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一巧用類比和對比

加深理解在教學過程中，如果可以恰到好處地類比以前的舊知識，可以使學員既復習了舊知識，又了解了知識間的內在聯(lián)系，更容易將新知識納入已有的知識結構中。在教學中采取類比和對比的方式，可以使學員記憶深刻。電力電子器件一章涉及很多新概念，學生在理解上有困難，下面就以Powermosfet作為教學實例來闡述如何在教學實踐中運用類比和對比的教學策略。

1用類比講解PowerMOSFET的結構

PowerMOSFET的中文名稱是電力場效應晶體管，在電力電子中通常指N溝道絕緣柵型MOSFET。對于MOSFET學員并不陌生，在模電課程中已經學習過，但是卻很少有學員知道它的英文全稱MetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor的真正含義，其實這與MOSFET的結構息息相關。Metal代表金屬鋁電極，OxideSemiconductor代表二氧化硅絕緣層，當柵源極間電壓UGS>0時，金屬門極G通過二氧化硅絕緣層與P型半導體形成電場，遂使得P型半導體的上表面反型成N型，與源極和漏極的N型半導體一起形成導電N溝道。在講解過程中通過解釋英文全稱讓學員回憶MOSFET結構的效果很好。

2用對比講解PowerMOSFET的結構

（1）小功率MOSFET采用橫向導電結構，耐壓和耐電流能力不夠，為了增大導電溝道的截面積，提升器件的耐受功率，PowerMOSFET采用垂直導電結構，此時放上兩種結構圖對比，區(qū)別不言而喻。

（2）PowerMOSFET采用了多元集成設計，與小功率MOSFET相比，大大縮短了溝道的長度，溝道電阻小，更有利于溝道的建立，同時承受di/dt能力更強（此處可以類比GTO的多元集成設計）。

（3）PowerMOSFET比小功率MOSFET多了一個N-漂移區(qū)（以下簡稱N-區(qū)），即低摻雜濃度N型半導體區(qū)，增加N-區(qū)是為了進一步提高耐壓能力，N-區(qū)越厚耐壓能力越強。然而此時也必須提醒學生注意N-區(qū)的厚度并不是越大越好，因為PowerMOSFET與二極管不同：二極管屬于雙極型器件，可以通過電導調制效應減小通態(tài)電壓和損耗，而PowerMOSFET屬于單極性多子導電器件，沒有電導調制效應，N-區(qū)越厚通態(tài)損耗越大，所以N-區(qū)不可以做得太厚，盡管PowerMOSFET的耐壓性大大高于小功率MOSFET，但比起GTR仍然較低，只能用于1000V以下的場合。通過類比和對比的教學方法，學員不僅鞏固了小功率MOSFET、SR、GTO、GTR的結構和優(yōu)缺點，還加深了對PowerMOSFET結構的理解，知道了PowerMOSFET是什么，為什么要這樣設計器件。

二對重點、難點內容進行啟發(fā)并加以討論

在重點、難點內容的教學中，采取“吃透內容、分化內容、破解內容”的三步法，啟發(fā)學員自己找尋破解問題的“點金術”，通過討論分析，把學習重點、難點內容變成一種享受。PowerMOSFET在開關電源、電機控制等許多電力設備中得到了廣泛的應用，已經成為近年來發(fā)展最快的全控型器件，無論從實際意義還是理論地位出發(fā)，它的工作特性都是一個重點內容。然而稍有經驗的教員都知道，PowerMOSFET在開關過程中，由于器件本身的內部構造和相關參數(shù)（CGD、CGS、CDS）在開關過程的不同階段都會發(fā)生不同程度的變化，外部工作參數(shù)與內部結構參數(shù)相互影響、互為因果，講解PowerMOSFET的動態(tài)工作特性是相當困難的，這是教學中的一個難點問題，甚至連許多電力電子工程師也沒有十分清楚地理解整個開關過程，特別是米勒平臺的形成原因。下面筆者以米勒平臺的形成原因為教學實例闡述如何引導學員破解難點。教材中對米勒平臺的形成原因只有一句話：給米勒電容反向充電時的柵極電壓維持在米勒平臺不變。學員自然會問：“什么是米勒電容？為什么給它充電會造成柵極電壓不變呢？”這應該配合PowerMOSFET的靜態(tài)輸出特性進行啟發(fā)和討論：開通前，MOSFET起始工作點位于右下角A點，UGS逐漸升高，ID為0，當UGS增加到UGS（th）時，ID從0開始逐漸增大。A-B就是UGS從UGS（th）增加到UGSp的過程。當ID達到負載的最大允許電流時，ID恒定，柵極UGS也恒定不變，此時MOSFET處于相對穩(wěn)定的飽和區(qū)，工作于放大狀態(tài)，這段工作過程就是米勒平臺。學員還會問：“驅動電路仍然對柵極提供驅動電流，仍然對柵極電容充電，為什么柵極的電壓不上升？”這時可以這樣解釋：開通前，UGD的電壓為UGSUDS，為負壓，進入米勒平臺，UGD的負壓絕對值不斷下降，過0后轉為正電壓。驅動電路的電流絕大部分流過CGD，以掃除米勒電容CGD的電荷，因此柵極的電壓基本維持不變。當UDS降低到很低后，CGD電荷基本上被掃除，即圖2的C點，于是UGS在驅動電流的充電下又開始升高，使其進一步完全導通。

三結語

電力電子器件是本門課程的核心內容，要想學員做到“能分析、會選擇、懂應用”就必須使他們牢固掌握各類器件的結構、參數(shù)和工作特性。如何將大量瑣碎的知識點在有限的課堂教學中理清講透，需要教員在長期的教學實踐中反復琢磨和摸索，找到適合自己的教學特色，綜合利用啟發(fā)、討論、對比、類比等教學方法，強調“參與式、研討式”教學，激發(fā)學員的學習興趣和創(chuàng)新思維，達到占用學時少，教學效果好的目標。

作者：陳姝張兆東黃穎石會單位：解放軍理工大學通信工程學院