|
| |
|
Главная Журналы  Рис 11-13. Условное обозначение газотрона и, 14 3) наибольшее значение выпрямленного тока показывает величину постоянной составляющей выпрямленного тока, которую можно получить о г газотрона без нарушения его нормальной работы; 4) падение напряжения на газотроне L\ показывает разность потенциалов между анодом и катодом во время работы в полупериод проводимости; 5) потенциал зажигания U показывает величину напряжения, необходимого для возникновения зажигания. Кроме того, указываются напряжение накала С/,, и ток накала /„. В звуковоспроизводящей аппаратуре киноустановок находят применение низковольтные газотронные выпрямители с газотроном ВГ-176, заполненным аргоном (рис. 11-13). Газотрон ВГ-176 (его иногда называют тунгаром) характеризуется следующими нараметрами; f/„=-2,5 в, /„--=11 а, время предварительного разогрева 0,5 мин- 1,,3ах2; /, ,,„, = 9 а; С/„5„= 150 в; /з = 15,7в. Так как в одном баллоне размещены два анода, то максимальное неременное напряжение между анода.ми ограничено 110 в. При таком режиме от выпрямителя можно получить постоянное напряжение 35-40 в (в зависимости от нагрузки). Заметим, что при использовании газотрона в схеме выпрямления очень важно не допускать обратного зажигания. Поэтому, как мы увидим далее, нельзя нагружать газотронный выпрямитель на фильтр, начинающийся емкостью. Фильтр газотронного выпрямителя всегда начинается с дросселя. Неоновая лампа представляет собой прибор с ионной проводимостью. В отличие от газотрона - прибора с горячим катодом - неоновая лампа является ионным прибором с холодным катодом (так называемый прибор тлеющего разряда). Лампа используется в качестве индикатора в ряде выпрямительных и усилительных устройств звукового кино. Устройство и условное обозначение неоновой ла.мпы показаны па рис. 11-14. Стеклянный баллон, из которого предварительно выкачан воздух, заполнен разреженным инертным газом - неоном. В баллоне помещены два электрода, выводы от которых присоединены к цоколю .чампы. Лампа работает следующим образом; при подаче напряжения до момента зажигания юк через лампу практически равен нулю, лампа при эюм не светится. Дальнейшее увеличение напряжения до напряжения зажигания приводит к тому, что ламна вспыхивает, и ток через нее скачком возрастает. В дальнейшем увеличение тока через лампу (путем уменьшения внешнего сопротивления нагрузки) не вызывает заметного изменения напряжения на электродах ламны. Но если увеличивать ток через лампу, то тлеющий разряд перейдет в дуговой, причем электроды могут расплавиться. Поэтому последовательно с лампой включают ограничительное сопротивление. Неоновая ламна работает как безынерционный прибор в широкой полосе частот - от нуля до 5000-6000 гц. При более высоких частотах начинает сказываться инерционность лампы.  Рис 11-14 Устройство и условное обозначение неоновой лампы § 5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЕНТИЛИ Рассматривая виды проводимости, мы установили, что в чистом полупроводнике имеется как электронная проводимость, обусловленная электронами, попавшими в зону свободных уровней, так и дырочная, обусловленная перемещением дырки. Образование нар электрон - дырка сопровождается их рекомбинацией, т. е. имеет место состояние динамического равновесия. Общее количество носителей тока - дырок и электронов - одинаково. Однако в связи со значительной шириной зоны запретных уровней энергии число (концентрация) этих носителей невелико и проводимость у чистых полупроводников не намного больше, чем у диэлектриков. Проводимость полупроводника может существенно изменяться под влиянием даже ничтожных (миллионных) долей примесей других веществ. Так, для чистого германия ширина запрещенной зоны можег быть уменьшена почти в 15 раз прибавлением малой доли примеси. Современные полупроводниковые приборы основаны на применении примесных полупроводников, которые создаются путем введения атомов соответствующим образом подобранной иримеси в кристаллическую решетку естественного полупроводника. Существуют два вида примесей: вызывающие появление избыточной электронной проводимости (мышьяк, сурьма, бор) и вызывающие появление избыточной дырочной проводимости (индий или галлий). Первые из примесей называют донорными, а вторые - акцепторными. Примесный полупроводник с проводимостью, обусловленной избыточными электронами в свободной зоне, называют ге-нолуироводником {п - от английского слова negative - отрицательный), или электронным нолуировод-ником. Полупроводники с акцепторными примесями, обладающие дырочной проводимостью, называются нолуироводни-ками тина р (от английского слова positive - положительный). Принято называть избыточные электроны л-по.лупро-водника и избыточные дырки р-нолуироводника основными носителями зарядов, которые обусловливают хорошую электропроводность. При этом не следует забывать, что у «-проводников имеется и дырочная проводимость, так же как у /з-проводника - электронная проводимость, но они являются не основными и за их счет в полупроводниковых приборах возникает обратный ток. Электронно-дырочный переход и выпрямительные свойства полупроводника. Замечательное свойство полупроводников, имеющих большое практическое значение для выпрямления неременного тока, возникает при соприкосновении полупроводников тина р и тина п. На границе раздела двух указанных типов нолуироводников образуется так называемый мторный слой. Если нолуироводники тина п и тина р соприкасаются, то избыточные электроны из области п диффундируют (проникают) в область р, оставляя в пограничном слое ге-полупроводника положительный пространственный заряд ионизированных и неподвижных примесных атомов доноров. Этот пространственный заряд отталкивает дырки /j-полупроводника, находящиеся вблизи от границы раздела. Таким же путем вследствие диффузии избыточных дырок из р-области в ге-область ионами акцептора создается
