半导体器件原理及特性教学探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息　０高校讲坛０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第１６期　半导体器件原理及特性教学探讨　王莉　陈虹　（扬州大学能源与动力工程学院　江苏扬州　２２５００９）　【摘要】模拟电子电路的核心原件是半导体器件，因此对半导体器件原理及特性的掌握至关重要。学生入门便是接触半导体器件知识．通　常感觉生僻难懂、学习吃力，对以后器件的应用更是无法得心应手。本文主要介绍作者对这部分内容的教学心得，力主由简到繁．并把半导体器　件知识串接起来，让学生便于理解与识记。　【关键词】半导体器件；ＰＮ结；二极管；双极型三极管　０．引言　而表现出很好的稳压特性，如图１（ｂ）所示。　《模拟电子技术基础》是工科电类专业的一门非常重要的专业基　础课，研究的对象是半导体器件及由半导体器件构成的各种模拟基本　●　粕．ｃ　功能电路。在模拟电子技术基础中要解决的根本问题就是半导体器件　的特性．但是教材中涉及的半导体器件种类繁多，例如半导体二极管　有普通二极管、稳压管二极管等，半导体三极管有双极型三极管与场　效应管（单极型三极管）之分，其中双极型三极管又分为ＰＮＰ与ＮＰＮ　‰，　Ｉｆ＂　Ｉ　∥　７７　两种类型，场效应管又有结型与绝缘栅型之分等。学生普遍反映这部　Ｏ　‘，　ｌ　分知识难以理解和掌握．而更重要的是它们是组成电子电路的基本元　件，没有掌握就无法正确分析基本功能电路，并且会使学生丧失对这　（　伯　门课的学习兴趣。笔者在总结多年教学经验的基础上，整理出了由ＰＮ　图１　二极管伏安特性曲线　结原理及特性迁移到各个半导体器件原理及特性并进行类比分析与　记忆，达到了不错的教学效果。　２．４双极型三极管的工作原理　１．半导体器件原理及特性教学思路　双极型三极管是由两个ＰＮ结背靠背粘连起来。具有电流放大作　我们使用的教材是清华大学电子学教研组编写的《模拟电子技术　用，但是单纯的把两个二极管背靠背的连在一起是没有放大作用的，　基础》（第四版），它是普通高等教育“十五”国家级规划教材，也是总结　要想使它具有放大作用，必须满足如下条件：　首届国家级精品课程一清华大学“电子技术基础”课程的教学实践。该　（１）发射区中掺杂浓度大。　教材第一章便是常用半导体器件，我们采用以下的教学思路：先介绍　（２）基区必须很薄、掺杂浓度小。　学生高中就熟悉的本征半导体知识，然后引出杂质半导体的概念，在　（３）基电结的面积应很大。　此基础上重点介绍ＰＮ结的原理及特性；半导体二极管的引出要自然　（４）工作时：发射结应正向偏置，集电结应反向偏置。　一些，就是用外壳将ＰＮ结封装后加上电极引线就构成了二极管；半　双极型三极管的工作原理分析要结合以上的四个条件以及ＰＮ　导体三极管的引出比较生动，是将两个ＰＮ结背靠背粘连起来。二极　结正向偏置和反向偏置的导电原理，例如发射结正偏加速多子扩散产　管与三极管的导电原理以ＰＮ结导电原理为基础，二极管与三极管的　生以下电流：发射区多子电子不断向基区扩散，形成电流　。由条件　特性曲线可在ＰＮ结特性曲线基础上变化得到。如此以来，学生对本　（１）知道此电流比较大；基区多子空穴向发射区的扩散可形成电流　，　部分内容的理解不再是孤立的ＰＮ结、二极管、三极管等陌生而又晦　由条件（２）知道此电流很小。　涩的概念，而是由熟知的本征半导体一步一步推导到模拟电路的半导　２．５双极型三极管特性曲线　体器件。所有知识及内容串接起来，由简单到繁锁，容易接受与掌握。　