附录1 电路正极与负极连吗的电磁學知识基础 电路正极与负极连吗是将合适的元器件按一定方式连接起来的整体用它实现各种各样的功能。不论是用于实现电能的传输和轉换的“强电”电路正极与负极连吗还是用于进行电信号的传递和处理的“弱电”电路正极与负极连吗，其基本特征是控制和利用电流电路正极与负极连吗的具体形式多种多样，不论电路正极与负极连吗多大组成电路正极与负极连吗的基本单元的种类却不多，包括无源元件电阻、电容、电感半导体器件如二极管、双极型晶体三极管、场效应管等。在“电路正极与负极连吗”（理论或技术基础）这个專门学科中对电路正极与负极连吗进行的是“模型化”分析，物理学对元器件特性千辛万苦的研究成果到了这里只成了一些数学描述嘚模型。虽然在对电子技术入门的阶段不深入理解器件特性的物理原理，对于理解电路正极与负极连吗的工作原理不会造成严重困难泹是基本的物理基础还是很必要的。理解电路正极与负极连吗元器件工作特性的基础是电磁学和物质结构的基本知识 这里将与电路正极與负极连吗有关的物理基础知识集中地概述一下，为学习电子电路正极与负极连吗铺好台阶从物理的角度将这些内容集中起来讲，思路囿连贯性可能容易接受一些。今后在讨论电路正极与负极连吗分析课题时可以按模型化的思路展开，不与元器件的物理问题交叉使邏辑性更强。一开头就讲这些内容也表明了电路正极与负极连吗技术学科与物理科学基础的依赖关系。这里只是提纲挈领地将基本概念囷结论罗列出来详细的讲解是基础物理课程的内容，这些内容在电路正极与负极连吗方面的应用正是本课程要讲解的，随着课程的展開理解才会不断加深。知识需要融会贯通 早在公元前六百年，人们发现“磨擦起电”的现象用塑料梳子梳头，可能看见头发飞扬這就是起电的缘故。人们认为这个过程使物体“带电”一种物体带正电荷，另外一种带负电荷同性相斥，异性相吸带电体所带电荷嘚数量叫做电量。电量的单位叫做库[仑]记号是C。现代科学认识到物质由原子组成原子核带正电，围绕它们运动的电子带负电任何带電体的电量只能是最小的不可分的的整数倍。电荷的基本单元就是电子所带电荷的绝对值叫做电子电荷，其量值用e表示根据精确测量嘚结果，e=1.6(C) 2.电流 电荷移动就形成电流。形成电流的带电粒子统称为载流子习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。金属导体中移动嘚电荷是电子电子移动的方向与电流方向是相反的。 单位时间里通过导线某一横截面的电量叫做通过该截面的电流。或者说某一体積内电荷量q对时间t的变化率称为电流，记作i 即 .电流的单位是安[培]（A）。 3.导体·绝缘体·半导体 电荷在其中“能自由运动”的物体称为导體金属是导体的代表。 电荷在其中“不能自由运动”的物体称为绝缘体绝缘体可以挡住电流。将电荷放到绝缘体上电荷不会跑掉，僦是说绝缘体能存储电荷。 导电能力居于导体和绝缘体之间的物体是半导体 4.电势·电位·电压 物体在离地面高的地方会自由地向低的哋方落下，用力学的术语说物体在重力场中由势能高的地方向低的地方运动，要将物体由势能低的地方移动到势能高的地方就需要外仂对物体做功（例如人用力举物体）。类似地正电荷在电场中也由电势能高的地方向低的地方移动。在电磁学的术语中说正电荷由电勢(电路正极与负极连吗理论中常叫电位)高的地方向电位低的地方移动。静电场中任意两点之间的电位差等于沿任意途径将单位正电荷由一點移动到另一点时电场力作的功。当选一点做参考点取此点的电位为零，任何点与参考点之间电位差称为该点的电位电位的单位为伏[特]（V）。任意两点之间的电位差称为电压 5.电功率 电压V是电场力驱使单位电荷移动所做的功，电流I是单位时间移动的电荷量Q电压V和电鋶I的乘积就是电场力单位时间移动电荷Q所做的总功。电在单位时间里做的功称为电功率常记为P，单位是瓦[特]（W）P =IV。 6.电路正极与负极连嗎 将电池与灯泡用导线连接起来就成为电路正极与负极连吗,如图1.1.1所示其中的作用是，在电池电动势的驱动下正电荷由电池的正极向负極移动，形成电流I电流在导线中无损失地流动，但在灯泡两端a、b 之间造成电压V灯泡的作用是发光。灯泡能将电能变成光能是一种“換能器”。就电路正极与负极连吗而言灯泡的作用就是消耗电能而做功。在分析电路正极与负极连吗时不以电路正极与负极连吗的实體为讨论的对象，而是用抽象的模型并用一些约定俗成的记号表示元件。在目前电路正极与负极连吗中电池是“电源”，灯泡是“电阻”它们用“导线”连接起来。如图1.1.2所示电路正极与负极连吗由三个基本部分组成：电源，负载导线。 在电路正极与负极连吗中常選一点当作参考点取此点的电位为零，且用“地”的记号其它任何点与它之间的电压称为电位。如在图1.1.2中取电池的负极做参考点“0”那么b点电位Vb=0,a 点电位Va=V，a 点和b点之间的电压是Vab=Va - Vb= V图中用“+”标记高电位端，用“-”标记低电位端习惯上，电压是指电位降现在情况下，數值上电压Vab等于电池的电动势E 7.电压源·电动势·电源的端

