Концентрация неосновных

пленок на соединяемых поверхностях и врезание острых граней вывода в провод. Образовавшееся газонепроницаемое соединение удерживается благодаря упругим напряжениям, возникшим в этих элементах. Концентрация напряжений в зоне контакта и среднее давление порядка 15. ..20 МПа обусловливают взаимную диффузию металлов, что способствует повышению надежности соединения.

1.42. Концентрация напряжений у концов трещины

Установлено, что при нарушении сцепления между патрубком ЭП и бетоном оболочки концентрация напряжений возрастает. Поэтому в узлах, работающих в условиях высоких уровней механических напряжений, следует повышать сцепление бетона с трубой ЭП приваркой к ней арматуры, расположенной вдоль линейных образующих патрубков, или другими способами.

Разработана конструкция ЭП без металлических труб, в которой изолятор из электротехнического фарфора забетонирован непосредственно в стене защитной оболочки ( 1.6, е] [12]. Естественно, что изолятор в таких условиях длительное время должен воспринимать механические нагрузки и температурные воздействия. Такая конструкция целесообразна для тех зон оболочки, где не возникает растягивающих усилий. В жестких конструкциях проходок исключается «прострел» ионизирующего излучения, прогрев «пятна», концентрация напряжений в оболочке и возникновение токов Фуко в узлах ЭП. Для увеличения сцепления изолятора с бетоном его наружная поверхность должна выполняться рифленой.

которые результаты исследования образцов в виде колонн и плит изложены в работе [16]. Установлено, что с увеличением жесткости проходки концентрация напряжений в ее окрестности уменьшается. Так, усилия (Т0 = аг, действовавшие с двух сторон от трубы-проходки в вертикальном направлении, в образце-колонне составляли 23,4 МПа, а в образце-плите — 18,0 МПа, у изолятора из электротехнического фарфора — 17,8 МПа и у металлического диска — 15,6 МПа. При этом расчетные усилия у отверстия без закладных элементов составляли 39,0 МПа ( 1.9). Значительно различаются усилия <*е = ^2. действующие сверху и снизу ЭП в горизонтальном направлении. У отверстия без подкрепления расчетные растягивающие усилия в этих зонах составляли 13,3 МПа, экспериментальные значения для металлических труб в образце-колонне и образце-плите были соответственно равны 2,95 и 2,38 МПа, а при жестких дисках в виде изолятора из фарфора и металлического цилиндра они были близки нулю.

1.16. Концентрация напряжений у каналов для напрягаемой арматуры:

17. Савин Г. H. Концентрация напряжений около отверстий. М.—Л., Гостех-издат, 1951.

Задачу исследования и расчета резьбового соединения можно разделить на две тесно связанные задачи: определение распределения усилий по виткам резьбы и определение распределения напряжений по контуру впадин резьбы. От распределения усилий по виткам соединения зависят максимальные напряжения по дну резьбы, которые в условиях резьбовых соединений, имеющих сложный, резко меняющийся контур с большой кривизной, достигают значительных величин. Особенно опасна концентрация растягивающих напряжений в теле шпильки во впадине первого нагруженного витка, считая от опорной поверхности гайки, где, кроме концентрации напряжений от общего потока растягивающих усилий, возникают растягивающие напряжения от изгиба зуба усилиями, передающимися по контактной площадке между зубьями шпильки и гайки. В резьбе гайки также имеется концентрация напряжений, но так как при нормальной конструкции гайка испытывает напряжения сжатия, то концентрация напряжений в ее резьбе менее опасна концентрации напряжений в шпильке.

Напряжения от местной нагрузки. Рассматриваемые резьбовые соединения, как было отмечено выше, относятся к такому типу соединений, в которых основные параметры резьбы являются величинами, в несколько десятков раз меньшими по сравнению с общими размерами соединения. Такие конструктивные особенности резьбовых соединений накладывают определенный отпечаток на характер их напряженного состояния, позволяя, исходя из общих соображений, сделать предварительные заключения о напряженном состоянии отдельных зон соединения. Это в первую очередь относится к напряженному состоянию окрестности впадин резьбы, где вследствие сложной геометрии и большой кривизны контура возникает значительная концентрация напряжений.

