徐一花

（江蘇省惠山中等專業(yè)學(xué)校電類組，江蘇無錫，214153）

1 二極管演示教學(xué)前的準(zhǔn)備工作

1.1 二極管在中職學(xué)業(yè)中的應(yīng)用

二極管通常是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，通過特殊工藝結(jié)合在一起，他們的交界處就形成了PN結(jié)，由P區(qū)引出的電極成為陽極，由N區(qū)引出的電極成為陰極，由于PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，故在P極加上正電壓，N極加上負(fù)電壓，能使二極管導(dǎo)通；反之，在P極加上負(fù)電壓，在N極加上正電壓，二極管就截止了，中間沒有電流通過，我們稱二極管的這種特性為單向?qū)щ娦?，正向?qū)ǎ聪蚪刂埂?/p>

利用二極管的單向?qū)щ娦?，?yīng)用最多的就是對交流電的整流，我們可以利用一個二極管，搭建半波整流電路，利用四個二極管，搭建全波整流斷路。在收音機(jī)中，二極管還具有檢波功能。我們還能利用二極管的反向截止功能，制作成穩(wěn)壓電路?？傊?，二極管在電子電路當(dāng)中是一個很常見的元器件，應(yīng)用非常廣泛。

二極管的正向?qū)ㄎ覀円呀?jīng)非常熟悉了，對于反向截止，我們的認(rèn)知一直停留在截止上面。這節(jié)課，我們就來看看，給二極管接上反向電壓，會出現(xiàn)一個什么樣的現(xiàn)象。書本上給出了反向最大電壓Urm，真正擊穿跟這個反向最大電壓之間是什么關(guān)系？這次實驗，我們選的二極管型號為1n4148，是一種小型的高速開關(guān)二極管，在我們平時實驗中經(jīng)常會遇到，選它作為我們的演示道具比較具有代表性。

1.2 演示教學(xué)的原則和特點

二極管是我們專業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常用到的元器件，但對于他們的表述最多的就是書本上的特性曲線圖，二極管特性曲線圖對于初學(xué)電子元器件的學(xué)生來講很抽象，尤其是在二極管的反向截止區(qū)，平時學(xué)習(xí)過程中用到的是少之又少，學(xué)生對于二極管反向狀態(tài)的概念停留在截止?fàn)顟B(tài)。本次教學(xué)可以通過演示教學(xué)法，讓學(xué)生對書本上一成不變的特性曲線有一個直觀的了解，同時讓學(xué)生深刻感知二極管的擊穿狀態(tài)。

1.3 課前準(zhǔn)備

本節(jié)課需要介紹二極管的反向特性，以往的教學(xué)，同學(xué)們一般對二極管的正向?qū)▍^(qū)比較了解，二極管通正向電壓，過了死區(qū)電壓就導(dǎo)通，但對二極管的反向特性往往是一知半解，具體什么叫“擊穿”也不知道，只知道那是一個書本上出現(xiàn)的名詞。結(jié)合這些特點，可以把二極管的反向特性就用演示教學(xué)來完成，加深同學(xué)們對二極管在反向特性中從截止區(qū)到達(dá)擊穿區(qū)的印象。

要演示出二極管的一個擊穿過程，首先要準(zhǔn)備一個調(diào)壓器，可以輸出從0到260V的交流電壓；其次給二極管提供的必須是一個直流電，因此，需用四個二極管搭建一個橋式整流，在橋式整流后面可以再并聯(lián)一個濾波電容，這樣，一個可以調(diào)壓的直流電源就完成了。

演示教學(xué)的對象是學(xué)生，要把所有的道具以及現(xiàn)象展示給學(xué)生，所以用傳統(tǒng)的印制電路板或者通用洞洞板是不行的，因為這些板子尺寸很小，一個班級學(xué)生很多，坐在后面的學(xué)生很難看到現(xiàn)象。底板的選擇，可以選擇一款50cm*50cm的環(huán)氧板，底部用兩塊木條作為支撐，讓它能夠九十度直立在講臺上。0～260V的交流電源，電容，二極管，電阻都選擇的是電工電子實驗臺上面的接插件。在環(huán)氧板上打孔，把接插件插在孔里，然后用導(dǎo)線把各個元器件按照原理圖連接起來。最后在需要演示的1n4148二極管上并聯(lián)一個電壓表。電壓表可以選擇物理實驗室的電壓表，物理實驗室的電壓表清晰直觀，方便學(xué)生查看二極管兩端電壓值的變化。

