MOSFET电子技术论文

一巧用类比和对比

加深理解在教学过程中，如果可以恰到好处地类比以前的旧知识，可以使学员既复习了旧知识，又了解了知识间的内在联系，更容易将新知识纳入已有的知识结构中。在教学中采取类比和对比的方式，可以使学员记忆深刻。电力电子器件一章涉及很多新概念，学生在理解上有困难，下面就以PowerMOSFET作为教学实例来阐述如何在教学实践中运用类比和对比的教学策略。

1用类比讲解PowerMOSFET的结构

PowerMOSFET的中文名称是电力场效应晶体管，在电力电子中通常指N沟道绝缘栅型MOSFET。对于MOSFET学员并不陌生，在模电课程中已经学习过，但是却很少有学员知道它的英文全称MetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor的真正含义，其实这与MOSFET的结构息息相关。Metal代表金属铝电极，OxideSemiconductor代表二氧化硅绝缘层，当栅源极间电压UGS>0时，金属门极G通过二氧化硅绝缘层与P型半导体形成电场，遂使得P型半导体的上表面反型成N型，与源极和漏极的N型半导体一起形成导电N沟道。在讲解过程中通过解释英文全称让学员回忆MOSFET结构的效果很好。

2用对比讲解PowerMOSFET的结构

（1）小功率MOSFET采用横向导电结构，耐压和耐电流能力不够，为了增大导电沟道的截面积，提升器件的耐受功率，PowerMOSFET采用垂直导电结构，此时放上两种结构图对比，区别不言而喻。

（2）PowerMOSFET采用了多元集成设计，与小功率MOSFET相比，大大缩短了沟道的长度，沟道电阻小，更有利于沟道的建立，同时承受di/dt能力更强（此处可以类比GTO的多元集成设计）。

（3）PowerMOSFET比小功率MOSFET多了一个N-漂移区（以下简称N-区），即低掺杂浓度N型半导体区，增加N-区是为了进一步提高耐压能力，N-区越厚耐压能力越强。然而此时也必须提醒学生注意N-区的厚度并不是越大越好，因为PowerMOSFET与二极管不同：二极管属于双极型器件，可以通过电导调制效应减小通态电压和损耗，而PowerMOSFET属于单极性多子导电器件，没有电导调制效应，N-区越厚通态损耗越大，所以N-区不可以做得太厚，尽管PowerMOSFET的耐压性大大高于小功率MOSFET，但比起GTR仍然较低，只能用于1000V以下的场合。通过类比和对比的教学方法，学员不仅巩固了小功率MOSFET、SR、GTO、GTR的结构和优缺点，还加深了对PowerMOSFET结构的理解，知道了PowerMOSFET是什么，为什么要这样设计器件。

二对重点、难点内容进行启发并加以讨论

在重点、难点内容的教学中，采取“吃透内容、分化内容、破解内容”的三步法，启发学员自己找寻破解问题的“点金术”，通过讨论分析，把学习重点、难点内容变成一种享受。PowerMOSFET在开关电源、电机控制等许多电力设备中得到了广泛的应用，已经成为近年来发展最快的全控型器件，无论从实际意义还是理论地位出发，它的工作特性都是一个重点内容。然而稍有经验的教员都知道，PowerMOSFET在开关过程中，由于器件本身的内部构造和相关参数（CGD、CGS、CDS）在开关过程的不同阶段都会发生不同程度的变化，外部工作参数与内部结构参数相互影响、互为因果，讲解PowerMOSFET的动态工作特性是相当困难的，这是教学中的一个难点问题，甚至连许多电力电子工程师也没有十分清楚地理解整个开关过程，特别是米勒平台的形成原因。下面笔者以米勒平台的形成原因为教学实例阐述如何引导学员破解难点。教材中对米勒平台的形成原因只有一句话：给米勒电容反向充电时的栅极电压维持在米勒平台不变。学员自然会问：“什么是米勒电容？为什么给它充电会造成栅极电压不变呢？”这应该配合PowerMOSFET的静态输出特性进行启发和讨论：开通前，MOSFET起始工作点位于右下角A点，UGS逐渐升高，ID为0，当UGS增加到UGS（th）时，ID从0开始逐渐增大。A-B就是UGS从UGS（th）增加到UGSp的过程。当ID达到负载的最大允许电流时，ID恒定，栅极UGS也恒定不变，此时MOSFET处于相对稳定的饱和区，工作于放大状态，这段工作过程就是米勒平台。学员还会问：“驱动电路仍然对栅极提供驱动电流，仍然对栅极电容充电，为什么栅极的电压不上升？”这时可以这样解释：开通前，UGD的电压为UGSUDS，为负压，进入米勒平台，UGD的负压绝对值不断下降，过0后转为正电压。驱动电路的电流绝大部分流过CGD，以扫除米勒电容CGD的电荷，因此栅极的电压基本维持不变。当UDS降低到很低后，CGD电荷基本上被扫除，即图2的C点，于是UGS在驱动电流的充电下又开始升高，使其进一步完全导通。

三结语

电力电子器件是本门课程的核心内容，要想学员做到“能分析、会选择、懂应用”就必须使他们牢固掌握各类器件的结构、参数和工作特性。如何将大量琐碎的知识点在有限的课堂教学中理清讲透，需要教员在长期的教学实践中反复琢磨和摸索，找到适合自己的教学特色，综合利用启发、讨论、对比、类比等教学方法，强调“参与式、研讨式”教学，激发学员的学习兴趣和创新思维，达到占用学时少，教学效果好的目标。

作者：陈姝张兆东黄颖石会单位：理工大学通信工程学院