做了簡單的介紹，對某些公式避免繁瑣的推導，直接給出結果。在教材編寫內容上，由於目前電子技術的飛速發展，國內外電子器件的生產和應用不斷趨向集成化，因此本書以分立元件為基礎，以集成電路為重點，加強數字電路，主要介紹性能優越的ＣＭＯＳＨＣ係列和ＴＴＬＬＳ係列。本教材在緊扣基本內容的同時突出了應用，尤其加強了集成器件應用的介紹，對電路的分析則大為簡化。教材體現的教學內容及組織體係，凝聚了編者多年來進行教學研究和教學改革的經驗和體會，教學的可操作性和適用性很強，本書由廣東工貿職業技術學院王豔芬、劉豔萍和廣州工程職業技術學院羅琴任主編，湖北職業技術學院黃學先、福建信息職業技術學院陸愛萍和焦作大學趙鋒任副主編，廣東工貿職業技術學院劉益標和陳公興老師參加編寫。王豔芬老師負責全書的統稿工作。
由於編者水平有限，書中難免存在問題或錯誤，敬請廣大師生和讀者批評指正。
編者２０１６年６月教學資源下載上篇模擬電子技術項目一常用半導體器件基礎知識任務１１二極管的特性與測試任務１１１半導體基本知識自然界中的物質，按其導電能力可分為導體、半導體和絕緣體。半導體的導電能力介於導體和絕緣體之間。最常用的半導體材料有矽（Ｓｉ）、鍺（Ｇｅ）和砷化镓（ＧａＡｓ）等。半導體的導電特性（電阻率）受到各種因素的影響：熱敏特性。溫度升高，大多數半導體的電阻率下降。由於半導體的電阻率對溫度特別靈敏，利用這種特性就可以做成各種熱敏元件。
光敏特性。許多半導體受到光照輻射，電阻率下降。利用這種特性可製成各種光電元件。
摻雜特性。在純淨的半導體中有控製、有選擇地摻入微量的有用雜質（某種元素），它的導電能力就可增加１０４甚至１０６倍。利用這種特性製成兩種類型的摻雜半導體，以這兩種半導體為基礎的ＰＮ結，構成了係列的半導體器件，如半導體二極管、三極管、集成電路等。
１．本征半導體純淨的半導體稱為本征半導體。自然界所有的物質都是由原子組成，原子又由帶正電的原子核和若幹帶負電的電子組成。如矽、鍺材料，它們都是４價元素，每個矽原子最外層都有４個價電子（最外層電子稱價電子），矽原子除了吸住本身的價電子，還吸住相鄰的價電子，組成一對對的共價鍵。矽和鍺製成單晶體後，都是共價鍵結構，原子最外層有４個價電子，如圖１１所示為矽或鍺晶體的共價鍵結構。
在本征半導體中，原子外層價電子所受到原子核的束縛力沒有絕緣體裏價電子那麼大，因此在室溫下，總有少數價電子因受熱而獲得能量，擺脫原子核的束縛，從共價鍵中掙脫出來，成為自由電子。與此同時，失去價電子的矽或鍺原子在該共價鍵上留下了一個空位，這個空位稱為空穴。由於本征矽或鍺每產生一個自由電子必然會有一個空穴出現，即電子與空穴成對出現，稱為電子空穴對。
本征激發就是在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，書２電子技術項目化教程並在共價鍵中留下一個空位（空穴）的過程。如圖１２所示為本征半導體的本征激發示意圖。在室溫下，本征半導體內產生的電子空穴對數目是很少的。自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程稱為複合。本征半導體中既有電子載流子，又有空穴載流子，存在兩種載流子是半導體導電的一個重要特征。
圖本征矽或鍺的本征激發示意圖圖１１矽或鍺晶體共價鍵結構示意圖１２１．雜質半導體在本征半導體中摻入微量元素，可以改善半導體材料的導電性能，這類半導體稱為雜質半導體。雜質半導體有Ｎ型半導體和Ｐ型半導體兩類。
如果在本征半導體中摻入微量五價元素，如磷（Ｐ）、砷（Ａｓ）等，這樣就形成了Ｎ型半導體，也叫電子型半導體。Ｎ型半導體的結構如圖１３（ａ）所示。Ｎ型半導體的多數載流子是電子，少數載流子是空穴。
