《晶體三極管放大原理》教學方法淺議

張宇紅

摘 要：高職院校《電子電路基礎》中“晶體三極管及其放大電路”一部分內(nèi)容是整個教材的重點內(nèi)容，所以如何設計和安排這一部分教材的教學過程就顯得尤為重要。筆者結(jié)合自身教學實踐對該課程的教學方法做了簡要探討。

關鍵詞：晶體三極管；放大作用；教學方法

一、晶體三極管的結(jié)構(gòu)特征

晶體三極管的結(jié)構(gòu)特征是其之所以具有電流放大作用的內(nèi)在原因，只有讓學生非常清楚地了解晶體三極管的結(jié)構(gòu)特征之后，才具備深入認識其放大原理本質(zhì)的基礎。晶體三極管著重強調(diào)其三個主要特征：①對比了解三個區(qū)域的摻雜濃度：發(fā)射區(qū)摻雜最多，雜質(zhì)濃度最高；基區(qū)摻雜最少，雜質(zhì)濃度最低；集電區(qū)雜質(zhì)濃度低于發(fā)射區(qū)而高于基區(qū)。同時特別強調(diào)基區(qū)的雜質(zhì)濃度遠遠小于發(fā)射區(qū)。②對照晶體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖清楚地了解三個區(qū)域大小上的區(qū)別：發(fā)射區(qū)和集電區(qū)相對基區(qū)做的很大，而基區(qū)做的小而極薄。③區(qū)別兩個PN結(jié)的面積：集電結(jié)的面積略大于發(fā)射結(jié)的面積。學生了解了晶體三極管的結(jié)構(gòu)特征后很自然地在腦子中留下了“為什么？”，這一疑問，從而激發(fā)他們深入探究的好奇心理。

二、初步建立晶體三極管電流放大的概念

（1）將全班學生分成若干小組，每組依照原理圖連接電路（這里仍然以NPN型三極管為例）。然后對照原理圖使學生明白：若要讓三極管具有電流放大作用，必須使其發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。之后在教師指導下讓學生完成以下測量和推論。

（2）在學生初步了解晶體三極管電流分配的比例關系和電流放大作用的基礎上，結(jié)合三極管的結(jié)構(gòu)特征講清楚三級管在放大狀態(tài)時載流子的流動情況，會使學生對三極管的放大原理得以更深人的理解。

（3）著重使學生理解以下幾點：A.給晶體三級管發(fā)射結(jié)加適當?shù)恼螂妷海菫榱耸拱l(fā)射區(qū)因摻雜提供的多數(shù)載流子在此正向電壓作用下源源不斷地注入基區(qū)，形成發(fā)射極電流。B.在集電結(jié)面積較大的基礎上再加較高的反向電壓，是為了使集電結(jié)形成較強的阻擋層電場，有效地將注人基區(qū)的載流子的絕大部分收集到集電區(qū)，形成較大的集電極電流。C.基區(qū)雜質(zhì)濃度很小，區(qū)域小而薄，其目的是為了：a.減少由發(fā)射區(qū)注人基區(qū)的載流子跟基區(qū)異性載流子復合的機會；b.很快越過基區(qū)集結(jié)在集電結(jié)被收集到集電區(qū)，從而只能形成很小的基極電流。c.改變發(fā)射結(jié)正向電壓的大小，使發(fā)射區(qū)注人基區(qū)的載流子流量隨之改變，同時基極電流、集電極電流依據(jù)IC=βIb的關系按比例增減，實現(xiàn)基極電流對集電極電流的控制作用。

三、提高對三極管電流放大作用的認識

（1）按照（圖1）連接好電路，檢查無誤后讓學生在選擇不同的UCE 值的情況下，測出對應每個Uce值的若干組Ube、Ib值，畫出它們的Ube -Ib曲線。

了解：①三極管的輸入特性曲線等同于二極管的正向伏安特性曲線，三級管的發(fā)射結(jié)也存在一個死區(qū)，只有當加給發(fā)射結(jié)的正向電壓大于死區(qū)電壓時，才導通，才導通，才有Ube發(fā)生微小變化時Ib 發(fā)生顯著變化，圖線近似為傾斜的直線；②Uce=1V的輸入特性曲線具有代表性的原因。