2 二極管反向擊穿的演示教學(xué)

為了讓學(xué)生開動思維，我們可以提問學(xué)生，如果給二極管加一個反向電壓，二極管會有怎樣的現(xiàn)象？有的學(xué)生可能會說二極管會反向截止，有的學(xué)生可能會說二極管會擊穿。我們可以接著提問需要多大的電壓會把一個二極管擊穿呢？同學(xué)們可能會面面相覷，他們可能沒有考慮過這個問題。進(jìn)而我們可以提問，同學(xué)們看過擊穿后的現(xiàn)象嗎？同學(xué)們大概會說沒有見過。這時，我們可以把準(zhǔn)備好的演示道具拿出來，同學(xué)們顯然對接下來的實驗很感興趣。

實驗所選的二極管為1n4148，查閱資料知道，它的最大反向連續(xù)電壓為75V，75V會把二極管擊穿嗎？

實驗一：雪崩擊穿。把1n4148二極管反向接在直流電源上，觀察二極管兩端電壓的變化。調(diào)壓器的電壓從0V開始慢慢往上調(diào)，這時候，二極管是處于截止?fàn)顟B(tài)的，所以它兩端的電壓跟著調(diào)壓器在慢慢升高。隨著電壓的升高，當(dāng)二極管兩端的電壓到達(dá)75V時，我們可以停了下來，提問學(xué)生，二極管會擊穿嗎？學(xué)生們可能會比較茫然，因為資料上寫著75V會擊穿，但在75V時，二極管并沒有擊穿，這是怎么回事呢？我們可以繼續(xù)調(diào)高調(diào)壓器的電壓，看到二極管上的電壓達(dá)到了100V，隨著調(diào)壓器一點一點的調(diào)高輸出電壓，二極管上的電壓也開始了緩慢升高，同學(xué)們一般都會屏氣凝神，緊盯著電壓表的和二極管的變化。當(dāng)電壓表的指針到達(dá)150V時，我們就會聽到二極管“嘭”的一聲，隨后火花燃起，這時我們要馬上關(guān)掉調(diào)壓器的輸出電壓，大家這時候都很清楚地看到，二極管被擊穿了，它的擊穿電壓為150V，是它最大反向連續(xù)電壓Urm的兩倍。

同樣的二極管，加上150V的反向電壓就一定會擊穿燒壞嗎？第二個問題拋出，雖然同學(xué)們不能肯定答案是什么，但他們的好奇心已被調(diào)動。

實驗二：齊納擊穿。把1n4148二極管與限流電阻相串聯(lián)后反向接在直流電源上，觀察二極管兩端電壓的變化。調(diào)壓器從0V開始慢慢往上調(diào)，二極管兩端的電壓隨著調(diào)壓器輸出電壓的增大而增大，二極管兩端電壓到達(dá)100V時上升速度放緩，當(dāng)二極管兩端的電壓到達(dá)150V時，電壓已穩(wěn)定，再調(diào)高調(diào)壓器，二極管兩端的電壓也保持在150V。這時候并沒有看到之前二極管爆破和火花的現(xiàn)象，那是怎么一回事呢？經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，多出的電壓加在了限流電阻上了，測量限流電阻上的電壓與二極管上150V的電壓相加，正好是直流電源的輸出電壓。然而這也是一種擊穿，叫做齊納擊穿，二極管達(dá)到了擊穿電壓，但沒有爆破，齊納擊穿是一種暫時性可恢復(fù)的電子現(xiàn)象。同時，這種接法，大家都看到了，能夠很好地穩(wěn)定電壓，這就是一個簡易的穩(wěn)壓電源。

通過兩個實驗，同學(xué)們能夠很直觀的看出二極管的兩種擊穿現(xiàn)象，跟隨著電壓一點一點的升高，二極管首先會經(jīng)過一段截止區(qū)，然后進(jìn)入擊穿區(qū)，這種曲線的走向，跟書本上二極管的特性曲線圖是完全一致的，而且擊穿電壓跟二極管的最大反向連續(xù)電壓Urm有關(guān)，實際上二極管真正擊穿的數(shù)值，是Urm的兩倍。同時，我們也看到了，雖然同為擊穿，雪崩擊穿和齊納擊穿之間還是有很大的區(qū)別的，利用齊納擊穿，我們能做一個簡易的穩(wěn)壓二極管。