如果在本征半導體中摻入微量三價元素，如硼（Ｂ）、銦（Ｉｎ）等，這樣就形成了Ｐ型半導體，也叫空穴型半導體。Ｐ型半導體的結構如圖１３（ｂ）所示。Ｐ型半導體的多數載流子是空穴，少數載流子是電子。
（ａ）Ｎ型半導體（ｂ）Ｐ型半導體圖１３雜質半導體結構示意圖２．ＰＮ結（１）ＰＮ結的形成Ｐ型或Ｎ型半導體的導電能力雖然較高，但並不能直接用來製造半導體器件。ＰＮ結是構成各種半導體的基礎。ＰＮ結是采用特定的製作工藝，在同一塊半導體基片的兩邊分別形成Ｎ型和Ｐ型半導體。由於Ｐ區和Ｎ區半導體交界麵兩側的兩種載流子的濃度有很項目一常用半導體器件基礎知識３大的差異，這時，在Ｎ區和Ｐ區之間的交界麵附近形成一個極薄的空間電荷層，稱為ＰＮ結。ＰＮ結的形成如圖１４所示。
（ａ）載流子的擴散運動（ｂ）動態平衡時的ＰＮ結圖１４ＰＮ結的形成（２）ＰＮ結的單向導電性ＰＮ結具有單向導電性。當外加電壓時，Ｐ區一端的電位高於Ｎ區一端的電位時，ＰＮ結正向偏置，簡稱正偏。如圖１５所示ＰＮ結加正向電壓時，空間電荷區變窄，ＰＮ結電阻很低，正向電流較大，ＰＮ結處於導通狀態。
（ａ）多子向空間電荷區運動（ｂ）空間電荷區變窄圖１５ＰＮ結外加正向電壓時的情況當外加電壓時，Ｐ區一端的電位低於Ｎ區一端的電位時，ＰＮ結反向偏置，簡稱反偏。如圖１６所示ＰＮ結加反向電壓時，空間電荷區變寬，ＰＮ結呈現高電阻，處於反向截止狀態。
（ａ）多子離開空間電荷區（ｂ）空間電荷區變寬圖１６ＰＮ結外加反向電壓時的情況綜上所述，ＰＮ結正偏時導通，呈現很小的電阻，形成較大的電流；反偏時截止，呈現很４電子技術項目化教程大的電阻，反向電流近似為零。因此，ＰＮ結具有單向導電性。
任務１１２半導體二極管１．二極管的結構與符號二極管內部由一個ＰＮ結構成，在ＰＮ結的兩端各引出金屬電極，然後用外殼封裝起來就構成了二極管。幾種常見的二極管外形如圖１７（ａ）所示。
二極管的電路符號如圖１７（ｂ）所示，由Ｐ區引出的電極稱為正極（陽極），由Ｎ區引出的電極稱為負極（陰極），電路符號中的箭頭方向表示正向電流的流向。
按ＰＮ結麵積的大小，半導體二極管可分為點接觸型和麵接觸型兩類；按ＰＮ結材料不同，可分為矽管和鍺管兩類；按用途不同，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管等。
（ａ）幾種常見的二極管外形（ｂ）二極管符號圖１７幾種常見的二極管外形和符號２．二極管的伏安特性二極管最主要的特性就是單向導電性，可以用伏安特性曲線來表示。二極管的伏安特性指的是二極管兩端的電壓與流過二極管的電流之間的關係。如圖１８（ａ）所示為矽二極管的伏安特性曲線。
（１）正向特性ＯＡ段：當二極管兩端所加的正向電壓較小時，幾乎沒有電流流過二極管。在這段區域，二極管實際上沒有導通，二極管呈現很大的電阻，該區為“死區”。矽管的死區電壓約為０．５Ｖ，鍺管的死區電壓約為０．１Ｖ。
Ａ點以後，正向電壓大於死區電壓，有較大的正向電流流過二極管，稱為二極管導通。
ＢＣ段：在這個區域內，正向電壓略有增加，電流就會增大很多，這時二極管呈現很小的電阻，二極管處於充分導通狀態。矽管的導通電壓約為０．７Ｖ，鍺管的導通電壓約為０．２Ｖ。
（２）反向特性ＯＤ段：當二極管兩端加反向電壓時，隻有很小的反向電流流過二極管。在同樣的溫度下，矽管的反向電流比鍺管小得多，反向電流越大，表明二極管的反向性能越差。
Ｄ點以後，當加在二極管兩端的反向電壓增大到ＵＢＲ時，二極管反向電流將突然增大，二極管失去單向導電性，這種現象稱為電擊穿。發生擊穿時的電壓ＵＢＲ稱為反向擊穿電壓。
項目一常用半導體器件基礎知識５若二極管的反向電壓超過此值時，沒有適當的限流措施，會因電流大、電壓高而損壞二極管，這種現象叫做熱擊穿。
（ａ）矽二極管的伏安特性曲線（ｂ）鍺二極管的伏安特性曲線圖１８矽二極管的伏安特性曲線３．二極管的主要參數（１）最大整流電流ＩＦ指二極管長期運行允許通過的電流平均值。使用時，管子的平均電流值不能大於這個數值，否則會使二極管中ＰＮ結的溫度超過允許值而損壞。
