一“箭”钟情半导体元件——论“箭头”在学习半导体元器件中的妙用

潘 浩

（江苏省江阴中等专业学校临港校区，江苏 江阴 214443）

中职电类专业的学生在学习“常用的半导体元器件”部分知识的时候，“三极管的工作状态”这部分知识需要前面章节中二极管和PN 结合相关知识的积累和应用，后续实训课中分析具体电路性能的基础知识，是教学大纲中规定的和江苏省学业水平测试中重点考察的内容之一。根据多年教学的实践，总结归纳出一种能有效提高学生判别三极管工作状态的方法——箭头法，可谓在学习中也需要一“箭”钟情，文章作详细介绍。

1 “箭头法”产生的背景

很多一线老师在教授“半导体元器件”时，经过详尽的分析后，会要求学生记忆“二极管具有单向导电性”，会要求学生记忆三极管中集电结和发射结的状态对应记忆三极管的工作状态。二极管的知识相对简单易懂，还是很容易记住的，三极管型号和工作状态的判别需要记忆的内容就比较多了，很多学生时间一长就容易忘却或混淆。很多老师在教授这部分知识时，一般都以NPN 型三极管为例，另一种PNP 型三极管则简单介绍甚至不介绍。学生在学习这部分知识和运用这部分知识的时候，经常会遇到“箭头”，比如以下情景就有：

（1）元件符号中有箭头。二极管的符号看上去就像一个“空心箭头”；晶闸管的符号中有跟二极管符号相似的部分；三极管符号总代表发射极的那端本身就是一个箭头。

（2）电路分析时画箭头。我们在分析电路的时候，经常要画出电流的流向或者是电流绕行的方向，就是用一个“箭头”来表示的。

其实在学习的时候这些“箭头”已经出现了，学生们没有注意，老师们没有总结，它们是大可作为的。

2 “箭头法”适用的范围

很多老师和学生都认为箭头的作用就是指明电流的流向，笔者认为，箭头的作用至少还有“指明一种顺序（或习惯）”、“指明电位下降（电压的极性）”等作用，在以下场景可以充分发挥作用：

（1）半导体二极管极性的判别。首先，我们来复习一下二极管的结构，二极管是由一个PN 结封装而成的。PN 结是在P 型半导体和N 型半导体的结合部形成的一种特殊物质，具有单向导电性。当P型半导体这一端的电压高于N 型半导体那一端的电压且电压差值大于门槛电压时，PN 结就会导通，就会有电流流过，反之则PN 结截止，没有电流流过。请注意标识电流的箭头方向以及我们说话的习惯，我们习惯上说PN 结，而不说NP 结，是因为PN结一定是在P 端电压高于N 端电压时才会有电流按照图示箭头方向流过。小结一下：箭头的方向是由P 端指向N 端的。

（2）半导体晶闸管极性的判别。晶闸管的工作原理是定向精准控制PN 的导通，与二极管的原理相似，不再赘述，再次强调：箭头的方向是由P 端指向N 端的。

（3）半导体三极管极性和工作状态的判别。我们再来复习一下三极管的结构。一个三极管是由三层半导体材料和两个PN 结构成的，两层相同类型的半导体材料接出来的电极分别是集电极和发射极，另一层不同类型的半导体材料接出来的电极是基极，基极与发射极之间的PN 结称为发射结，基极与集电极之间的PN 结称为集电结。在画三极管的符号的时候，我们先画一条竖线，然后画一条横线与之相连，这一条横线就表示基极，接着我们再画两条相同的斜线，表示集电极和发射极，为了方便区分就在发射极的斜线上画一个箭头。小结一下：三极管符号中的有“箭头”的是发射极。网上有一段能快速帮助理解三极管工作原理的动画，从动画中我们得知，只要三极管的发射结处于截止状态，那么不管集电结处于什么状态，这个三极管肯定截止。三极管的发射结正偏，那就要看集电结的情况了，如果集电结也正偏，两种电流流对冲，输出基本不变了，三极管饱和；如果集电结反偏，两种水流朝着同一方向，输出越来越多，三极管就处在放大状态。

3 “箭头法”含义的诠释

根据箭头的方向来领会二极管的特性和判定三极管的极性、类型和工作状态是非常方便的，具体方法诠释如下：借助“箭头”记忆二极管的特性。箭头的方向跟我们日常习惯用语“正负”、“高低”、“大小”一致性的比较可以很快判定二极管的状态。上述用语用在二极管两端的电位（电压）上，若箭头方向与上述用语一致，二极管就导通；反之二极管就截止。

4 使用“箭头”三极管的极性、类型和工作状态

（1）极性的判别。有箭头的那一极是发射极，没有箭头的与发射极对称的那一极是集电极，剩下来的那一极是基极。

（2）类型的判断。根据刚才的复习，箭头的方向是由P 端指向N 端的，我们就可以快速地确定发射极和基极所连的半导体类型，再根据三极管的结构，我们就能很快的判断出集电极所连的半导体类型，它与发射极所连的一定是同一类型的半导体。比如箭头指向竖线以外的三极管，我们很快就能确定基极这一端是P 型半导体，发射极这一端是N 型半导体，这样集电极那一段一定是N 型半导体，所以这个三极管就是NPN 型三极管。再比如箭头指向竖线的三极管，发射极是P 型半导体，基极是N 是半导体，集电极是P 型半导体，这个三极管就是PNP 型三极管。

（3）工作状态的判定。首先我们要判定发射结的状态，流过发射结的电流方向与三极管符号上的箭头方向相反，则三极管截止。流过发射结的电流方向与三极管符号上的箭头方向如果相同，则我们要看集电结上电流的流向。如果集电结上电流的方向与发射结上电流的方向指向同一大方向（比如都斜向上，或都斜向下），那么三极管处在放大状态；如果集电结上的电流方向与发射结上的电流方向指向不同大方向，一个斜向上，一个斜向下，那个这个三极管就处在饱和状态。总结一下：判定三极管的工作状态，首先要看发射结上的电流方向，此方向如果与符号上的箭头方向不同则三极管截止；如果相同，则要比较集电结和发射结上的电流方向，两者一致则放大，两者不一致则饱和。

5 “箭头法”应用的举例

请大家根据下图中的信息判定三极管的工作状态：

图1 中的发射结中电流方向与箭头方向不一致，所以三极管截止，不用再去管集电结的情况了。图2 这道题中中三极管基极的电位比发射极要高，所以发射结上的电流的流向是和三极管符号中的箭头方向一致的，这就需要我们继续画出集电结上电流的方向，因为这道题中基极电位比集电极要高，所以集电结上的电流方向是斜向上的，而刚才我们画出的发射结上的电流方向是斜向下的，两个方向不一致，所以三极管处在饱和状态。

根据箭头判定半导体元器件的工作状态与传统的记忆法相比至少不用纠结管型的判定，而且只要根据箭头的方向就能快速判断，特别是三极管工作状态的判定显得更加快捷高效，笔者总结一下三极管工作状态判定的口诀如下：三极管判定并不难，看看箭头如便饭。符号箭头不一致，管子肯定是截止；发射结导通时，集电发射方向比。方向一致就放大，否则就是饱和了。

6 结语

PN 结两端的电压一定要大于门槛电压它结才会正偏，这是很多题目中的小陷阱，一定要当心。