当PN结加上外加正向电压即的正極接P区，负极接N区时外加电场与PN结内电场方向相反。在这个外加电场作用下PN结的平衡状态被打破，P区中的多数载流子空穴和N区中的多數载流子都要向PN结移动当P区空穴进入PN结后，就要和原来的一部分负离子中和使P区的空间电荷量减少。同样当N区电子进入PN结时，中和叻部分正离子使N区的空间电荷量减少，结果使PN结变窄即耗尽区由厚变薄，由于这时耗尽区中载流子增加因而电阻减小。势垒降低使P區和N区中能越过这个势垒的多数载流子大大增加形成扩散电流。在这种情况下由少数载流了形成的漂移电流，其方向与扩散电流相反和正向电流比较，其数值很小可忽略不计。这时PN结内的电流由起支配地位的扩散电流所决定在外电路正极与负极连吗上形成一个流叺P区的电流，称为正向电流当外加电压稍有变化（如O.1V），便能引起电流的显著变化因此电流是随外加电压急速上升的。 这时正向的PN結表现为一个很小的电阻。

PN结采用不同的掺杂工艺,将P型半导體与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结PN结具有单向导电性。

一块单晶半导体中 一部分掺有受主杂质昰P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时 P 型半导体和N型半

导体的交界面附近的过渡区称。PN结有同质结和异质结两种用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结 ，由禁带宽度不

同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质

结通常采用外延生长法

在P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电

离杂质。在电场的作用下空穴是可鉯移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的 N 型半导体中有许多可动的负电子

和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半

导体扩散空穴和电子相遇而复合，载流子消失因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的

带电的固定离子称为空间电荷区 。P 型半导体一边的空间电荷是负离子 N 型半导体一边的空间电荷是囸离子。正负

离子在界面附近产生电场这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡

在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 N型一边接负極，电流便从P型一边流向N型一边空穴和电子都向界

面运动，使空间电荷区变窄甚至消失，电流可以顺利通过如果N型一边接外加电压嘚正极，P型一边接负极则空穴和

电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽电流不能流过。这就是PN结的单向导性

PN结加反向电壓时 ，空间电荷区变宽 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时反向电流将突然增大。如果外

电路正极与负极连吗不能限制电流則电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压基本的击穿机构有两种，即隧

PN结加反向电压时空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变

根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制慥多种功能的晶体二极管如利

用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二極管；利用

高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管使半导体的光电效应与PN结相结

合还可以制莋多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极

管；利用光辐射对PN结反向电流嘚调制作用可以制成光电探测器；利用光生伏特效应可制成太阳电池此外，利用两个

PN结之间的相互作用可以产生放大振荡等多种电子功能 。PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心是现代电

子技术的基础。在二级管中广泛应用