一“箭”鐘情半導(dǎo)體元件
——論“箭頭”在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體元器件中的妙用

潘 浩

（江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校臨港校區(qū)，江蘇 江陰 214443）

中職電類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)“常用的半導(dǎo)體元器件”部分知識(shí)的時(shí)候，“三極管的工作狀態(tài)”這部分知識(shí)需要前面章節(jié)中二極管和PN 結(jié)合相關(guān)知識(shí)的積累和應(yīng)用，后續(xù)實(shí)訓(xùn)課中分析具體電路性能的基礎(chǔ)知識(shí)，是教學(xué)大綱中規(guī)定的和江蘇省學(xué)業(yè)水平測(cè)試中重點(diǎn)考察的內(nèi)容之一。根據(jù)多年教學(xué)的實(shí)踐，總結(jié)歸納出一種能有效提高學(xué)生判別三極管工作狀態(tài)的方法——箭頭法，可謂在學(xué)習(xí)中也需要一“箭”鐘情，文章作詳細(xì)介紹。

1 “箭頭法”產(chǎn)生的背景

很多一線老師在教授“半導(dǎo)體元器件”時(shí)，經(jīng)過(guò)詳盡的分析后，會(huì)要求學(xué)生記憶“二極管具有單向?qū)щ娦浴保瑫?huì)要求學(xué)生記憶三極管中集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)記憶三極管的工作狀態(tài)。二極管的知識(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單易懂，還是很容易記住的，三極管型號(hào)和工作狀態(tài)的判別需要記憶的內(nèi)容就比較多了，很多學(xué)生時(shí)間一長(zhǎng)就容易忘卻或混淆。很多老師在教授這部分知識(shí)時(shí)，一般都以NPN 型三極管為例，另一種PNP 型三極管則簡(jiǎn)單介紹甚至不介紹。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)和運(yùn)用這部分知識(shí)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到“箭頭”，比如以下情景就有：

（1）元件符號(hào)中有箭頭。二極管的符號(hào)看上去就像一個(gè)“空心箭頭”；晶閘管的符號(hào)中有跟二極管符號(hào)相似的部分；三極管符號(hào)總代表發(fā)射極的那端本身就是一個(gè)箭頭。

（2）電路分析時(shí)畫箭頭。我們?cè)诜治鲭娐返臅r(shí)候，經(jīng)常要畫出電流的流向或者是電流繞行的方向，就是用一個(gè)“箭頭”來(lái)表示的。

其實(shí)在學(xué)習(xí)的時(shí)候這些“箭頭”已經(jīng)出現(xiàn)了，學(xué)生們沒(méi)有注意，老師們沒(méi)有總結(jié)，它們是大可作為的。

2 “箭頭法”適用的范圍

很多老師和學(xué)生都認(rèn)為箭頭的作用就是指明電流的流向，筆者認(rèn)為，箭頭的作用至少還有“指明一種順序（或習(xí)慣）”、“指明電位下降（電壓的極性）”等作用，在以下場(chǎng)景可以充分發(fā)揮作用：

（1）半導(dǎo)體二極管極性的判別。首先，我們來(lái)復(fù)習(xí)一下二極管的結(jié)構(gòu)，二極管是由一個(gè)PN 結(jié)封裝而成的。PN 結(jié)是在P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體的結(jié)合部形成的一種特殊物質(zhì)，具有單向?qū)щ娦?。?dāng)P型半導(dǎo)體這一端的電壓高于N 型半導(dǎo)體那一端的電壓且電壓差值大于門檻電壓時(shí)，PN 結(jié)就會(huì)導(dǎo)通，就會(huì)有電流流過(guò)，反之則PN 結(jié)截止，沒(méi)有電流流過(guò)。請(qǐng)注意標(biāo)識(shí)電流的箭頭方向以及我們說(shuō)話的習(xí)慣，我們習(xí)慣上說(shuō)PN 結(jié)，而不說(shuō)NP 結(jié)，是因?yàn)镻N結(jié)一定是在P 端電壓高于N 端電壓時(shí)才會(huì)有電流按照?qǐng)D示箭頭方向流過(guò)。小結(jié)一下：箭頭的方向是由P 端指向N 端的。

（2）半導(dǎo)體晶閘管極性的判別。晶閘管的工作原理是定向精準(zhǔn)控制PN 的導(dǎo)通，與二極管的原理相似，不再贅述，再次強(qiáng)調(diào)：箭頭的方向是由P 端指向N 端的。

（3）半導(dǎo)體三極管極性和工作狀態(tài)的判別。我們?cè)賮?lái)復(fù)習(xí)一下三極管的結(jié)構(gòu)。一個(gè)三極管是由三層半導(dǎo)體材料和兩個(gè)PN 結(jié)構(gòu)成的，兩層相同類型的半導(dǎo)體材料接出來(lái)的電極分別是集電極和發(fā)射極，另一層不同類型的半導(dǎo)體材料接出來(lái)的電極是基極，基極與發(fā)射極之間的PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，基極與集電極之間的PN 結(jié)稱為集電結(jié)。在畫三極管的符號(hào)的時(shí)候，我們先畫一條豎線，然后畫一條橫線與之相連，這一條橫線就表示基極，接著我們?cè)佼媰蓷l相同的斜線，表示集電極和發(fā)射極，為了方便區(qū)分就在發(fā)射極的斜線上畫一個(gè)箭頭。小結(jié)一下：三極管符號(hào)中的有“箭頭”的是發(fā)射極。網(wǎng)上有一段能快速幫助理解三極管工作原理的動(dòng)畫，從動(dòng)畫中我們得知，只要三極管的發(fā)射結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，那么不管集電結(jié)處于什么狀態(tài)，這個(gè)三極管肯定截止。三極管的發(fā)射結(jié)正偏，那就要看集電結(jié)的情況了，如果集電結(jié)也正偏，兩種電流流對(duì)沖，輸出基本不變了，三極管飽和；如果集電結(jié)反偏，兩種水流朝著同一方向，輸出越來(lái)越多，三極管就處在放大狀態(tài)。

