一“箭”鐘情半導體元件
——論“箭頭”在學習半導體元器件中的妙用

潘 浩

（江蘇省江陰中等專業學校臨港校區，江蘇 江陰 214443）

中職電類專業的學生在學習“常用的半導體元器件”部分知識的時候，“三極管的工作狀態”這部分知識需要前面章節中二極管和PN 結合相關知識的積累和應用，后續實訓課中分析具體電路性能的基礎知識，是教學大綱中規定的和江蘇省學業水平測試中重點考察的內容之一。根據多年教學的實踐，總結歸納出一種能有效提高學生判別三極管工作狀態的方法——箭頭法，可謂在學習中也需要一“箭”鐘情，文章作詳細介紹。

1 “箭頭法”產生的背景

很多一線老師在教授“半導體元器件”時，經過詳盡的分析后，會要求學生記憶“二極管具有單向導電性”，會要求學生記憶三極管中集電結和發射結的狀態對應記憶三極管的工作狀態。二極管的知識相對簡單易懂，還是很容易記住的，三極管型號和工作狀態的判別需要記憶的內容就比較多了，很多學生時間一長就容易忘卻或混淆。很多老師在教授這部分知識時，一般都以NPN 型三極管為例，另一種PNP 型三極管則簡單介紹甚至不介紹。學生在學習這部分知識和運用這部分知識的時候，經常會遇到“箭頭”，比如以下情景就有：

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

（2）電路分析時畫箭頭。我們在分析電路的時候，經常要畫出電流的流向或者是電流繞行的方向，就是用一個“箭頭”來表示的。

其實在學習的時候這些“箭頭”已經出現了，學生們沒有注意，老師們沒有總結，它們是大可作為的。

2 “箭頭法”適用的范圍

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

（1）半導體二極管極性的判別。首先，我們來復習一下二極管的結構，二極管是由一個PN 結封裝而成的。PN 結是在P 型半導體和N 型半導體的結合部形成的一種特殊物質，具有單向導電性。當P型半導體這一端的電壓高于N 型半導體那一端的電壓且電壓差值大于門檻電壓時，PN 結就會導通，就會有電流流過，反之則PN 結截止，沒有電流流過。請注意標識電流的箭頭方向以及我們說話的習慣，我們習慣上說PN 結，而不說NP 結，是因為PN結一定是在P 端電壓高于N 端電壓時才會有電流按照圖示箭頭方向流過。小結一下：箭頭的方向是由P 端指向N 端的。

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

（3）半導體三極管極性和工作狀態的判別。我們再來復習一下三極管的結構。一個三極管是由三層半導體材料和兩個PN 結構成的，兩層相同類型的半導體材料接出來的電極分別是集電極和發射極，另一層不同類型的半導體材料接出來的電極是基極，基極與發射極之間的PN 結稱為發射結，基極與集電極之間的PN 結稱為集電結。在畫三極管的符號的時候，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，接著我們再畫兩條相同的斜線，表示集電極和發射極，為了方便區分就在發射極的斜線上畫一個箭頭。小結一下：三極管符號中的有“箭頭”的是發射極。網上有一段能快速幫助理解三極管工作原理的動畫，從動畫中我們得知，只要三極管的發射結處于截止狀態，那么不管集電結處于什么狀態，這個三極管肯定截止。三極管的發射結正偏，那就要看集電結的情況了，如果集電結也正偏，兩種電流流對沖，輸出基本不變了，三極管飽和；如果集電結反偏，兩種水流朝著同一方向，輸出越來越多，三極管就處在放大狀態。

3 “箭頭法”含義的詮釋

根據箭頭的方向來領會二極管的特性和判定三極管的極性、類型和工作狀態是非常方便的，具體方法詮釋如下：借助“箭頭”記憶二極管的特性。箭頭的方向跟我們日常習慣用語“正負”、“高低”、“大小”一致性的比較可以很快判定二極管的狀態。上述用語用在二極管兩端的電位（電壓）上，若箭頭方向與上述用語一致，二極管就導通；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

（1）極性的判別。有箭頭的那一極是發射極，沒有箭頭的與發射極對稱的那一極是集電極，剩下來的那一極是基極。

（2）類型的判斷。根據剛才的復習，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射極和基極所連的半導體類型，再根據三極管的結構，我們就能很快的判斷出集電極所連的半導體類型，它與發射極所連的一定是同一類型的半導體。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 型半導體，發射極這一端是N 型半導體，這樣集電極那一段一定是N 型半導體，所以這個三極管就是NPN 型三極管。再比如箭頭指向豎線的三極管，發射極是P 型半導體，基極是N 是半導體，集電極是P 型半導體，這個三極管就是PNP 型三極管。

（3）工作狀態的判定。首先我們要判定發射結的狀態，流過發射結的電流方向與三極管符號上的箭頭方向相反，則三極管截止。流過發射結的電流方向與三極管符號上的箭頭方向如果相同，則我們要看集電結上電流的流向。如果集電結上電流的方向與發射結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；如果集電結上的電流方向與發射結上的電流方向指向不同大方向，一個斜向上，一個斜向下，那個這個三極管就處在飽和狀態。總結一下：判定三極管的工作狀態，首先要看發射結上的電流方向，此方向如果與符號上的箭頭方向不同則三極管截止；如果相同，則要比較集電結和發射結上的電流方向，兩者一致則放大，兩者不一致則飽和。

5 “箭頭法”應用的舉例

請大家根據下圖中的信息判定三極管的工作狀態：

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

根據箭頭判定半導體元器件的工作狀態與傳統的記憶法相比至少不用糾結管型的判定，而且只要根據箭頭的方向就能快速判斷，特別是三極管工作狀態的判定顯得更加快捷高效，筆者總結一下三極管工作狀態判定的口訣如下：三極管判定并不難，看看箭頭如便飯。符號箭頭不一致，管子肯定是截止；發射結導通時，集電發射方向比。方向一致就放大，否則就是飽和了。

6 結語

PN 結兩端的電壓一定要大于門檻電壓它結才會正偏，這是很多題目中的小陷阱，一定要當心。