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高中通用技术抓住晶体管工作原理的重要性施教电子控制技术的心得体会
高中通用技术抓住晶体管工作原理的重要性施教电子控制技术的心得体会
电子控制技术依靠的是电子计算机及电子控制电路。而电子计算机、电子电路则都是由晶体管及集成电路组成的。而集成电路又是在硅片上加工制成“PN结”结构,从而形成大量的晶体管而工作的。所以我们说晶体管是集成电路的核心组成部分,那么晶体管也就是一切电子控制电路及电子计算机的核心。可见学习晶体管的知识对学习电子控制技术是何其重要。
晶体管的知识在本教材里仅在第三章第一节介绍了光敏二极管、光敏三极管;第三章第三节介绍了晶体管的开关特性及简介了数字集成电路的知识;第四章第三节介绍了晶闸管(可控硅)的知识;在P101附录里才比较系统地学习了晶体管、集成电路的知识。虽然占的篇幅不是很多,却涵盖了晶体管的工作原理、结构、作用诸方面的知识,是学习电子控制技术的关键部分,起着举足轻重的重要作用。因此我们学习“电子控制技术”必须抓住晶体管工作原理这个纲,抓住了这个纲,纲举目张,“电子控制技术”的学习,就能起到事半功倍的效果。为了达到“抓纲”的目的,那么一定要让同学们真正弄通晶体管的工作原理。高二年级的同学,高中物理课中尚未学习电学方面的知识,晶体管工作原理又用到大量的电学基础理论,所以在学习上是很有难度的。为此我们必须借助多媒体手段,采用大量形象直观的PPT课件,通过列举各种各样通俗易懂的实例,帮助同学们来学习理解。并注意抓住重点精讲细讲深入探讨。
具体有以下几个部分是要抓住精讲的;
PN结的形成
空穴导电的原理
从半导体(晶体)的温度特性、空穴导电等基本特性讲起。利用高二同学已经学习过了原子结构的优势,向同学们传授:晶体结构的原子受热获得能量溢出自由电子,形成“空穴”,(半导体的温度特性)。当空穴移动形成电流,就是所谓的空穴导电。什么是空穴导电的原理,可用这样的例子:电影院的前排位置空出来后,后排的人相继去填补,如此一个接一个地填补下去,最后空位置移到了最后排。看似空位移到了最后,实际上是人移到了前排。同理,空穴导电的原理也是一样,看似空穴在移到,实是电子在移动。实际上也就是电子去填补空穴造成的空穴移动。另外,我们知道,电荷的移动,叫产生了电流。由于空穴带正电荷,所以,空穴在移动,也就是产生了电流,就能导电。我们把这种导电方式叫作空穴导电。
2、P型半导体和N型半导体
晶体结构的硅原子或锗原子,其原子核外层电子个数为4。掺入核外层电子数为5个的砷后,替代了核外层只有4个电子的锗原子或硅原子后,将多出一个电子。由于原子很小,即使锗中只掺入了少量的砷。例如:0.1g,也包含了数额巨大的砷原子,可获得大量的自由电子,使得锗或硅这类半导体导电性能大幅度提高,(半导体掺杂后,导电性能增加的掺杂特性。)这种主要靠电子导电的半导体称为电子型半导体,用N表示电子型半导体。同样,在锗或硅里掺入核外层电子数为3个的铟原子后,由于铟原子核外层只有三个电子,替代了核外层有4个电子的锗原子或硅原子后,因缺少了电子形成了所谓的空穴。同理,掺入少量的铟原子可获得大量的空穴,使导电性能大大增加。这种靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体,用P表示空穴型半导体。
3、PN结的形成
将P型半导体与N型半导体用特殊工艺做成一起(例如烧结在一起),使得两者的距离很近(接近原子的距离时),交界面便形成了PN结。晶体管神奇的功能均发生在这薄薄的PN结中,这里可用下面的例子向同学们交代PN结所发生的物理过程,最后揭示晶体管的奥妙!
人都喜欢从拥挤的地方跑向人稀少一些的地方,少量的气体可以充满整个空间,一滴墨水能把一杯清水染蓝。这类客观存在的自然现象叫做扩散。扩散的规律:浓度大的地方跑向浓度低的地方。PN结也有类似的情况,PN结的P 区,空穴浓度大,因此P区有大量的空穴从P区向N区扩散;PN结的N区,电子浓度大,有大量的电子从N区向P区扩散。带正电荷的空穴由P区跑到N区,使N区带正电。带负电荷的电子由N区跑到P区,使P区带负电。实际上,由于同种电荷之间有排斥力存在,异种电荷之间有吸引力存在,交换移动的距离并不会太远,所以都集中在靠近结合层的两边。(同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引的原理,也是自然界客观存在的规律。)另外这种交换也不会无止境地进行下去,因为随着扩散,P区逐渐带上更多的负电荷,若再有电子移过来,便会受到排斥, N区也是一样,当N区逐渐带上更多的正电荷之后,若再有空穴移过来,也会受到排斥。也就是说:由于扩散,在交界面二边积累了性质不同的二种电荷,形成了一个所谓的电场,对继续扩散产生拒斥作用。(这些知识,在此只作简单介绍,更深的研究,要到同学们系统地学习了高中物理中有关电场的知识以后。)随着扩散的进行,交界面附近积累的电荷越来越多,拒斥作用也越来越大,最后达到了动态平衡,即电子与空穴扩散到对方有多少,则又被电场力推回来多少,
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