3 “箭頭法”含義的詮釋

根據(jù)箭頭的方向來(lái)領(lǐng)會(huì)二極管的特性和判定三極管的極性、類型和工作狀態(tài)是非常方便的，具體方法詮釋如下：借助“箭頭”記憶二極管的特性。箭頭的方向跟我們?nèi)粘Ａ?xí)慣用語(yǔ)“正負(fù)”、“高低”、“大小”一致性的比較可以很快判定二極管的狀態(tài)。上述用語(yǔ)用在二極管兩端的電位（電壓）上，若箭頭方向與上述用語(yǔ)一致，二極管就導(dǎo)通；反之二極管就截止。

4 使用“箭頭”三極管的極性、類型和工作狀態(tài)

（1）極性的判別。有箭頭的那一極是發(fā)射極，沒(méi)有箭頭的與發(fā)射極對(duì)稱的那一極是集電極，剩下來(lái)的那一極是基極。

（2）類型的判斷。根據(jù)剛才的復(fù)習(xí)，箭頭的方向是由P 端指向N 端的，我們就可以快速地確定發(fā)射極和基極所連的半導(dǎo)體類型，再根據(jù)三極管的結(jié)構(gòu)，我們就能很快的判斷出集電極所連的半導(dǎo)體類型，它與發(fā)射極所連的一定是同一類型的半導(dǎo)體。比如箭頭指向豎線以外的三極管，我們很快就能確定基極這一端是P 型半導(dǎo)體，發(fā)射極這一端是N 型半導(dǎo)體，這樣集電極那一段一定是N 型半導(dǎo)體，所以這個(gè)三極管就是NPN 型三極管。再比如箭頭指向豎線的三極管，發(fā)射極是P 型半導(dǎo)體，基極是N 是半導(dǎo)體，集電極是P 型半導(dǎo)體，這個(gè)三極管就是PNP 型三極管。

（3）工作狀態(tài)的判定。首先我們要判定發(fā)射結(jié)的狀態(tài)，流過(guò)發(fā)射結(jié)的電流方向與三極管符號(hào)上的箭頭方向相反，則三極管截止。流過(guò)發(fā)射結(jié)的電流方向與三極管符號(hào)上的箭頭方向如果相同，則我們要看集電結(jié)上電流的流向。如果集電結(jié)上電流的方向與發(fā)射結(jié)上電流的方向指向同一大方向（比如都斜向上，或都斜向下），那么三極管處在放大狀態(tài)；如果集電結(jié)上的電流方向與發(fā)射結(jié)上的電流方向指向不同大方向，一個(gè)斜向上，一個(gè)斜向下，那個(gè)這個(gè)三極管就處在飽和狀態(tài)?？偨Y(jié)一下：判定三極管的工作狀態(tài)，首先要看發(fā)射結(jié)上的電流方向，此方向如果與符號(hào)上的箭頭方向不同則三極管截止；如果相同，則要比較集電結(jié)和發(fā)射結(jié)上的電流方向，兩者一致則放大，兩者不一致則飽和。

5 “箭頭法”應(yīng)用的舉例

請(qǐng)大家根據(jù)下圖中的信息判定三極管的工作狀態(tài)：

圖1 中的發(fā)射結(jié)中電流方向與箭頭方向不一致，所以三極管截止，不用再去管集電結(jié)的情況了。圖2 這道題中中三極管基極的電位比發(fā)射極要高，所以發(fā)射結(jié)上的電流的流向是和三極管符號(hào)中的箭頭方向一致的，這就需要我們繼續(xù)畫出集電結(jié)上電流的方向，因?yàn)檫@道題中基極電位比集電極要高，所以集電結(jié)上的電流方向是斜向上的，而剛才我們畫出的發(fā)射結(jié)上的電流方向是斜向下的，兩個(gè)方向不一致，所以三極管處在飽和狀態(tài)。

根據(jù)箭頭判定半導(dǎo)體元器件的工作狀態(tài)與傳統(tǒng)的記憶法相比至少不用糾結(jié)管型的判定，而且只要根據(jù)箭頭的方向就能快速判斷，特別是三極管工作狀態(tài)的判定顯得更加快捷高效，筆者總結(jié)一下三極管工作狀態(tài)判定的口訣如下：三極管判定并不難，看看箭頭如便飯。符號(hào)箭頭不一致，管子肯定是截止；發(fā)射結(jié)導(dǎo)通時(shí)，集電發(fā)射方向比。方向一致就放大，否則就是飽和了。

6 結(jié)語(yǔ)

PN 結(jié)兩端的電壓一定要大于門檻電壓它結(jié)才會(huì)正偏，這是很多題目中的小陷阱，一定要當(dāng)心。