黃笑顏

【摘 要】常用半導(dǎo)體元件的課堂教學(xué)中，常運(yùn)用多媒體或者其他的教學(xué)方式教學(xué)，但學(xué)生對單向?qū)ǖ鹊睦斫獠皇呛芾硐?。此文重點(diǎn)闡釋在半導(dǎo)體基本元件的課堂教學(xué)中，利用生活中的“門效應(yīng)”來解釋二極管的單向?qū)ㄐ院腿龢O管的電流放大特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】中職電工電子 二極管 三極管 門效應(yīng)

電子電工學(xué)主要任務(wù)是，使學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)必備的電子電工技術(shù)與技能，培養(yǎng)學(xué)生解決涉及電學(xué)技術(shù)實(shí)際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。對文化基礎(chǔ)較弱的中職學(xué)生來說，要求所學(xué)到的知識“實(shí)用”“夠用”“好用”。在電子電工類教學(xué)過程中，我們碰到過許多現(xiàn)實(shí)的問題，多媒體教學(xué)或許不滿足于學(xué)生的理解需求，那么現(xiàn)實(shí)生活的例子則起到很大的作用。本文就半導(dǎo)體學(xué)習(xí)過程中的一些問題做些描述。

常用的半導(dǎo)體元件在實(shí)際教學(xué)過程中，通常有重點(diǎn)難講解、學(xué)生聽懂難等很多不利學(xué)習(xí)的因素，利用多媒體教學(xué)及PPT直觀展現(xiàn)的特點(diǎn)，能很好地講解半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)和知識點(diǎn)，但很難讓學(xué)生在腦海中留下對半導(dǎo)體元件特性的印象。那么這時候教室里隨手可碰到的教室門，就能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供很好的啟發(fā)。

一、利用“門效應(yīng)”突破二極管的“單向?qū)ㄐ浴?/p>

在中職教材中，二極管按照電流電壓的特性曲線圖可分成四種狀態(tài)：正向偏置導(dǎo)通區(qū)、正向偏置死區(qū)、反向偏置截止區(qū)以及反向偏置擊穿區(qū)。見圖1：

圖1 二極管伏安特性

二極管的單向?qū)ㄊ怯袟l件的，必須在正向偏置下，正向加載電壓超過一定范圍才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，沒有達(dá)到一定電壓時二極管將處于死區(qū)狀態(tài)。這與教室門處于虛掩狀態(tài)是一個道理，當(dāng)教室門處于虛掩狀態(tài)時，正向推門的時候必須加載一定的力量才能打開教室門，如果正向推門和加載一定力量這兩個條件缺一個，門就會打不開。

二極管按照材料可分成兩類：硅二極管和鍺二極管。兩種不同材料構(gòu)成的二極管具有共同的單向?qū)ㄌ匦?。但是這兩種二極管卻有不同的死區(qū)電壓要求，硅二極管在正向偏置時大約0.5伏特電壓就能使它達(dá)到單向?qū)顟B(tài)，但是鍺二極管卻只要大約0.2伏特電壓就足夠其導(dǎo)通。

兩種不同的電壓正好對應(yīng)不同材質(zhì)的教室門，需要推門的力量也是不同的，但是相對反向推門，其所需要的力量是微弱的。

另外二極管還有一種性質(zhì)，以硅二極管為例，正向偏置導(dǎo)通狀態(tài)過程中，當(dāng)正向電壓達(dá)到約0.7伏特的時候，二極管能允許通過的電流值理論上可以無限大，但是實(shí)際使用過程中，任何一個二極管都有最高正向通過電流的最大值，這也是二極管的主要參數(shù)之一。以教室門為例，當(dāng)正向推門達(dá)到一定力量后，門就可以與門框成90度夾角，此時門已經(jīng)全開，那么能通過的物體在理論上達(dá)到最大值。但實(shí)際上，門框有大小，太大的物體通過，會對門框有損失，這就跟二極管正向偏置通過大電流的時候會燒壞二極管是一個道理。

當(dāng)二極管處于反向偏置時，二極管分為截止和擊穿兩種狀態(tài)，在反向電壓增大的過程中，二極管能允許通過的電流相當(dāng)小，理論上是微安級別的電流，比正向?qū)〞r所允許通過的電流低3個數(shù)量級。所以我們認(rèn)為二極管在反向偏置的初始階段是不導(dǎo)通的，如用教室門解釋的時候就相當(dāng)于在反向推門，盡管你的力量很大，但很可惜門是不會向外開的，但是又不是完全不導(dǎo)通，總有些空氣能在門縫的間隙處向外流通，這便相當(dāng)于微安級別的電流了。當(dāng)持續(xù)增大反向偏置電壓的時候，總會有電壓能使二極管從反向截至狀態(tài)過渡到反向擊穿狀態(tài)，隨之而來的便是二極管被損壞，擊穿的結(jié)果是二極管將失去反向截止的作用。此時能通過的電流將劇烈增加，常規(guī)的二極管在被擊穿之后是不能恢復(fù)正常作用的，它將失去二極管的單向?qū)ㄌ匦裕拖褚欢螌?dǎo)線。就比如教室門，當(dāng)反向推門的力量加載到很大的時候，門就被損壞了，當(dāng)門被破壞之后，就失去門的作用了，正反兩個方向都可以通行了。