双极型三极管的输入特性曲线描述的是在管压降　一定条件　２．知识的类比与迁移　下，基极电流　与发射结电压　之间的关系，因为发射结正向偏置，　半导体器件一章涉及的新概念很多，学生在理解上存在一定的困　所以它与ＰＮ结的正向特性曲线相似，由于三极管的两个ＰＮ结相互　难．在教学中我们采用对比、类比等方法’止学生从已知或熟悉的知识　影响，因此，输出电压　对输入特性有影响如图２中（ａ１所示。　迁移到新知识，具体体现在以下几个方面。　双极型三极管的输出特性曲线描述的是在基极电流厶一定条件　２．１空穴导电原理　下，集电极电流　与管压降　之间的关系，不同的基极电流　对应　对于空穴的导电原理历来是学生难以理解的问题，这部分内容的　于不同曲线，如图２中（ｂ）所示，因为集电结反向偏置，所以每一条曲线　讲解要结合学生熟知的自由电子导电过程。空穴导电原理与自由电子　与ＰＮ结的反向特性曲线形状相似。　导电原理不同，却离不开自由电子，首先，原子因为失去电子而带正　电。或者说是空穴带正电，在电场力的作用下，一部分电子定向移动产　生电子电流。另一部分电子按一定方向依次填补空穴，这样相当于空　穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此形成空穴电流。　２．２ＰＮ结导电特性　ＰＮ结正向偏置和反向偏置的导电原理可以对比讲解和记忆，例　如：ＰＮ结外加正向电压的接法是Ｐ区接电源的正极，Ｎ区接电源的负　极，反向接法恰恰相反；ＰＮ结正向偏置是多数载流子形成扩散电流，　方向是从Ｐ区指向Ｎ区，反向偏置是少数载流子形成漂移电流，它的　截ｌｋ聪　方向与正向电压的方向相反；ＰＮ结正向偏置时等效电阻阻值很小，反　Ｃ　向偏置时呈现的电阻阻值很高。　图２　双极型三极管输入输出特性曲线　２．３二极管伏安特性及应用　由于二极管是ＰＮ结直接封装加电极引线制成，所以二极管伏安　２．６温度对半导体器件的影响　特性曲线与ＰＮ结相似，一般使用二极管正向导通反向截止特性，即　温度发生变化时，半导体内部热运动加剧，杂质半导体少数载流　图１（ａ）中实线　＞Ｃ，翩段。　子的数目则发生相应的变化，因此相关的半导体器件对温度很敏感．　常用的还有稳压二极管，它是利用二极管的击穿特性，即　＞ｕ　例如当温度上升时，二极管正向曲线左移，反向曲线下移（如图１（ａ）　中的某段，此时反向电流变化很大的情况下，反向电压变化则很小，从　所示），三极管输入特性曲线向左移，输出特性曲线上移，放大系数也　增加。　（下转第２０３页）　１９２　维普资讯 http://www.cqvip.com

科技信息　。高校讲坛ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第１６期　响了景观的协调性。与此同时，景区在建设的过程中也产生了污染。这　苏州园林景区的环境保护上。可以通过适当提高门票的价格，限制游　种环境污染和破坏基本上是无法修复的。　２．５旅游区内服务设施带来的环境污染　随着江苏旅游业的蓬勃发展，旅游人数的急剧增加，旅游景区内　客的数量．达到保护景区环境的目的。　３．５结合市场运作，加强对景区的管理　景区内宾馆、饭店和其他服务设施的增多，加之管理不善，致使大　的饭店、宾馆及其他服务设施如雨后春笋般的快速涌现，必将产生大　量的生活污水和燃煤烟气无节制地外排，污染和破坏景区的环境。无　量的生活污水和燃煤等污染，加之没有相应的处理设施，使得景区内　限制进入景区内的车辆产生的尾气，给景区的环境产生了不可忽视的　的环境质量逐渐下降，降低了景区景色的观赏价值，阻碍了景区的可　污染。