1、高中通用技術抓住晶體管工作原理的重要性施教電子控制技術的心得體會電子控制技術依靠的是電子計算機及電子控制電路。而電子計算機、電子電路則都是由晶體管及集成電路組成的。而集成電路又是在硅片上加工制成“pn結”結構，從而形成大量的晶體管而工作的。所以我們說晶體管是集成電路的核心組成部分，那么晶體管也就是一切電子控制電路及電子計算機的核心。可見學習晶體管的知識對學習電子控制技術是何其重要。晶體管的知識在本教材里僅在第三章第一節介紹了光敏二極管、光敏三極管；第三章第三節介紹了晶體管的開關特性及簡介了數字集成電路的知識；第四章第三節介紹了晶閘管（可控硅）的知識；在p101附錄里才比較系統地學習了晶體管、集

2、成電路的知識。雖然占的篇幅不是很多，卻涵蓋了晶體管的工作原理、結構、作用諸方面的知識，是學習電子控制技術的關鍵部分，起著舉足輕重的重要作用。因此我們學習“電子控制技術”必須抓住晶體管工作原理這個綱，抓住了這個綱，綱舉目張，“電子控制技術”的學習，就能起到事半功倍的效果。為了達到“抓綱”的目的，那么一定要讓同學們真正弄通晶體管的工作原理。高二年級的同學，高中物理課中尚未學習電學方面的知識，晶體管工作原理又用到大量的電學基礎理論，所以在學習上是很有難度的。為此我們必須借助多媒體手段，采用大量形象直觀的ppt課件，通過列舉各種各樣通俗易懂的實例，幫助同學們來學習理解。并注意抓住重點精講細講深入探討。

3、具體有以下幾個部分是要抓住精講的；一、 pn結的形成1、 空穴導電的原理從半導體（晶體）的溫度特性、空穴導電等基本特性講起。利用高二同學已經學習過了原子結構的優勢，向同學們傳授：晶體結構的原子受熱獲得能量溢出自由電子，形成“空穴”，（半導體的溫度特性）。當空穴移動形成電流，就是所謂的空穴導電。什么是空穴導電的原理，可用這樣的例子：電影院的前排位置空出來后，后排的人相繼去填補，如此一個接一個地填補下去，最后空位置移到了最后排。看似空位移到了最后，實際上是人移到了前排。同理，空穴導電的原理也是一樣，看似空穴在移到，實是電子在移動。實際上也就是電子去填補空穴造成的空穴移動。另外，我們知道，電荷的移動

4、，叫產生了電流。由于空穴帶正電荷，所以，空穴在移動，也就是產生了電流，就能導電。我們把這種導電方式叫作空穴導電。2、p型半導體和n型半導體晶體結構的硅原子或鍺原子，其原子核外層電子個數為4。摻入核外層電子數為5個的砷后，替代了核外層只有4個電子的鍺原子或硅原子后，將多出一個電子。由于原子很小，即使鍺中只摻入了少量的砷。例如：0.1g，也包含了數額巨大的砷原子，可獲得大量的自由電子，使得鍺或硅這類半導體導電性能大幅度提高，（半導體摻雜后，導電性能增加的摻雜特性。）這種主要靠電子導電的半導體稱為電子型半導體，用n表示電子型半導體。同樣，在鍺或硅里摻入核外層電子數為3個的銦原子后，由于銦原子核外層只

5、有三個電子，替代了核外層有4個電子的鍺原子或硅原子后，因缺少了電子形成了所謂的空穴。同理，摻入少量的銦原子可獲得大量的空穴，使導電性能大大增加。這種靠空穴導電的半導體稱為空穴型半導體，用p表示空穴型半導體。3、pn結的形成將p型半導體與n型半導體用特殊工藝做成一起（例如燒結在一起），使得兩者的距離很近（接近原子的距離時），交界面便形成了pn結。晶體管神奇的功能均發生在這薄薄的pn結中，這里可用下面的例子向同學們交代pn結所發生的物理過程，最后揭示晶體管的奧妙！人都喜歡從擁擠的地方跑向人稀少一些的地方，少量的氣體可以充滿整個空間，一滴墨水能把一杯清水染藍。這類客觀存在的自然現象叫做擴散。擴散的規

6、律：濃度大的地方跑向濃度低的地方。pn結也有類似的情況，pn結的p 區，空穴濃度大，因此p區有大量的空穴從p區向n區擴散；pn結的n區，電子濃度大，有大量的電子從n區向p區擴散。帶正電荷的空穴由p區跑到n區，使n區帶正電。帶負電荷的電子由n區跑到p區，使p區帶負電。實際上，由于同種電荷之間有排斥力存在，異種電荷之間有吸引力存在，交換移動的距離并不會太遠，所以都集中在靠近結合層的兩邊。（同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引的原理，也是自然界客觀存在的規律。）另外這種交換也不會無止境地進行下去，因為隨著擴散，p區逐漸帶上更多的負電荷，若再有電子移過來，便會受到排斥， n區也是一樣，當n區逐漸帶上更多