отрицательный пространственный заряд вблизи границы в /з-нолуироводнике, который отталкивает электроны и-полуироводника. На рис. 11-15, а показана граница раздела двух типов полупроводников и знаками плюс и лпгнус показаны пространственные заряды вблизи границы, образующие запирающий слой. Этот слой или поле препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок из одного полупроводника в другой. Толщина запирающего слоя составляет 10"" см, область же получила название электронно-дырочного перехода, или р - ге-нерехода. Если к р - ге-нереходу приложить внешнее напряжение от батареи так, чтобы /з-нолупровод-ник соединить с положительным полюсом батареи, то дырки, отталкиваясь, получают дополнительную энергию и устремляются в нанравлении области п, где подключен отрицательный полюс батареи. Электроны из области п, также получившие дополнительную энергию, будут устремляться в нанравлении области р. Действие батареи ослабляет действие пограничных объемных зарядов. Таким образом, основные носители заряда легко могут перемещаться и электропроводность контактного слоя между п- и /з-нолуироводником оказывается хорошей. По цени потечет ток; сопротивление перехода в этом случае мало. Если напряжение батареи увеличивается, то ток, протекающий по цепи, также увеличивается до тех пор, пока из-за обильного выделения тепла р - ге-переход не разрушится. Если изменить полярность подключения внешней батареи, присоединив плюс источника к области п, а минус - к области р, мы увеличим толщину запирающего слоя. В этом случае условия перехода электронов и дырок из Одной области в другую резко ухудшаются и основные носители зарядов не могут создавать ток.  Рпс. 11-15. Граница раздела двух типов полупроводников  Мы уже говорили, что неосновные носители зарядов (Н)здают так называемый обратный ток. Таким образом, контактный переход между полупроводниками типа р VI п обладает различным сонротивлением, в зависимости от направления тока, т. е. обладает вентильными свойствами. Устройство и характеристика селеновых элементов. Для выпрямительных устройств используются полупроводниковые элементы. Селен-элемент темно-серого цвета. В аморфном (стекловидном) состоянии хрупок, как стекло.Температура плавления аморфного селена около 90°С,а кристаллического -217 С. Добывается селен в основном из шлаков после электролиза при получении чистой рафинированной меди гальваническим путем. Селен в аморфном виде является хорошим изолятором, а в кристаллическом виде - полупроводником. Кристаллический селен обладает дырочной проводимостью (типа р). Селеновый выпрямите.ньный элемент, схематическое устройство которого показано на рис. состоит из алюминиевой или стальной основы (от основы зависит технология изготовления элемента), покрытой тонким слоем кристаллического селена, поверх которого нанесен легкоплавкий катодный сплав, состоящий из кадмия, олова и висмута. В слое селена, граничащего с катодньш сплавом, образуется (в результате специальной термической обработки и электрической фор.мовки) селенистый кадмий, являющийся электронным проводником типа п. Таким образом, в элементе образуется р - ге-нереход, и он хорошо пропускает ток в направлении от основания к катодному сплаву (прямое направление тока) и плохо -в обратном направлении. Рис. II-I6. Устройство селенового выпрямительного элемента, изготовленного на ста.1ьиой основе: 1 - металлическая основа (анод); 2 - тонкий слой никелевого покрытия, 3 - слой кристаллического селена; 4 - место запорного слоя (выпрямляющего слоя); 5 - катодный металлический Слой (катод); в - активная поверхность, покрытая катодным сплавом; 7 - селеновый слой, не покрытый катодным сплавом
I обр,ма Рис. 11-17. Типовая вольтамнерная характеристика селенового элемента Выпрямительные пластины круглые диаметром 5 и 7,2 мм в виде «таблет» - для выпрямителей малых токов и диаметром 18, 25, 35, 45, 86 и 100 мм - для больших токов, а также прямоугольные 40x40, 60x60, 75x75, 90X90, 100X100, 100X200, 100x300, 100x400 жж -для мощных выпрямительных устройств. Толщина диска или пластины составляет округленно 1 - 1,1 мм. Типовая вольтамнерная характеристика селенового элемента показала на рис. II-17, где 1Ш горизонтальной оси отложено прямое и обратное напряжение, а по вертикальной оси-плотность тока в прямом и обратном направлении. Селеновые элементы среднего качества выдерживают запорное напряжение 20-25 в (при плотности обратного тока Ама на 1 см). При плотности прямого тока .,и=5в „ 40 ма/ см среднее паде- ние напряжения на элементе составляет от 0,8 до 1,2 в. Отдельные селеновые элементы собираются в селеновые столбы на стальной изолированной шпильке. Между ними посредством металлических дистанционных шайб оставляется промежуток от 3 до 10 мм для охлаждения. Ток со стороны катодного сплава подводится через пружинящие шайбы-звездочки. Схема процесса выпрямления тока селеновым элементом показана на рис. 11-18. На выходе выпрямителя, собранного но мостовой схеме с одним последовательно включенным селеновым эле- Обратное 2-напряжение 10Э876В4821  рнмое напряжение , ..456789 10 i I i i I I I I  Рис. 11-18, Схема процесса выпрямления тока селеновым элементом: 1 - вольтамнерная характеристика при протекании тока в прямом направлении, 2 - во.дьтам-нерная характеристика при протекании тока в обратном направлении; 3 - синусоида переменного напряжения; 4 - график выпрямленного тока 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 |