（２）最大反向工作電壓ＵＲＭ指管子工作時所允許加的最高反向電壓，超過此值二極管可能有擊穿的危險。
（３）反向電流ＩＲ指二極管未被擊穿時的反向電流。反向電流越小，管子的單向導電性能越好。
（４）最高工作頻率ｆＭ指二極管具有單向導電性的最高工作頻率。由於ＰＮ結具有電容效應，當工作頻率大於ｆＭ，其單向導電性明顯變差，甚至失去單向導電性。所以使用二極管時需注意信號的頻率，應小於最高工作頻率。
任務１１３半導體二極管的等效電路二極管的伏安特性是非線性的，在電路中分析時較為複雜。在應用中，常常將二極管的伏安特性進行線性化處理。常用的有下麵兩種方法：１．理想二極管的伏安特性理想二極管的伏安特性如圖１９（ａ）粗線所示，虛線為二極管的實際伏安特性。由圖可知，理想二極管正偏時導通，導通壓降為０，相當於開關閉合；反偏時截止，電流為０，相當於開關斷開。
２．二極管的恒壓特性如圖１９（ｂ）所示為二極管的恒壓特性曲線。由圖可知，當二極管兩端的電壓大於導通電壓時，二極管導通，兩端的電壓矽管約為０．７Ｖ，鍺管約為０．２Ｖ；二極管兩端的電壓小６電子技術項目化教程於此值時，二極管截止。顯然，這種等效更接近實際二極管的特性。
（ａ）理想二極管伏安特性（ｂ）二極管恒壓降伏安特性任務圖１９二極管的兩種等效電路模型任務１１４半導體二極管的應用電路１．限幅電路在電子電路中，為了降低信號的幅度以滿足電路工作的需要，常利用二極管構成限幅電路。如圖１１０（ａ）所示為二極管的限幅電路，ＶＤ１和ＶＤ２為理想二極管。
（ａ）電路（ｂ）波形圖１１０二極管限幅電路在圖１１０（ａ）所示電路中，若輸入電壓ｕｉ為正弦波信號，且幅值大於ＵＣ１（＝ＵＣ２）的，當ｕｉ為正半周時，ＶＤ２總是截止的，若ｕｉ＜ＵＣ１，ＶＤ１也是截止的，輸出電壓ｕｏ＝ｕｉ；若ｕｉ＞ＵＣ１，ＶＤ１正偏導通，ｕ０＝ＵＣ１。
當ｕｉ為負半周時，ＶＤ１總是截止的，若ｕｉ＞－ＵＣ２，ＶＤ２是截止的，輸出電壓ｕｏ＝ｕｉ；若ｕｉ＜－ＵＣ２，ＶＤ２正偏導通，ｕ０＝－ＵＣ２。ｕｏ的波形如圖１１０（ｂ）所示。可見，輸出電壓正、負半波的幅度同時受到了限製，該電路稱為雙向限幅電路。
２．整流電路（１）單相半波整流電路如圖１１１（ａ）所示為單相半波整流電路圖，電路中用變壓器將電網的交流正弦電壓ｕ１項目一常用半導體器件基礎知識７變成ｕ２。當ｕ２為正半周時，二極管ＶＤ導通，有電流流過二極管和負載。當ｕ２為負半周時，二極管反向偏置而截止，因此二極管電流和負載電流均為零。圖１１１（ｂ）畫出了半波整流電路中的波形圖。
（ａ）單相半波整流電路圖（ｂ）半波整流的波形圖圖１１１單相半波整流電路（２）單相全波整流電路全波整流電路是在半波整流電路的基礎上加以改進而得到的。利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使兩個二極管在正、負半周內輪流導電，而且兩者流過負載的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。如圖１１２所示為單向全波整流電路及波形圖。
（ａ）單相全波整流電路（ｂ）全波整流波形圖圖１１２單相全波整流電路８電子技術項目化教程正半周時，導通，截止，流過，在負載上得到上正下負的輸出電壓；ｕ２ＶＤ１ＶＤ２ｉＤ１ＲＬｕ２負半周時，截止，導通，流過，產生的電壓極性也為上正下負。因此，在負載ＶＤ１ＶＤ２ｉＤ２ＲＬ上可以得到一個單方向的全波脈動直流電壓。
任務１２三極管的特性與測試在電子設備中，經常需要對微弱的電信號進行放大。在生產實踐和科學實驗中，從傳感器獲得的模擬信號通常很微弱，隻有經過放大後才能進一步處理，或者使之具有足夠的能量來驅動執行機構，完成特定的工作。由兩個ＰＮ結組成的半導體晶體管具有這種放大作用，廣泛地應用於收音機電路、家用電子產品或工業控製電路中。