7、的正電荷之后，若再有空穴移過來，也會受到排斥。也就是說：由于擴散，在交界面二邊積累了性質不同的二種電荷，形成了一個所謂的電場，對繼續擴散產生拒斥作用。（這些知識，在此只作簡單介紹，更深的研究，要到同學們系統地學習了高中物理中有關電場的知識以后。）隨著擴散的進行，交界面附近積累的電荷越來越多，拒斥作用也越來越大，最后達到了動態平衡，即電子與空穴擴散到對方有多少，則又被電場力推回來多少，它的數量相等，在交界面的電荷不再增加。我們所說的pn結，就是指在導電類型相反的二種半導體，p型半導體和n型半導體的交界面附近所形成的這種導電結構。因為它阻止了空穴、電子的繼續擴散，所以叫做阻擋層。4、pn結的單向導

8、電性 pn結具有單向導電的特性。我們可做這樣的實驗，如圖1所示：圖1將p型半導體部分接電池的正極，n型半導體部分接到電池的負極，移動滑線變陰器活動端，可以改變加到pn結上的電壓。當滑線變阻器活動端自左向右滑動使加到pn結兩端的電壓逐漸增加時，從電壓表及電流表上可以發現：通過pn結的電流隨電壓的增加迅速增加。從這里我們可以知道，當p型部分接電池正極，n型部分接電池負極時，半導體的電阻很小，流過的電流很大，這樣的連接方法我們稱為正向連接，正向連接時流過半導體的電流叫正向電流，加在半導體兩端的電壓叫正向電壓。這時半導體的電阻叫正向電阻。我們調換電池的正負極連接，也就是p型半導體部分接電池負極，n型半

9、導體部分接電池正極，如圖2所示：圖2重作上述實驗。實驗結果證明，當電壓增加時，通過半導體的電流稍有增加，以后電壓在某一范圍內繼續加大時，通過半導體的電流幾乎不變。這樣的連接方法叫反向連接，反向連接時通過的幾乎不變的電流，叫反向飽和電流，加在半導體兩端的電壓叫反向電壓，這時的電阻叫反向電阻。 以上所述就是pn結的單向導電特性。應當如何去理解pn結所具有的這種單向導電性呢？我們認真地研究一下pn結的形成過程，就個問題就很清楚了。在pn結中阻止電子空穴擴散繼續進行的根本原因，是由于在結交界面的兩邊堆積了兩種異性電荷，它們產生了對擴散有排斥作用的阻擋層。當pn結與外電源正向連接時，電池在pn結中又形成

10、了一個附加電場，這個電場的方向恰好和pn結原來存在的電場方向相反，是由p型區指向n型區的，如圖1所示。因而pn結中原先存在的電場被削弱了，阻擋層的厚度減小了。這樣，p區的空穴和n區的電子在這個外加電場的幫助下，不斷地跑向交界處，于是擴散又繼續進行，這樣就產生了正向電流。隨著外加正向電壓的增加，在pn結中外加的電場作用更強，進一步抵消（或減弱）了pn結中原先存在的阻止電子或空穴通過的排斥電場，所以正向電流隨著外加正向電壓的增加而迅速地上升。當pn結反向連接時，外加電壓在pn結中所產生的附加電場方向是由n區指向p區，是與pn結中原先存在的排斥電場方向一致，如圖2所示。這樣就使阻止電子與空穴擴散的電

11、場大大加強，n區的電子與p區的空穴受到電場的排斥作用，各自向遠離交界面的方向運動，于是阻擋層厚度加大，pn結的電阻也大大增加，電流就更難通過了。這就是反向連接時電流小的道理。以上就是pn結單向導電原理。二、晶體三極管的工作原理高中二年級的同學，由于數學知識不夠，電學理論基礎也不多，學習晶體管的放大原理，不能夠定量分析，所以只作定性分析與學習。這種學習方式，實踐證明也是一種行之有效的學習方式。如各行各業很多技術能手，革新發明者，都是通過這種定性分析的學習方式先入“電子技術”的門，最后成長為電子技術專家的。1、 定性學習晶體三極管的放大作用晶體管的放大作用，我嘗試著是這樣教學的。“放大”這兩個字同

12、學們并不陌生。就像去照相館放大照片一樣，一張一寸的小照片放大成十寸的大照片，每一個部位都成比例放大了，但人像仍然是原來的人像。數學上講的相似形，對應邊成比例地變長，整個相似形都放大了。這些都是“放大”作用，都遵循放大前后“變化規律一致”的特點。然后再這樣講述晶體管的放大作用。我們所說的晶體管的放大作用，是指給晶體管輸入一個很小的變化電壓（或電流）便能在輸出端得到一個很大的變化電壓（或電流）。這里以pnp型晶體管為例，分析它的放大作用。在發射結與集電結上所加的電壓及對電流分配的影響：圖3圖3為簡單的放大原理圖。這里，在晶體管上加有兩組電壓：在發射結上加一個較小的正向電壓ecb（發射極接電池的正極