3 二極管演示教學(xué)反思

3.1 利用信息化教學(xué)手段

電類教學(xué)的演示實驗很多時候是沒有現(xiàn)成的工具的，需要教師根據(jù)每節(jié)課的內(nèi)容特別制作，實際制作過程中會碰到書本上沒有講透的知識，對老師來說也是一個成長的過程。比如我在制作橋式整流電路后通電的一瞬間就爆炸過幾次，主要是濾波電容通電的一瞬間產(chǎn)生了過大的浪涌電流，燒壞了整流二極管；在制作演示架子的時候遇到?jīng)]有現(xiàn)成的板子可以直立在講臺上，所以需要量好尺寸從廢棄的木材上自己做一個合適的演示架。雖然演示教學(xué)的教學(xué)氛圍和效果很好，但制作一個教學(xué)道具費時費力，對于老師的精力是個挑戰(zhàn)，所以我們應(yīng)該利用信息化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)素養(yǎng)。利用教學(xué)云平臺，微視頻，動畫仿真，穿插到學(xué)生的隨便時間中去，讓學(xué)生的專業(yè)興趣在一點一滴中提高。比如在上課之前，我們可以在云班課的網(wǎng)站上發(fā)布一段小視頻，普及一下二極管的反向特性，讓學(xué)生對于今天的演示教學(xué)有一個心里準(zhǔn)備，課后還能再網(wǎng)站上布置作業(yè)，讓學(xué)生能夠利用空余時間完成，教師也能及時批改，隨時了解學(xué)生的掌握情況。

3.2 團(tuán)隊合作教學(xué)

在演示教學(xué)的過程中，能夠運用團(tuán)隊合作教學(xué)。學(xué)生掌握專業(yè)知識的能力不同，性格不同，讓他們在每節(jié)課上收獲的知識也不同，這時候應(yīng)該利用團(tuán)隊合作教學(xué)，讓他們能夠互幫互助，相互交流討論，取長補(bǔ)短，促進(jìn)自己的學(xué)習(xí)。有些同學(xué)學(xué)的比較認(rèn)真，但比較內(nèi)向，課堂上很少發(fā)言，通過團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)，害怕發(fā)言的學(xué)生有更多的機(jī)會能夠發(fā)表自己的意見，在發(fā)言的過程中也是自己回顧與學(xué)習(xí)的過程，在這過程中還能發(fā)現(xiàn)自己的不足。理解比較慢的學(xué)生在團(tuán)隊合作過程中收獲也能很大，對于知識的再一次理解，能夠有利于他們的掌握。良好的團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)，有利于他們耐心的培養(yǎng)，善于傾聽，更能夠理解別人，有利于他們課后同學(xué)之間的人際關(guān)系，增加他們畢業(yè)后對于整個社會的適應(yīng)性。

3.3 增加學(xué)生之間的互動

學(xué)生是教學(xué)過程中的主體，教師只是一個引領(lǐng)者，起示范作用。這次演示教學(xué)過程中最大的遺憾是學(xué)生沒有過多的參與，只以觀察為主。起因是怕260伏的電壓過大，學(xué)生操作有一定的危險，故學(xué)生在這過程中只能觀察電壓表的變化。在演示教學(xué)中，我們應(yīng)該增加師生間的互動，可以制作一個表格，記錄當(dāng)電源發(fā)生變化時，二極管上的電壓為多少，二極管的狀態(tài)是什么，而不是看過一個有趣的實驗，有一個泛泛的感覺，卻沒有深刻的理論支撐。為了能夠讓學(xué)生更多的參與，我們要規(guī)范操作流程，讓學(xué)生上臺來控制電源的大小，培養(yǎng)學(xué)生對于強(qiáng)電的概念，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，同時培養(yǎng)學(xué)生膽大心細(xì)的精神。畢竟演示教學(xué)，不僅僅是教師的演示、學(xué)生的觀看，更是學(xué)生能夠積極參與，鞏固理論知識，學(xué)習(xí)新的技能。