這里著重認識Ube大于死區(qū)電壓以后的曲線的特點，A點以上部分，在Ube和Ib變化不太大時，圖線對應段可近似為直線，從而可將β視為常數(shù)，即U be 發(fā)生等量變化時，Ib隨之發(fā)生等量變化，這為三極管在輸出特性曲線圖上反映Ib對Ic的控制作用打下基礎。

（2）仍然依（圖1）指導學生選擇不同的Ib值，相應測出若干組Ube、Ib的值，然后繪出對應于不同Ib值的輸出特性曲線。引導學生認識：①一個確定的基極電流對應一條三極管的輸出特性曲線，不斷改變Ib可作出無數(shù)條輸出特性曲線。②當Uce增大到一定值后，再增大時Ic已無明顯增大，圖線趨于平直，與橫軸近似平行。這時決定Ic變化的已不是Uce，而是Ib，同時從三極管輸出特性曲線和Ib的一一對應關系中發(fā)現(xiàn)，當三極管達到此種狀態(tài)時，才有Ib發(fā)生等量變化，Ic也近似發(fā)生等量變化，體現(xiàn)出Ib對Ic的控制作用，即三極管的電流放大作用。

四、晶體三極管具有放大作用的條件

在對照晶體三極管的輸出特性曲線從理論上講明三極管的三種工作狀態(tài)之后，讓學生從中找出這三種工怍狀態(tài)的特點，并通過對比，認識晶體三極管電流放大原理的內(nèi)在實質(zhì)。

（1）截止狀態(tài)：三極管發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都處于反向偏置，集電結(jié)雖然具有向集電區(qū)收集載流子的能力，但由于發(fā)射結(jié)反向偏置，使發(fā)射區(qū)的載流子無法注人基區(qū)，使Ib=0，Ic=O，失去了基極電流對集電極電流的控制作用，所以處在截止狀態(tài)的三極管無電流放大作用。

（2）飽和狀態(tài)：三極管發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都處于正向偏置，雖然在發(fā)射結(jié)正向電壓作用下發(fā)射區(qū)的載流子可被發(fā)射到基區(qū)，然而因集電結(jié)正向偏置而無將載流子收集到集電區(qū)的能力，同樣失去了基極電流對集電極電流的控制作用，所以處于飽和狀態(tài)的三極管也無電流放大作用。

（3）放大狀態(tài)：處于放大狀態(tài)的三極管，其發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置，發(fā)射區(qū)的載流子在發(fā)射結(jié)正向電壓作用下源源不斷發(fā)射到基區(qū)；注人到基區(qū)的載流子除少數(shù)跟基區(qū)的異性載流子復合形成較小的基極電流外，絕大部分在集電結(jié)反向電壓作用下被收集到集電區(qū)形成較大的集電極電流；處在放大狀態(tài)的三極管，當加在其發(fā)射結(jié)的正向電壓略有變化時，便會使由發(fā)射區(qū)注人基區(qū)的載流子數(shù)量發(fā)生相應變化，同時使跟基區(qū)異性載流子復合的載流子數(shù)量和被收集到集電區(qū)的載流子數(shù)量按比例增減，從而實現(xiàn)基極電流發(fā)生小變化時，集電極電流發(fā)生較大變化。故只有處在放大狀態(tài)的三極管才具有電流放大作用。

參考文獻：

[1]華成英，童詩白主編.模擬電子技術基礎[M].高等教育出版社.2006

[2]陳嬌英，陳世恒.三極管電流放大特性一體化教學的設計與實施[J].廣西教育學院學報.2012（06）