徐一花

（江苏省惠山中等专业学校电类组，江苏无锡，214153）

1 二极管演示教学前的准备工作

1.1 二极管在中职学业中的应用

二极管通常是由P型半导体和N型半导体，通过特殊工艺结合在一起，他们的交界处就形成了PN结，由P区引出的电极成为阳极，由N区引出的电极成为阴极，由于PN结具有单向导电性，故在P极加上正电压，N极加上负电压，能使二极管导通；反之，在P极加上负电压，在N极加上正电压，二极管就截止了，中间没有电流通过，我们称二极管的这种特性为单向导电性，正向导通，反向截止。

利用二极管的单向导电性，应用最多的就是对交流电的整流，我们可以利用一个二极管，搭建半波整流电路，利用四个二极管，搭建全波整流断路。在收音机中，二极管还具有检波功能。我们还能利用二极管的反向截止功能，制作成稳压电路。总之，二极管在电子电路当中是一个很常见的元器件，应用非常广泛。

二极管的正向导通我们已经非常熟悉了，对于反向截止，我们的认知一直停留在截止上面。这节课，我们就来看看，给二极管接上反向电压，会出现一个什么样的现象。书本上给出了反向最大电压Urm，真正击穿跟这个反向最大电压之间是什么关系？这次实验，我们选的二极管型号为1n4148，是一种小型的高速开关二极管，在我们平时实验中经常会遇到，选它作为我们的演示道具比较具有代表性。

1.2 演示教学的原则和特点

二极管是我们专业领域经常用到的元器件，但对于他们的表述最多的就是书本上的特性曲线图，二极管特性曲线图对于初学电子元器件的学生来讲很抽象，尤其是在二极管的反向截止区，平时学习过程中用到的是少之又少，学生对于二极管反向状态的概念停留在截止状态。本次教学可以通过演示教学法，让学生对书本上一成不变的特性曲线有一个直观的了解，同时让学生深刻感知二极管的击穿状态。

1.3 课前准备

本节课需要介绍二极管的反向特性，以往的教学，同学们一般对二极管的正向导通区比较了解，二极管通正向电压，过了死区电压就导通，但对二极管的反向特性往往是一知半解，具体什么叫“击穿”也不知道，只知道那是一个书本上出现的名词。结合这些特点，可以把二极管的反向特性就用演示教学来完成，加深同学们对二极管在反向特性中从截止区到达击穿区的印象。

要演示出二极管的一个击穿过程，首先要准备一个调压器，可以输出从0到260V的交流电压；其次给二极管提供的必须是一个直流电，因此，需用四个二极管搭建一个桥式整流，在桥式整流后面可以再并联一个滤波电容，这样，一个可以调压的直流电源就完成了。

演示教学的对象是学生，要把所有的道具以及现象展示给学生，所以用传统的印制电路板或者通用洞洞板是不行的，因为这些板子尺寸很小，一个班级学生很多，坐在后面的学生很难看到现象。底板的选择，可以选择一款50cm*50cm的环氧板，底部用两块木条作为支撑，让它能够九十度直立在讲台上。0～260V的交流电源，电容，二极管，电阻都选择的是电工电子实验台上面的接插件。在环氧板上打孔，把接插件插在孔里，然后用导线把各个元器件按照原理图连接起来。最后在需要演示的1n4148二极管上并联一个电压表。电压表可以选择物理实验室的电压表，物理实验室的电压表清晰直观，方便学生查看二极管两端电压值的变化。

2 二极管反向击穿的演示教学

为了让学生开动思维，我们可以提问学生，如果给二极管加一个反向电压，二极管会有怎样的现象？有的学生可能会说二极管会反向截止，有的学生可能会说二极管会击穿。我们可以接着提问需要多大的电压会把一个二极管击穿呢？同学们可能会面面相觑，他们可能没有考虑过这个问题。进而我们可以提问，同学们看过击穿后的现象吗？同学们大概会说没有见过。这时，我们可以把准备好的演示道具拿出来，同学们显然对接下来的实验很感兴趣。

实验所选的二极管为1n4148，查阅资料知道，它的最大反向连续电压为75V，75V会把二极管击穿吗？

实验一：雪崩击穿。把1n4148二极管反向接在直流电源上，观察二极管两端电压的变化。调压器的电压从0V开始慢慢往上调，这时候，二极管是处于截止状态的，所以它两端的电压跟着调压器在慢慢升高。随着电压的升高，当二极管两端的电压到达75V时，我们可以停了下来，提问学生，二极管会击穿吗？学生们可能会比较茫然，因为资料上写着75V会击穿，但在75V时，二极管并没有击穿，这是怎么回事呢？我们可以继续调高调压器的电压，看到二极管上的电压达到了100V，随着调压器一点一点的调高输出电压，二极管上的电压也开始了缓慢升高，同学们一般都会屏气凝神，紧盯着电压表的和二极管的变化。当电压表的指针到达150V时，我们就会听到二极管“嘭”的一声，随后火花燃起，这时我们要马上关掉调压器的输出电压，大家这时候都很清楚地看到，二极管被击穿了，它的击穿电压为150V，是它最大反向连续电压Urm的两倍。