В случае равенства диаметров гладкой и резьбовой частей концентрация напряжений в крайнем витке свободной резьбы значительно выше, чем в среднем свободном витке, так как для крайней впадины меньше сказывается эффект разгрузки. В таких случаях гайку необходимо навинчивать на болт, оставляя 6—8 витков свободными, тем самым снижая эффект концентрации от общего потока растягивающих напряжений.

В случае же меньшего диаметра гладкой части, который в высоконагруженных и ответственных соединениях делают приблизительно равным 0,9 d0 (в таких болтах, называемых упругими, обычно отношение диаметра гладкой части к диаметру ослабленного сечения dTSI/di < 1), концентрация напряжений в первых свободных витках меньше, чем в средних. Коэффициенты напряжений в шпильке большого диаметра с резьбой М140Х 6 мм, гладкая часть которой равна 0,91 d0, в первых витках, граничащих с гладкой частью стержня, процентов на 20—25 ниже, чем во впадинах резьбы, удаленных от начала. В этих случаях выгодно гайку навинчивать до первых полноценных витков (избегая витки, попадающие на сбег), имея в виду снижение эффекта концентрации от общего потока растягивающих усилий.

Рп> пр — концентрация неосновных носителей: дырки

Инерционность запирания диода связана с эффектом накопления носителей заряда, который заключается в следующем. При протекании через диод прямого тока через р — n-переход осуществляется инжекция носителей и образуется избыточная концентрация неосновных носителей, возрастающая с увеличением прямого тока. При переключении напряжения на обратное эти неосновные носители в первый момент увеличивают обратный ток и способствуют снижению обратного сопротивления. Постепенно концентрация неосновных носителей уменьшается за счет рекомбинации и ухода через р — n-переход. После окончания рекомбинации обратное сопротивление и ток восстанавливаются до стационарных значений. Кроме того, на инерционность диода в импульсном режиме оказывает влияние барьерная емкость, уменьшение которой может быть достигнуто уменьшением площади р — я-перехода.

Эффект накопления зависит от величины прямого тока, так как с увеличением тока возрастает концентрация неосновных неравновесных носителей и время, необходимое для установления равновесного состояния.

Рассасывание заряда происходит вследствие ухода дырок из базы через коллекторный и эмиттерный переходы. До тех пор пока в процессе ра.ссасывания концентрации неосновных носителей около р — «-переходов не достигнут нуля, обратные токи через соответствующие р — n-переходы будут оставаться постоянными, т. е. токи эмиттера и коллектора будут неизменными, пока транзистор находится в режиме насыщения. В момент времени /рас избыточная концентрация неосновных носителей в базе около коллекторного р — «-перехода достигает нуля. С этого момента ток коллектора и ток эмиттера будут уменьшаться. Время рассасывания /рас определяется как интервал времени с момента выключения входного импульса и связанного с этим изменением направления тока базы до момента, когда концентрация дырок у коллекторного перехода уменьшится до нуля. Величина его зависит от конструкции эмиттера, величины его тока и длительности импульса /имж. Для уменьшения /рас на входе цепи в момент окончания действия импульса создают ток обратного направления /эа, что ускоряет рассасывание дырок в базе. По истечении времени tpac рабочая точка транзистора переходит на границу активной области и начинается спад выходного тока. Длительность спада /сп определяется как время, в течение которого ток уменьшается от 0,9 до 0,1 тока насыщения.

Это выражение для э. д. с. Холла носит приближенный характер и применимо к электронным полупроводникам, у которых концентрация неосновных носителей (дырок) пренебрежимо мала по сравнению с концентрацией основных носителей (электронов).

