—“门效应”在半导体元件教学中的应用例谈

　　安徽 安庆 安庆工业学校 黄笑颜 246004

　　作者简介：黄笑颜，男，1984年6月出生，安徽安庆人，本科学历，中学一级教师职称，现工作单位安庆工业学校，主要研究方向为中职电子与电工技术及教学。

　　【关键词】 中职电工电子;二极管;三极管;门效应

　　电子电工学主要任务是使学生掌握相关专业必备的电子电工技术与技能，培养学生解决涉及电学技术实际问题的能力，为后续专业课学习打下基础。对于文化基础较弱的中职学生来说，要求所学到的知识“实用”“够用”“好用”。电子电工类教学过程中我们碰到过许多现实的问题，多媒体教学或许不满足于学生的理解，那么现实生活的例子则起到很大的作用，本文就半导体学习过程中的一些问题做些描述。

　　常用的半导体元件在实际教学过程中，通常有重点难讲解、学生难听懂等很多不利学习的因素，利用多媒体教学过程中的使用PPT直观展现的特点，或许能很好的讲解半导体元件的结构和知识点，但很难在学生的脑海中种下半导体元件特性的映像。那么这时候教室里随手碰到的教室门就能为学生学习的提供了很好的启发点。

　　一、利用“门效应”突破二极管的“单向导通性”

　　在中职教材中二极管按照电流电压的特性曲线图可分成四种状态正向偏置导通区、正向偏置死区、反向偏置截止区以及反向偏置击穿区。见图1：

　　二极管的单向导通是有条件的，必须在正向偏置下，正向加载电压超过一定范围才能实现导通，没有达到一定电压时二极管将处于死区状态。这与教室门处于虚掩状态是一个道理，当教室门处于虚掩状态时，正向推门的时候必须加载一定的力量才能打开教室门，如果正向推门和加载一定力量这两个条件缺一个，门就会打不开。

　　二极管按照材料可分成二类：硅二极管和锗二极管。两种不同的材料构成的二极管具有共同的单向导通特性，但是这两种二极管却有不同的死区电压要求，硅二极管在正向偏置试大约0.5伏特电压就能使它达到单向导通状态，但是锗二极管却只要大约0.2伏特电压就足够其导通。

　　二极管种类导通电压(V)

　　硅0.5

　　锗0.2

　　两种不同的电压正好对应不同材质的教室门，需要推门所需求的力量也是不同的，但是相对反向推门，所需求的力量是微弱的。

　　另外在二极管还有一种性质，以硅二极管为例，正向偏置导通状态过程中，当正向电压达到约0.7伏特的时候，二极管能允许通过的电流值理论上可以无限大，但是实际使用过程中，任何一个二极管都有最高正向通过电流的最大值，这也是二极管的主要参数之一。就教室门为例，当正向推门达到一定力量后，门就可以与门框成90度夹角，此时门已经全开，那么能通过的物体按照理论上达到最大值，但实际上，门框有大小，太大的物体通过，会对门框有损失，这就跟二极管正向偏置通过大电流的时候会烧坏二极管是一个道理。

　　当二极管处于反向偏置时，二极管分为截止和击穿两种状态，在反向电压增大的过程中，二极管能允许通过的电流相当小，理论上是微安级别的电流，比正向导通时所允许通过的电流低3个数量级，所以我们认为二极管在反向偏置的初始阶段是不导通的，这在用教室门解释的时候正好就相当与在反向推门，尽管你的力量很大，但很可惜门是不会向外开的，但是又不是完全导通，总有些空气能在门缝的间隙处向外流通，这便相当于微安级别的电流了。当持续增大反向偏置电压的时候，总会有电压能使得二极管从反向截至状态过度到反向击穿状态，随之而来的便是二极管被损坏，击穿的结果是二极管将失去反向截止的作用，此时能通过的电流将剧烈增加，常规的二极管在被击穿之后是不能恢复到正常作用的，它将失去二极管的单向导通特性，就像一段导线。就比如教室门，当反向推门的力量加载到很大的时候，门就被损坏了，当门被破坏之后，就失去门的作用了，正反两个方向都可以通行了。

　　教师一边课堂讲解，演示PPT的同时，配合开关门的动作，实时让学生们了解二极管的特性，然后通过多媒体的效果，例如二极管特性的演示动画，更能让学生了解整个单向导通的过程。

　　二、利用“门效应”呈现三极管的放大特性

　　二极管的教学辅助是靠“门效应”来进行，三极管也可以。课本介绍的三极管分为PNP和NPN两种，一个二极管其实相当于一个PN结，那么三极管其实就是两个二极管的配合使用。三极管的主要目的是放大电流，也就是让微弱的基极电流控制较大的集电极电流变化，从而达到类似放大电流的作用。

　　课本上解释三极管电流放大的时候用的是最基本的共射极放大电路，那么集电极电流最终将到发射极，在三极管结构中，集电极电流将流过三个半导体区，分别是：集电区、基区以及发射区，从图2中的例子NPN型三极管来看，利用门的正向导通原理，我们可以轻松的解释基区电流通往发射区的单向导通特性，那么集电区的电流是如何下来的呢?这时候我们可以假设一个游戏：假设一间房间里有很多人，这里面的人需要出去只有从门离开，而且只能用推门的方式打开门，但这扇门却是从外像里开的，所以从房间内推这扇门肯定是出不去的，那么有什么办法能让这个房间里的人出去呢?学生们很快就能想到从外面喊个人来推开这扇门，那么就能自然引出基极加载的控制电压了，房间里的人出去的速度是由门开的角度决定的，而门开的角度却是由外面推门的人决定的，所以自然而然正向推门的力量决定了人出去的速度，这就相当于较小的基极电流控制较大的集电极电流变化了。PNP型三极管解释起来与NPN型三极管的方法类似，也可以利用门的特点来解释。

　　半导体元件这部分的介绍，在整个电子部分至关重要，半导体元件介绍的不清楚直接影响后面的学习，对于模拟电子电路和数字电路而言，半导体元件都是最基本的结构。模拟电路中的放大电路部分知识，数字电路部分的逻辑门电路以及后续七段LED显示等关键电路教学过程中也有一定的影响。

　　专业教学之路很漫长，所有人都知道普通的课堂教学对于中职学生而言，难上加难;学生们厌学，教师无从下手;大量的多媒体技术应用或多或少已经引不起学生的兴趣了，通常是教师准备大量的资料，课上愿意听课的寥寥无几，在这群愿意听课的人中能听懂的就更不多，所以我们做为一线教师，要改变我们的方法，在课堂教学中，我们不如利用身边的一切有利物体对枯燥无味的电子电工学知识加以讲解，以物讲物，从而加深学生了解复杂的电工电子线路是什么工作原理。

　　总之，没有哪种教学方法是万能的、是完美的。“教育的艺术不再本领，而在于激励、唤醒与鼓励”德国教育家斯多惠的这句名言，正确的引导会促进课堂的气氛，教师在课堂上的每一个动作，每一句话都能影响学生。多元教学方案也是现在职业教育所倡导的，我们只有不断在教学道路上探索，才能找到归属于适合学生的教学方法。一切以学生为中心，不断提高教师的视野，为创建高效的电子电工课堂教学而努力奋斗。

　　【参考文献】

　　[1]姜大源.德国“双元制”职业教育再解读[J].中国职业技术教育.2013(33):5-14

　　[2]劳耐尔.双元制职业教育:德国经济竞争力的提升动力[J].职业技术教育.2011(12):68-71