敲開生活之門，開啟學生思維之門

黃笑顏

【摘 要】常用半導體元件的課堂教學中，常運用多媒體或者其他的教學方式教學，但學生對單向導通等的理解不是很理想。此文重點闡釋在半導體基本元件的課堂教學中，利用生活中的“門效應”來解釋二極管的單向導通性和三極管的電流放大特點。

【關鍵詞】中職電工電子 二極管 三極管 門效應

電子電工學主要任務是，使學生掌握相關專業必備的電子電工技術與技能，培養學生解決涉及電學技術實際問題的能力，為后續專業課學習打下基礎。對文化基礎較弱的中職學生來說，要求所學到的知識“實用”“夠用”“好用”。在電子電工類教學過程中，我們碰到過許多現實的問題，多媒體教學或許不滿足于學生的理解需求，那么現實生活的例子則起到很大的作用。本文就半導體學習過程中的一些問題做些描述。

常用的半導體元件在實際教學過程中，通常有重點難講解、學生聽懂難等很多不利學習的因素，利用多媒體教學及PPT直觀展現的特點，能很好地講解半導體元件的結構和知識點，但很難讓學生在腦海中留下對半導體元件特性的印象。那么這時候教室里隨手可碰到的教室門，就能為學生的學習提供很好的啟發。

一、利用“門效應”突破二極管的“單向導通性”

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：正向偏置導通區、正向偏置死區、反向偏置截止區以及反向偏置擊穿區。見圖1：

圖1 二極管伏安特性

二極管的單向導通是有條件的，必須在正向偏置下，正向加載電壓超過一定范圍才能實現導通，沒有達到一定電壓時二極管將處于死區狀態。這與教室門處于虛掩狀態是一個道理，當教室門處于虛掩狀態時，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。兩種不同材料構成的二極管具有共同的單向導通特性。但是這兩種二極管卻有不同的死區電壓要求，硅二極管在正向偏置時大約0.5伏特電壓就能使它達到單向導通狀態，但是鍺二極管卻只要大約0.2伏特電壓就足夠其導通。

兩種不同的電壓正好對應不同材質的教室門，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，以硅二極管為例，正向偏置導通狀態過程中，當正向電壓達到約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之一。以教室門為例，當正向推門達到一定力量后，門就可以與門框成90度夾角，此時門已經全開，那么能通過的物體在理論上達到最大值。但實際上，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。

當二極管處于反向偏置時，二極管分為截止和擊穿兩種狀態，在反向電壓增大的過程中，二極管能允許通過的電流相當小，理論上是微安級別的電流，比正向導通時所允許通過的電流低3個數量級。所以我們認為二極管在反向偏置的初始階段是不導通的，如用教室門解釋的時候就相當于在反向推門，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通，總有些空氣能在門縫的間隙處向外流通，這便相當于微安級別的電流了。當持續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過渡到反向擊穿狀態，隨之而來的便是二極管被損壞，擊穿的結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，常規的二極管在被擊穿之后是不能恢復正常作用的，它將失去二極管的單向導通特性，就像一段導線。就比如教室門，當反向推門的力量加載到很大的時候，門就被損壞了，當門被破壞之后，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，配合開關門的動作，實時讓學生們了解二極管的特性，然后通過多媒體的運用，例如二極管特性的演示動畫，更能讓學生了解整個單向導通的過程。

二、利用“門效應”呈現三極管的放大特性

二極管的教學輔助是靠“門效應”來進行的，三極管也可以。課本介紹的三極管分為PNP和NPN兩種，一個二極管其實相當于一個PN結，那么三極管其實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射極。在三極管結構中，集電極電流將流過三個半導體區，分別是：集電區、基區以及發射區。從圖2例子中的NPN型三極管來看，利用門的正向導通原理，我們可以輕松地解釋基區電流通往發射區的單向導通特性。那么集電區的電流是如何下來的呢？這時候我們可以假設一個游戲：假設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來解釋。

半導體元件這部分的介紹，在整個電子部分至關重要，半導體元件介紹得不清楚將直接影響后面的學習，對模擬電子電路和數字電路而言，半導體元件都是最基本的結構。模擬電路中的放大電路部分知識，對數字電路部分的邏輯門電路以及后續七段LED顯示等關鍵電路教學過程中也有一定的影響。

專業教學之路很漫長，所有人都知道普通的課堂教學對中職學生而言，難上加難；學生們厭學，教師無從下手；大量的多媒體技術應用已經引不起學生的興趣了，即使是教師準備大量的資料，愿意聽課的學生也寥寥無幾。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知識加以講解，以物講物，從而加深學生了解復雜的電工電子線路是什么工作原理。

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

【參考文獻】

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