Увеличение потенциального барьера нарушает состояние термодинамического равновесия. При этом диффузионная составляющая тока через р-я-переход уменьшается. Дрейфовая же составляющая тока не изменяется, поскольку концентрация неосновных носителей заряда определяется лишь процессом термогенерации (§ 1.2), а не уровнем напряжения. Поэтому при обратном включении p-n-перехода через него проходит обратный ток /обр, который определяется неосновными носителями и при увеличении обратносмещающего напряжения приближается к постоянному значению /о = /пдр + -f- /рдр. Ток /Обр = /о называют тепловым током или током насыщения.

избыточная концентрация неосновных носителей заряда, что приводит к изменению прямого сопротивления диода, а следовательно, к превышению возникшего напряжения ?/притах над установившимся 1/Пр.уст- Поскольку избыточный неравновесный заряд в базе рассасывается не мгновенно, то напряжение (Упри тах снижается до 1,2 i/пр.уст за конечный промежуток времени, называемый временем установления прямого сопротивления (напряжения) /уст. Наиболее эффективным способом снижения /Уст является уменьшение толщины базы и времени жизни неравновесных носителей заряда. Существенное снижение времени жизни неравновесных носителей (до 0,5—0,3 не) достигается легированием германия и кремния золотом (так называемые импульсные диоды с золотой связкой). При этом также уменьшаются емкость Сд и обратный ток диода.

В результате инжекции дырок в базу, где они являются неосновными носителями, в последней возникает градиент (перепад) концентрации дырок, что приводит к их диффузионному перемещению во всех направлениях, в том числе и к коллекторному р-/г-переходу. Дрейф (перемещение носителей под воздействием электрического поля) неосновных носителей к коллектору играет второстепенную роль. При перемещении через базу концентрация неосновных носителей заряда уменьшается за счет рекомбинации с электронами, поступающими в базовую цепь от источника Еэ. Поток этих электронов образует базовый ток /б. Так как толщина базы Шб современных транзисторов составляет единицы микрон, то большая часть дырок достигает коллекторного р-п-перехода и захватывается его полем, рекомбинируя с электронами, поступающими от источника питания ?к. При этом в коллекторной цепи проходит ток /к, замыкая общую цепь тока. Таким образом, для токов транзистора справедливо соотношение

нением приповерхностной области основными носителями заряда, концентрация которых, как и концентрация неосновных носителей заряда, оказывается много меньше концентрации примесных атомов. Заряд примесных атомов в припо-верхнЪстной области оказывается нескомпенсированным зарядом подвижных носителей, он и определяет тип электропроводности в приповерхностной области полупроводника.

Инверсная область в приповерхностном слое полупроводника возникает при высокой плотности поверхностного заряда, по знаку совпадающего с основными носителями заряда ( 2.12, б). Кривая, соответствующая середине запрещенной зоны Si, в этом случае пересекает уровень Ферми и располагается выше его в полупроводнике n-типа и ниже — в полупроводнике р-типа. Расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости. Вследствие этого концентрация неосновных для полупроводника n-типа носителей заряда — дырок в приповерхностном слое оказывается выше концентрации основных носителей заряда — электронов, и тип электропроводности в нем изменяется. В полупроводнике /э-типа расстояние от уровня SF до дна зоны проводимости оказывается меньше расстояния до потолка валентной зоны, вследствие чего концентрация неосновных носителей заряда — электронов в приповерхностном слое оказывается выше концентрации основных носителей заряда — дырок, и тип электропроводности в нем изменяется. Описанное явление называется инверсией, а слои, в которых оно имеет место,— инверсными.

С приложением к переходу прямого напряжения, вследствие снижения высоты барьера, из n-области в р-область будут переходить (диффундировать) электроны, а из р-области в /г-область — дырки. При этом вблизи перехода концентрация неосновных носителей заряда —• электронов в р-области и дырок в п-области — становится больше равновесной. Избыточные неосновные носители заряда диффундируют в глубь перехода ирекомбини-р у ю т там. Повышение концентрации неосновных носителей заряда в р- и тг-областях при прямых напряжениях называется инжекцией, снижение концентрации неосновных носителей при обратных напряжениях — экстракцией.