雙極結(jié)型晶體管輸出特性曲線圖中的盲區(qū)

巢 明，林秋華，郝育聞，商云晶

(大連理工大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)部，遼寧大連116024)

雙極結(jié)型晶體管的特性曲線是“模擬電子線路”課程中的重要內(nèi)容。眾所周知，雙極結(jié)型晶體管輸出特性曲線劃分為放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)［1-5］。事實(shí)上，以上三個(gè)區(qū)域并沒有覆蓋整個(gè)輸出特性坐標(biāo)平面，如圖1所示。在深度飽和線與縱坐標(biāo)軸之間的陰影區(qū)域內(nèi)沒有任何特性曲線，晶體管是不可能工作在此區(qū)域的，可以稱為盲區(qū)。

1 特性曲線盲區(qū)對(duì)教學(xué)的影響

在教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)雙極結(jié)型晶體管在飽和區(qū)的特性經(jīng)常出現(xiàn)誤解。以圖1為例，對(duì)于基本的共發(fā)射組態(tài)電路，當(dāng)IB電流由0逐漸增加到80μA時(shí)，工作點(diǎn)由A逐漸移向E點(diǎn);當(dāng)IB電流繼續(xù)增加，由于晶體管已經(jīng)完全飽和，工作點(diǎn)應(yīng)基本保持在E點(diǎn)不動(dòng)。然而有相當(dāng)一部分學(xué)生錯(cuò)誤認(rèn)為，由于晶體管會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，工作點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步移動(dòng)，達(dá)到陰影區(qū)域內(nèi)的F點(diǎn)。

圖1 輸出特性曲線(陰影部分為盲區(qū))

通過(guò)與學(xué)生的交流，筆者分析造成這種誤解的原因包括以下幾點(diǎn)：

(1)由于課時(shí)的縮減，必須對(duì)授課內(nèi)容有所取舍。由于此章的重點(diǎn)是放大區(qū)的特性，因此對(duì)飽和區(qū)的細(xì)節(jié)問(wèn)題沒有講解。

(2)學(xué)生沒有意識(shí)到分區(qū)實(shí)際上是由無(wú)數(shù)特性曲線上的點(diǎn)構(gòu)成的集合，因此特性曲線沒有達(dá)到的點(diǎn)，不屬于任何分區(qū)。在教學(xué)中三區(qū)劃分的觀念非常深入人心，思維慣性導(dǎo)致學(xué)生誤認(rèn)為輸出特性曲線覆蓋了坐標(biāo)平面上的所有區(qū)域，而實(shí)際上圖1的陰影區(qū)域內(nèi)沒有任何特性曲線。

(3)教材中對(duì)飽和區(qū)的標(biāo)注方式容易引起學(xué)生的誤解。圖2所示為“模擬電子線路”教材中對(duì)雙極結(jié)型晶體管飽和區(qū)的常見標(biāo)注方法［1-5］，這里通常使用虛線區(qū)分飽和區(qū)和放大區(qū)。有些學(xué)生誤認(rèn)為飽和區(qū)包括本文所稱的左側(cè)的盲區(qū)。

圖2 教材中對(duì)飽和區(qū)的常見標(biāo)注方法

2 特性曲線標(biāo)注方法的改進(jìn)

基于以上分析，筆者在教學(xué)中使用圖3來(lái)講解三個(gè)工作區(qū)的劃分。注意到圖中標(biāo)注了臨界飽和界限與深度飽和線，并用陰影更清楚地標(biāo)識(shí)出飽和區(qū)的位置，將其與盲區(qū)分別開來(lái)。由于盲區(qū)并不是公認(rèn)的概念，因此圖上不應(yīng)進(jìn)行任何標(biāo)注。

圖3 一種比較明確的標(biāo)注方法

3 結(jié)語(yǔ)

筆者提及“模擬電子線路”教材中對(duì)飽和區(qū)常見的標(biāo)注方法，認(rèn)為這些標(biāo)注方法沒有很好地區(qū)分飽和區(qū)和盲區(qū)，容易造成學(xué)生誤解。高校教學(xué)縮短課堂教學(xué)時(shí)間，提升學(xué)生自學(xué)和實(shí)踐能力是目前教學(xué)改革的重要方向之一。筆者認(rèn)為相關(guān)教材也應(yīng)該考慮到這種趨勢(shì)，增加更多的細(xì)節(jié)說(shuō)明，將原本需要教師講解的內(nèi)容加入教材，將容易混淆的概念在教材中加以澄清，以方便學(xué)生自學(xué)使用。因此筆者將更明確的富含細(xì)節(jié)的標(biāo)注方式應(yīng)用在本校的自編教材中。

［1］童詩(shī)白，華成英《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)》［M］北京：高等教育出版社，2004

［2］康華光，陳大欽《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)》［M］北京：高等教育出版社，1999

［3］王淑娟，蔡惟錚，齊明 等《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》［M］北京：高等教育出版社，2009

［4］吳丙申，卞祖富《模擬電路基礎(chǔ)》［M］北京理工大學(xué)出版社，2009

［5］Robert L.Boylestad，Louis Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory 9th Edition［M］London：Pearson Education，2009