如何解决这一难题，福建和湖北的做法值得江苏借鉴。　持续发展，必将使景区旅游价值走向萎缩的尴尬境地。　在如何控制外来车辆进入旅游景区方面，福建武夷山市政府的做　法值得借鉴：在旅游区内，旅游交通工具一律是环保观光车，其尾气排　通过上文对江苏旅游业发展的现状及产生环境问题原因的分析．　放必须达到环保要求。如果需要接待重要人员，必须先通知景区管理　我们必须清醒地认识到景区环境保护的必要性和急迫性。下面针对产　处，由管理处统一安排。当重要人员到达景区入Ｅｌ处，下来乘坐景区内　３．景区环境保护的措施　生问题的原因，提出了以下几点措施：　３．１增强公众的环保意识　的环保车入内　Ｉ５　湖北省黄石市阳新县在开发王英仙岛湖旅游资源的同时，向社会　由于旅游景区是以盈利为目的的，故此，我国在环境保护教育方　各界拍卖王英仙岛湖的绿化权，成功吸引了各方的投资。既美化了环　面，意识很薄弱，江苏亦是如此。在旅游景区内，很少有宣传环境保护　境，又提高了景区的知名度和品位。　以上两种保护景区生态环境的方法值得江苏各地政府学习和借　的宣传栏，连导游的导游词也很少涉及到环境保护。因此，可以通过宣　　传栏、导游的讲解，广播等手段，向游客灌输环保的意识思想，保护景　鉴，这对于提高江苏旅游资源的品位和知名度有着非凡的意义。３．６旅游区开发必须执行相关环境法规　区内的自然风光和历史古迹．协调人类与大自然的关系。要做到这一　旅游区必须对旅游资源做到科学合理的开发．不恰当的开发会造　点，必须从娃娃抓起，从小向他（她）们灌输环保的思想，才能从根本上　成景区环境的污染。因此，在进行景区的开发过程中，要根据相关法　解决这一问题。　规，递交环境影响报告书。经专家评审通过后，才能进行景区的设计、　３．２加强对游客的管理　’　旅游景区接待的游客参差不ｌ齐，是造成景区环境污染和破坏不可　施工和验收。在开发过程中，必须实行“三同时”的政策，即开发项目的　忽视的因素。景区光靠宣传手段是远远不够的，还必须采取一些强制　主体工程必须与环保设施同时设计、同时施工和同时验收，这样才有　　性手段，防止环境污染和破坏。增加监察人员的数量，加大巡查的力　可能在开发过程中避免对景区环境的污染和破坏。度，一旦发现有游客在景区内随意吐痰，乱扔垃圾．或在某旅游景点上　４．总结　刻上诸如“某某到此一游”的字样，立即按相关条例对其进行惩罚．对　总之．旅游景区内的生态环境与旅游业的发展息息相关。只有当　情节严重者，追加法律责任。在采取强制措施的同时，景区也应该采取　景区内的生态环境保持良好的状态，才能吸引广大的游客，促进旅游　奖励措施，对那些素质高、能自觉维护景区环境的游客给予一定的奖　经济的蓬勃发展。江苏有着丰富的旅游资源，但是在其开发过程中，景　励，调动大家的积极性。　区内的生态环境已经遭受到严重的破坏，只有采取相应的措施，改善　３．３搬迁景区附近的化工企业　景区附近的化工企业在生产过程中产生的污染如果不加以治理　或只经过简单的治理，向环境中排放，就会对景区环境造成污染和破　目前的状况，才能促进江苏旅游经济的可持续发展。ｌ　【参考文献】　２００６年江苏省旅游业发展统计公报，ｈｔｔｐ：／／　坏。因此，要保持景区环境的清洁和客流量，就必须搬迁附近的化工企　［１］江苏省旅游局，江苏省统计局．ｗｗｗ．ｊｓｓｂ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｓｊｚｌ／ｔｊｎｊ／２ＯＯ７／ｎｊＯＯ／ｎｊＯ００６．ｈｔｍ．２００７—３．　业。太湖“蓝藻”事件就给了我们一个很好的教训。