同样的二极管，加上150V的反向电压就一定会击穿烧坏吗？第二个问题抛出，虽然同学们不能肯定答案是什么，但他们的好奇心已被调动。

实验二：齐纳击穿。把1n4148二极管与限流电阻相串联后反向接在直流电源上，观察二极管两端电压的变化。调压器从0V开始慢慢往上调，二极管两端的电压随着调压器输出电压的增大而增大，二极管两端电压到达100V时上升速度放缓，当二极管两端的电压到达150V时，电压已稳定，再调高调压器，二极管两端的电压也保持在150V。这时候并没有看到之前二极管爆破和火花的现象，那是怎么一回事呢？经过测量发现，多出的电压加在了限流电阻上了，测量限流电阻上的电压与二极管上150V的电压相加，正好是直流电源的输出电压。然而这也是一种击穿，叫做齐纳击穿，二极管达到了击穿电压，但没有爆破，齐纳击穿是一种暂时性可恢复的电子现象。同时，这种接法，大家都看到了，能够很好地稳定电压，这就是一个简易的稳压电源。

通过两个实验，同学们能够很直观的看出二极管的两种击穿现象，跟随着电压一点一点的升高，二极管首先会经过一段截止区，然后进入击穿区，这种曲线的走向，跟书本上二极管的特性曲线图是完全一致的，而且击穿电压跟二极管的最大反向连续电压Urm有关，实际上二极管真正击穿的数值，是Urm的两倍。同时，我们也看到了，虽然同为击穿，雪崩击穿和齐纳击穿之间还是有很大的区别的，利用齐纳击穿，我们能做一个简易的稳压二极管。

3 二极管演示教学反思

3.1 利用信息化教学手段

电类教学的演示实验很多时候是没有现成的工具的，需要教师根据每节课的内容特别制作，实际制作过程中会碰到书本上没有讲透的知识，对老师来说也是一个成长的过程。比如我在制作桥式整流电路后通电的一瞬间就爆炸过几次，主要是滤波电容通电的一瞬间产生了过大的浪涌电流，烧坏了整流二极管；在制作演示架子的时候遇到没有现成的板子可以直立在讲台上，所以需要量好尺寸从废弃的木材上自己做一个合适的演示架。虽然演示教学的教学氛围和效果很好，但制作一个教学道具费时费力，对于老师的精力是个挑战，所以我们应该利用信息化教学，提高学生的学习兴趣和专业素养。利用教学云平台，微视频，动画仿真，穿插到学生的随便时间中去，让学生的专业兴趣在一点一滴中提高。比如在上课之前，我们可以在云班课的网站上发布一段小视频，普及一下二极管的反向特性，让学生对于今天的演示教学有一个心里准备，课后还能再网站上布置作业，让学生能够利用空余时间完成，教师也能及时批改，随时了解学生的掌握情况。

3.2 团队合作教学

在演示教学的过程中，能够运用团队合作教学。学生掌握专业知识的能力不同，性格不同，让他们在每节课上收获的知识也不同，这时候应该利用团队合作教学，让他们能够互帮互助，相互交流讨论，取长补短，促进自己的学习。有些同学学的比较认真，但比较内向，课堂上很少发言，通过团队合作学习，害怕发言的学生有更多的机会能够发表自己的意见，在发言的过程中也是自己回顾与学习的过程，在这过程中还能发现自己的不足。理解比较慢的学生在团队合作过程中收获也能很大，对于知识的再一次理解，能够有利于他们的掌握。良好的团队合作学习，有利于他们耐心的培养，善于倾听，更能够理解别人，有利于他们课后同学之间的人际关系，增加他们毕业后对于整个社会的适应性。

3.3 增加学生之间的互动

学生是教学过程中的主体，教师只是一个引领者，起示范作用。这次演示教学过程中最大的遗憾是学生没有过多的参与，只以观察为主。起因是怕260伏的电压过大，学生操作有一定的危险，故学生在这过程中只能观察电压表的变化。在演示教学中，我们应该增加师生间的互动，可以制作一个表格，记录当电源发生变化时，二极管上的电压为多少，二极管的状态是什么，而不是看过一个有趣的实验，有一个泛泛的感觉，却没有深刻的理论支撑。为了能够让学生更多的参与，我们要规范操作流程，让学生上台来控制电源的大小，培养学生对于强电的概念，让学生养成良好的操作习惯，同时培养学生胆大心细的精神。毕竟演示教学，不仅仅是教师的演示、学生的观看，更是学生能够积极参与，巩固理论知识，学习新的技能。