13、，基極接電池的負極）；而在集電結上加一個較大的反向電壓ecb（集電極接電池的負極，基極接電池的正極）。這種接法是以基極為輸入和輸出電路和公共端，所以稱為共基極接法。由于發射結加的是正向電壓，因而使阻擋層減薄，動態平衡被破壞，擴散就能繼續進行。而集電結加的是反向電壓，因此使阻擋層大大加厚，擴散更加困難，以至呈中斷狀態。在發射結由于擴散的進行，發射區的空穴就通過pn結而到達基區，形成空穴流。基區的自由電子越過pn結到達發射區形成電子流。但在制作晶體管時，總是在基區少摻些雜質，所以基區的電子遠沒有發射區的空穴多，因而發射結電流的主要成分是空穴流（如果是npn型晶體管則是向基區注入電子流）。發射區的作

14、用主要是向基區注入帶正電荷的空穴（如果是npn型晶體管則是向基區注入電子）。這里發射結上的外加電壓保證了發射空穴的持續進行，空穴由發射區注入基區，它的任務就完成了。當發射區的空穴進到基區之后，就在發射結附近堆積起來，并向集電結擴散。由于基區做得很薄，而且在集電結上又加了幾伏到十幾伏的反向電壓，所以當空穴很快擴散到集電結附近時，就受到外加電場的吸引而迅速跑到集電區，形成了集電極電流。這里集電結上反向電壓的作用，一方面阻止了集電區的空穴向基區擴散，另一方面它繼續完成了發射結電壓尚未完成的任務，幫助由發射區進入基區的空穴繼續前進而到達集電區。但是，從發射區進到基區的空穴并不是都能通過基區而到達集電區

15、的，其中一部分沒有到達集電結就被基區中的自由電子中和而消失。基區的自由電子也有一部分進入發射區，這就需要從電源的負極取得電子來補充，從而形成了基極電流。不過一般為了減小基極電流，基區作得很薄，而且少摻雜質，使它的電子與空穴中和的機會很少，使絕大部分的空穴都能超過基區而到達集電區，形成集電極電流。因此集電極電流差不多等于發射極電流。總的電流流通情況如圖4所示。10圖4我們再來進一步分析加在發射結與集電結上兩組電壓對晶體管內電流分配的影響情況。由于發射結上的電壓是正接的，所以電阻很小，這個電壓對注入基區的空穴流影響特別大，它稍微有變化，就會引起空穴流很大的變化；而加在集電結上的電壓是反接的，所以電

16、阻很大，它只能保證注入基區的空穴幾乎全部地跑到集電極，而不能改變注入基區的空穴數目，因此它對電流的影響很小。也就是說，影響集電極電流大小的主要因素取決于注入基區的空穴數目，亦即取決于發射結上所加的正向電壓。于是，只要這個電壓有一個很小的變化，就能使集電極電流相應產生一個很大的變化。如果這時在集電極佳接入一足夠大的電阻，就可以在電阻上獲得一個變化很大的電壓，而且這個電壓的變化規律與發射結上電壓變化的規律是一樣的。通過以上討論可知，晶體三極管所以能有放大作用，也是由它的內部原因和外部原因決定的。內因，是由pn結組成，它的基區作得很薄，摻雜質又少，使空穴能盡可能多的通過基區而不被自由電子所中和。外因

17、，在各電極上加有相應的電壓，它為電荷在管內的有規則的運動創造了條件。這里尤其要注意所加的電壓的大小和方向，對晶體三極管來說，總是在發射結加上較小的正向電壓，而在集電結加上較大的反向電壓。這就是晶體三極管放大作用的原理。（晶體管放大原理另一說法）我們還可以這樣向學生簡述晶體三極管的放大原理增大發射結的正向電壓，使基極電流增加，必然導致基區的電子增多，為了保證 基區的電子與發射區涌來的空穴復合這一動態平衡，發射區必須向基區提供更多的空穴（發射極電流大量地增加）而這些空穴又大部分被集電極吸收，使集電極電流大量增加，可見由于基極電流的變化，使集電極電流發生更大的變化，那么基極電流微小的變化，控制了集電

18、極電流較大的變化。這就是三極管放大的原理；（晶體管放大原理 又一說法）擴散形成的集電極電流ic和復合形成的基極電流ib的比值基本上是定值，是人們制作晶體管時設計的，由管內電荷傳輸過程決定的。ic與ib的關系： ic=ib =ic/ib例如：每復合10個空穴就有1000個空穴擴散到了集電極每復合5個空穴就有500個空穴擴散到了集電極則該晶體管的放大倍數=1000/10=500/5=100（倍）所以晶體管具有放大作用。2、 晶體管的開關的作用 從晶體管的放大原理我們已經知道，晶體三極管是一種控制元器件，它的基極所加的電壓能夠控制集電極電流（電壓）的大小，從而能夠控制晶體管發射極到集電極的導通與否。當選擇晶體管工作在截止區域時，發射極到集電極，電流截止，可以理解為發射極到集電極是斷開的。當選擇晶體管在飽和導通區工作時，發射極到集電極，可以看做是導通的。所以我們說晶體管具有類似于開關的作用，被廣泛地用電子開關電路等等。三、晶閘管（可控硅）工作原理 由三個pn結組成的晶閘管（可控硅）則具有更良好的開關特性和控制特性，也是必須精講的