教師一邊課堂講解，演示PPT的同時，配合開關(guān)門的動作，實(shí)時讓學(xué)生們了解二極管的特性，然后通過多媒體的運(yùn)用，例如二極管特性的演示動畫，更能讓學(xué)生了解整個單向?qū)ǖ倪^程。

二、利用“門效應(yīng)”呈現(xiàn)三極管的放大特性

二極管的教學(xué)輔助是靠“門效應(yīng)”來進(jìn)行的，三極管也可以。課本介紹的三極管分為PNP和NPN兩種，一個二極管其實(shí)相當(dāng)于一個PN結(jié)，那么三極管其實(shí)就是兩個二極管的配合使用。三極管的主要目的是放大電流，也就是讓微弱的基極電流控制較大的集電極電流變化，從而達(dá)到類似放大電流的作用。

圖2

課本上解釋三極管電流放大的時候用的是最基本的共射極放大電路，那么集電極電流最終將到發(fā)射極。在三極管結(jié)構(gòu)中，集電極電流將流過三個半導(dǎo)體區(qū)，分別是：集電區(qū)、基區(qū)以及發(fā)射區(qū)。從圖2例子中的NPN型三極管來看，利用門的正向?qū)ㄔ?，我們可以輕松地解釋基區(qū)電流通往發(fā)射區(qū)的單向?qū)ㄌ匦?。那么集電區(qū)的電流是如何下來的呢？這時候我們可以假設(shè)一個游戲：假設(shè)一間房間里有很多人，這里面的人需要出去只能從門離開，而且只能用推門的方式打開門，但這扇門卻是從外向里開的，所以從房間內(nèi)推這扇門肯定是出不去的，那么有什么辦法能讓這個房間里的人出去呢？學(xué)生們很快就能想到從外面喊個人來推開這扇門，那么就能自然引出基極加載的控制電壓了，房間里的人出去的速度是由門開的角度決定的，而門開的角度卻是由外面推門的人決定的，所以自然而然正向推門的力量決定了人出去的速度，這就相當(dāng)于較小的基極電流控制較大的集電極電流變化了。PNP型三極管解釋起來與NPN型三極管的方法類似，也可以利用門的特點(diǎn)來解釋。

半導(dǎo)體元件這部分的介紹，在整個電子部分至關(guān)重要，半導(dǎo)體元件介紹得不清楚將直接影響后面的學(xué)習(xí)，對模擬電子電路和數(shù)字電路而言，半導(dǎo)體元件都是最基本的結(jié)構(gòu)。模擬電路中的放大電路部分知識，對數(shù)字電路部分的邏輯門電路以及后續(xù)七段LED顯示等關(guān)鍵電路教學(xué)過程中也有一定的影響。

專業(yè)教學(xué)之路很漫長，所有人都知道普通的課堂教學(xué)對中職學(xué)生而言，難上加難；學(xué)生們厭學(xué)，教師無從下手；大量的多媒體技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)引不起學(xué)生的興趣了，即使是教師準(zhǔn)備大量的資料，愿意聽課的學(xué)生也寥寥無幾。在這群愿意聽課的人中能聽懂的就更少了，所以我們作為一線教師，要改變我們的方法，在課堂教學(xué)中，我們不如利用身邊的一切有利物體對枯燥無味的電子電工學(xué)知識加以講解，以物講物，從而加深學(xué)生了解復(fù)雜的電工電子線路是什么工作原理。

總之，沒有哪種教學(xué)方法是萬能的，是完美的。“教育的藝術(shù)不在本領(lǐng)，而在于激勵、喚醒與鼓勵。”德國教育家第斯多惠的這句名言，正確的引導(dǎo)會促進(jìn)課堂的氣氛。教師在課堂上的每一個動作，每一句話都能影響學(xué)生。多元教學(xué)方案也是現(xiàn)在職業(yè)教育所倡導(dǎo)的，我們只有不斷在教學(xué)道路上探索，才能找到歸屬于適合學(xué)生的教學(xué)方法。一切以學(xué)生為中心，不斷提高教師的視野，為創(chuàng)建高效的電子電工課堂教學(xué)而努力奮斗。

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