|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы ь - I + V * L .4 . I" . . - - -- ли:/ - f где и - внешнее напряжение, приложенное к диоду; k - постоянная Больцмана; е - основание натуральных логарифмов; Т - температура; q - заряд электрона; - ток насьщения, определяемый концентрацией неосновных носителей зарядов. При достаточно больших прямых напряжениях и ~ t/„p велики чина е "значительно больше единицы. В этом случае прямой ток т. е. изменяется по экспоненциальному закону и показатель экспоненты в значительной мере определяется температурой Т; в известной мере меняется величина также от температуры. При достаточно больших значениях обратного напряжения, при- ложенного к диоду, -величина е шла и обратный ток можно считать равным и независимым от величины [/обр- Если приложенное к вентилю внешнее напряжение (прямое или обратное) мало, то величина е - 1 приблизительно равна и и ток через диод/ =/ru оказывается одинаковым как в прямом, так и в обратном направлении, т. е. диод теряет свои вентильные свойства. Это дает основание утвервдать, что при очень малых вы прямленных токах и приложенных к вентилю напряжениях нельзя применять подобные вентили. Практически измеренная статическая характеристика германиевого диода отличается от аналитически построенной на основании (1-13). Семейство экспериментальных статических характеристик германиевого диода типа ДУД приведено на рис. 1-10, б. Из этих характеристик, в частности, можно установить большую зависимость обратного тока от температуры п-р-перехода. В обшем случае характер зависимости обратного тока от температуры для германиевого диода можно практически определять в виде: окр - 20 /обр = /обр2 , (1-14) W /обр - обратный ток диода, определяемый концентрацией неосновных носителей зарядов при температуре + 20"" С; окр - температура п-р-перехоДа, при которой определяется величина обратного тока. Соотношение (1-14) дает приближенное значение, поскольку вместо экспоненциальной зависимости, как это следовало бы принять в действительности, выбрана другая зависимость (вместо е = 2,73 взято 2,0), При использовании вентилей часто приходится определять зависимости температур окружающей среды и п-р-перехода: АТ = Г пот» (1-15) где Tfi o жающей среды; в виде тепла; температура п-р-перехода; Ткр - температура окру- т - мощн(х:ть потерь, рассеиваемая в вентиле С/вт- тепловое сопротивление электронно-дырочного перехода. Из (1-15) следует, что чем лучше теплоотвод, тем меньше разница между температурами окружающей среды и перехода, а следовательно, и меньше величина теплового сопротивления п-р-перехода. Легко-показать, что с повышением температуры окружающей среды и неизменном токе нагрузки необходимо снижать величину допустимого обратного напряжения диода. Практически для большинства маломощных германиево-индиевых диодов при изменении температуры от + 20 до + 70° С допустимое обратное напряжение должно быть снижено в 2-3 раза. Например, при + 20° С допустимое обратное напряжение для диода типа Д7Д равно 300 в, а при температуре + 70° С - лишь 90 е. Величину допустимого обратного напряжения можно снижать не так резко, как указывалось выше, если диоды нагружаются током нагрузки неполностью или при улучшении теплоотвода. Например, плоскостные диоды типа Д302-"Д305 благодаря системе охлаждения в виде дополнительных радиаторов (см. рис. 1-10, в) можно использовать при нагреве их корпусов до + 80" С при относительной влажности окружающей среды не выше 95%. При этом уменьшение величины допустимого обратного напряжения менее резкое, чем указывалось выше (эти условия оговариваются в паспортных данных вентилей). Как и в других полупроводниковых вентилях, так и в германиевых существенную роль в режиме их работы играет собственная емкость, составляющая приблизительно 0,01 мкф/см рабочей поверхности диода. Собственная емкость маломощных германиевых диодов составляет около 50 пф, поэтому такие диоды практически можно использовать в цепях тока относительно низкой частоты (до 10 кгц). Г. Кремниевые вентили По своему устройству и принципу действия кремниевые вентили аналогичны германиевым. Они также подразделяются на точечные и плоскостные, а последние - на маломощные и мощные. Точечные кремниевые диоды практически не используются для выпрямления тока в установках электропитания. Простейшим технологическим методом создания п-р-перехода в относительно маломощных кремниевых вентилях является метод сплавления кремния типа п с алюминием; за счет внедрения атомов алюминия создается проводимость типа р. Сравним относительные свойства германиевых и кремниевых вентилей. Предельная рабочая температура кремниевых вентилей равна + 125 С, в то время как у германиевых + 70° С. Как известно, предельные рабочие температуры устанавливаются в связи с тем, что при повышении температуры растет собственная проводимость полупроводника и, когда она становится соизмеримой с примесной проводимостью, полупроводниковый прибор теряет способность быть управляемым. У кремния соизмеримость собственной и примесной проводимостей возникает приблизительно при + 250°С, а у германия - при -- 150° С. При температуре + 20° С обратный ток кремниевых диодов на 1-2 порядка (в 10-100 раз) меньше, чем у германиевых при одном и том же обратном напряжении. С повышением температуры обратный ток кремниевых диодов возрастает сильнее, чем у германиевых диодов (на каждые 10° повышения температуры ток увеличивается в три раза). Прямое падение напряжения у кремниевых диодов выше, чем у германиевых при одном и том же токе нагрузки. Однако поскольку прямое падение напряжения по абсолютной величине мало, то оно не играет существенной роли в выборе вентилей. Промышленностью изготавливаются плоскостные кремниевые диоды в большом ассортименте. На рис. 1-11 показано схематическое устройство кремниевых диодов и их габариты. Диапазон рабочих температур кремниевых диодов составляет от -60 до + 125° С. Для лучшего их охлаждения используются металлические радиаторы. Во многих случаях радиаторы прикрепляются к металлическому шасси выпрямительного устройства. Например, при работе диодов Д202 - Д205 в предельном режиме нагрузки по току их следует крепить на алюминиевом радиаторе толщиной 1 мм с площадью охлаждения 40 см на каждый диод. При использовании любых радиаторов и способов охлаждения температура корпуса не должна превышать+ 135° С. При отсутствии радиатора допустимая рабочая температура снижается до + 80° С и величина допустимого прямого тока снижается в два раза по сравнению с номинально допустимым током, указанным в справочниках. Номинальная рабочая частота тока, в цепи которого может включаться диод, ограничивается собственной (проходной) емкостью и не превышает 20-50 кгц. Все современные кремниевые диоды герметизированы. Для них допустима относительная влажность окружающей среды до 98% при температуре + 40° С; изменение давления от 5 до 800 мм рт. ст.; они выдерживают кратковременные ускорения до 150 g. М о щ ные кремниевые вентили различных типов, как правило, рассчитаны на принудительное охлаждение. Вентили типа ВК охлаждаются воздушной струей, а типа ВКВ - проточной водой. Эти два типа вентилей допускают ток нагрузки от 10 до 500 а при допустимых обратных напряжениях 50-1000 в. 0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 |