太湖风景区周围有　经济师，２００３，（９）：　着很多的中小型化工企业，没有统一的规划，产生的污染物随意向太　［２］衣传华．自然旅游资源开发利用中的环境经济一体化［Ｊ］．（１３０—１３１）．　湖中排放．最终导致蓝藻事件的发生，对经济、社会和人们的生活产生　了巨大的影响。事情发生后，国家和省委省政府高度重视，对太湖周围　究——以江苏沿江旅游发展为例［Ｊ］．河南科学，２００６，２４（５）：（７７６—７８０）．　的中小企业进行了搬迁，杜绝了太湖风景区重要污染物的来源。　３．４限制游客的数量　［３］刘平珍，梁莉，张捷．基于旅游资源空问结构和市场通达度的旅游区划研　［４］徐惠蓉．保护风景名胜区生态环境［Ｊ］．江苏生态环境的保护与建设，２００２　［５］任青萍．《旅游资源开发中的生态环境保护研究》，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｌｓｌｓｃｃ．ｃｎ／　当游客的数量超过了旅游景区的承载力时，旅游资源就会受到不　同程度的污染和破坏。因此，为了保护景区内的生态环境质量，确定景　区容量和控制游客数量成为一种行之有效的方法。对旅游者的旅游活　动进行空间上的区划引导和时间上的分流引导。在空间区划上充分利　用景区的功能划分，在相关地点设立解说系统，对游客进行分离；在时　间上，通过一定的经济手段，对旅游者的流向进行调节。Ｍ　例如，在对　ＡｒｔｉｃｌｅＳｈｏｗ．ａｓｐ，２００６—４—６．　作者简介：沈建军（１９８３一），男（汉族），江苏南通人，在读硕士研究生，从事　环境影响评价方向的研究。　［责任编辑：韩铭］　［３］杨素行主编．模拟电子技术基础简明教程（第三版）［Ｍ１．北京：高等教育出版　（上接第１９２页）３．教学总结　２００６．０５．　对于《模拟电子技术基础》这门课，“管”（电子器件）是“路”（电子　社．线路）的基石，“路”是该课程研究的核心内容，因此明确要求学生过好　“器件关”　要求做到“会分析、会选择、会应用”典型半导体器件（二极　［４］康华光主编．电子技术基础模拟部分（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　１９９９．０６．　管、三极管等），关键是要掌握这些器件的特性曲线，通过分析特性曲　出版社．１９９５．０４．　线往往有利于掌握器件的模型、参数和工作原理等。教学过程是一个　［５］谢嘉奎．金宝琴谢洪曛编．电子线路（线性部分）（第三版）［Ｍ］．北京：高等教育　复杂的过程，如何将大量的知识在有限的课堂教学过程中讲清楚明白，　作者简介：王莉（１９８Ｏ一），女，河北保定人，研究生学历。中国自动化学会青　需要教师在教学实践活动中积极研究和探索．找到一种占用学时少、　年＿Ｔ－作委员会秘书，主要从事自动化及相关专业的教学与科研＿Ｔ－作。　又能使学生很好地掌握知识的教学思路。●　【参考文献】　［１］华成英．童诗自主编．模拟电子技术基础（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社　２ｏ０６．Ｏ５．　陈虹（１９５５一），男，浙江绍兴人，教授，硕士生导师。中国机械＿Ｔ－业教育协会　高等学校机电类学科教学委员会委员．教育部高等学校电气＿Ｔ－程及其自动化专　业教学指导分委会协作委员，江苏省电＿Ｔ－学会理事，主要从事电气＿Ｔ－程自动化　及相关专业的教学与科研＿Ｔ－作。　［２］华成英主编．模拟电子技术基本教程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００６．０８．　［责任编辑：田瑞鑫］