晶體管又稱雙極型三極管，簡稱ＢＪＴ（即ＢｉｐｏｌａｒＪｕｎｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）。它有空穴和自由電子兩種載流子參與導電，是一種電流控製型半導體器件。晶體管是通過一定的工藝將兩個ＰＮ結相結合所構成的器件。晶體管的種類很多，按照製造材料的不同，分為矽管和鍺管；按照結構的不同，分為ＮＰＮ型管和ＰＮＰ型管；按照頻率分，有低頻管和高頻管；按照功率分，有小、中、大功率管。
任務１２１晶體管的結構與符號如圖１１３所示為晶體管的結構示意圖和符號。其中圖１１３（ａ）所示為ＮＰＮ型晶體管，圖１１３（ｂ）所示為ＰＮＰ型晶體管。從圖中可以看出，他們有３個區，分別是集電區、基區和發射區，並相應引出三個電極，即集電區引出集電極ｃ，基區引出基極ｂ，發射區引出發射極ｅ。晶體管有兩個ＰＮ結，集電區和基區的ＰＮ結稱為集電結，發射區和基區的ＰＮ結稱為發射結。晶體管的電路符號中箭頭指示了發射極的位置及電流流向，ＮＰＮ型晶體管的電路符號箭頭方向是流出，ＰＮＰ型晶體管的電路符號箭頭方向是流入的。
（ａ）ＮＰＮ（ｂ）ＰＮＰ圖１１３晶體管的結構示意圖和電路符號不論是ＮＰＮ型晶體管還是ＰＮＰ型晶體管，它們的結構都有一個共同特點，即發射區摻雜濃度很高，基區很薄且摻雜濃度很低，集電區摻雜濃度很低但集電結的麵積很大，這是晶體管具有電流放大的內部條件。發射區的作用是發射載流子，基區的作用是傳輸載流子，集電區的作用是接收從發射區發射過來的載流子。
項目一常用半導體器件基礎知識９任務１２２晶體管的工作原理１．晶體管的偏置發射區摻雜濃度很高，基區很薄且摻雜濃度很低，集電區摻雜濃度很低但集電結的麵積很大，這是晶體管實現放大的內部條件。實現放大的外部條件是發射結正偏、集電結反偏。
如圖１１４所示為ＮＰＮ管組成放大電路的外部電路。基極電源ＵＢＢ經限流電阻ＲＢ在基極ｂ和發射極ｅ之間加正向電壓ＵＢＥ＞０，發射結正偏；集電極電源ＵＣＣ通過集電極電阻ＲＣ給集電結加反向電壓即ＵＣＢ＞０。因為ＵＣＥ＝ＵＣＢ＋ＵＢＥ，所以隻要ＵＣＥ＞ＵＢＥ，便可使ＵＣＢ＜０，實現集電結反偏。由以上分析可知，當ＮＰＮ管處放大狀態時，ＵＣ＞ＵＢ＞ＵＥ。如圖１１４（ｂ）所示為ＰＮＰ管組成放大電路的外部電路，如果發射結正偏，集電結反偏，則要滿足ＵＣ＜ＵＢ＜ＵＥ。
（ａ）ＮＰＮ管組成放大電路的外部電路（ｂ）ＰＮＰ管組成放大電路的外部電路圖１１４晶體管組成放大電路的外部電路２．晶體管內部載流子的運動和各級電流的形成圖１１５中，基極和發射極所在的回路是晶體管的輸入回路，集電極和發射極所在的回路是晶體管的輸出回路，圖中輸入回路和輸出回路的公共端是發射極，所以這種連接方式稱為共發射極電路。
圖１１５晶體管內部載流子的運動和各極電流１０電子技術項目化教程（１）發射區向基區注入電子如圖１１５所示為晶體管內部載流子的運動和各極電流，由於發射結加的是正向電壓，有利於發射區的多子向基區擴散，同時，基區的空穴也要擴散到發射區，其數量很少，可以忽略。外電源不斷地向發射區補充電子，從而形成發射極電流ＩＥ。由於電流的方向與電子的運動方向相反，所以發射極電流ＩＥ是從發射極流出管外。
（２）電子在基區的擴散與複合由發射區來的電子到達基區後，基區很薄且濃度低，電子要繼續向集電結擴散，在擴散的過程中，少數電子與基區的空穴複合，形成基極電流ＩＢ，並且基極電流很小。
（３）集電區收集電子由於集電結加的是反向電壓，所以集電區的多子和基區的多子很難發生擴散運動，但是對發射區來的電子有很強的吸引力，使得電子漂移到集電區，形成集電極電流ＩＣ。注意：ＩＣ是由發射區越過基區來的載流子形成的，而不是集電區本身的多子運行形成的。