Кремниевого фотодиода

Компоновка преобразовательной подстанции с кремниевыми выпрямителями показана на

8-13. Принципиальная схема агрегата преобразовательной подстанции с кремниевыми выпрямителями.

8-15. Компоновка треобразовательной подстанции с кремниевыми выпрямителями.

Подстанции для электролизных установок. Для питания электролизных установок применяют преобразовательные подстанции с полупроводниковыми кремниевыми выпрямителями. На 7.29 приведена схема такой подстанции с трансформатором типа

7.29 Схема выпрямительной подстанции с кремниевыми выпрямителями

Замена ртутных преобразователей полупроводниковыми кремниевыми выпрямителями поставила перед трансформаторостроени-ем задачу по обеспечению питания от одного трансформатора нескольких полупроводниковых блоков. Это вызвало относительное повышение типовой мощности трансформаторов и возложило на них функции деления тока между выпрямительными блоками.

30. Орлик В. Я. Электропривод постоянного тока с управляемыми кремниевыми выпрямителями для механизма резания очистного комбайна.— В кн. «Автоматизированный электропривод производственных механизмов», т. II. М.—Л., изд-во «Энергия», 1966.

для электрической тяги. В связи с этим в 1957 г. была начата постройка шести-осных грузовых электровозов ВЛ60 (Н60) ( 64), снабженных игнитронными выпрямительными установками, примерно равных по мощности и силе тяги электровозам постоянного тока ВЛ8, но отличающихся значительно меньшим сцепным весом. С 1965 г. они заменены в заводском производстве электровозами переменного тока ВЛ60К с кремниевыми выпрямителями, более простыми по устройству и более надежными в эксплуатации. Кремниевыми выпрямителями оборудуются также электровозы серии ВЛ80К, с 1964 г. выпускаемые Новочеркасским заводом и пока остающиеся наиболее мощными машинами электровозного парка железных дорог СССР. Такие же выпрямители устанавливаются на пассажирских электровозах ЧС4, с 1965 г. поставляемых в СССР чехословацкими заводами 13.

Подстанции специальных установок. Для питания электролизных установок применяются преобразовательные подстанции с полупроводниковыми кремниевыми выпрямителями. На 5.19 дана схема такой подстанции с трансформатором типа ТДНПВ-25000/10 (выпрямленный ток 25 кА, 425 В, 13 200 кВ ¦ А). Трансфрматор выполнен с одной первичной обмоткой /, переключающейся со звезды на треугольник, и четырьмя вторичными обмотками 2, соединенными в звезду и треугольник. Схема предусматривает регулирование выпрямленного напряжения в пределах 140— 450 В, что достигается путем переключения обмоток СО Звезды на тре- 5.19. Схема выпрями-угольник, наличием ступеней регули- тельной подстанции с крем-рования на обмотке высшего иапряже- ™евыми выпрямителями ния и дросселями насыщения 3.

Преобразователи энергии переменного тока в постоянный служат для электроснабжения потребителей постоянного тока при нормальном режиме, для подзаряда аккумуляторной батареи, периодических уравнительных зарядов, заряда батареи после аварийного разряда. Число преобразователей, их мощность и напряжение выбирают в соответствии с нагрузкой и требованиями к надежности. В качестве преобразователей применение получили статические преобразователи с кремниевыми выпрямителями.

Преобразователи снабжают управляемыми кремниевыми выпрямителями, обладающими значительной мощностью и высокой надежностью, а также устройством для стабилизации выпрямленного напряжения или тока в определенных пределах с точностью ±2%. Стабилизация напряжения необходима при нормальной работе установки, а также на второй стадии заряда батареи.

Э. д. с. разомкнутого кремниевого фотодиода может достигать 0,6 В. Наилучшее использование мощности элемента получается при фото-э. д. с. $ф?»0,3 В, при этом к. п. д. солнечной батареи сос-ставляет 8 ... 11%.

Лавинный фотодиод. На 14-18 показано устройство кремниевого лавинного фотодиода с р-n переходом, изготовленного методами Планерной технологии, а также платиново-кремниевого фотодиода с барьером Шоттки. В обоих приборах фоточувствительная область выполнена в виде круглого окна малого диаметра (40—60 мкм). Небольшие размеры этой области обусловлены одним из основных требований к прибору: лавинообразное размножение носителей должно возникать при некотором обратном на-

вы волны падающего света, как, например, в германии (см. 5.37), то положение максимума определяется шириной запрещенной зоны (Ктах = 1,55 мкм для Ge) и от толщины базы практически не зависит. Если же зависимость глубины поглощения хо от длины волны слабая, как, например, в кремнии, то максимум спектральной характеристики может смещаться при изменении толщины базы и скорости поверхностной рекомбинации. Так, максимум спектральной характеристики кремниевого фотодиода можно изменять в диапазоне Хтах от 0,6 до 1 мкм.

Очевидно, что нормальная работа фотодиода возможна только при достаточно стабильном выходном токе /ф, т. е. при стабильном значении коэффициента усиления М. Пусть мы хотим иметь относительные изменения коэффициента усиления не больше 10% (dM/M=Q,\). Тогда для кремниевого фотодиода (« = 3,5; М=300) получим dU/U=0,0001 = =0,01 %, т. е. для надежной работы лавинного фотодиода необходима очень высокая стабилизация питающего напряжения. Следует также подчеркнуть, что типичные значения ?/Проб = 30-ь 100 В. Это приводит к большим потерям энергии t/проб/ф в фотодиоде. Развитие пробоя происходит не одновременно по всей площади р-п перехода, а в отдельных «микроплазмах». Это вызывает дополнительную нестабильность М и увеличивает шумы. Перечисленные недостатки в сочетании с разбросом параметров у отдельных образцов ограничивают применение лавинных фотодиодов.

Рабочие параметры некоторых лавинных фотодиодов позволяют перекрыть широкий диапазон волн излучения. Кремниевые фотодиоды предпочтительны в видимой области оптического диапазона, где у них высокая чувствительность из-за больших коэффициентов усиления М. Лавинные фотодиоды с барьером Шотки эффективны в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Умножение носителей в них при работе В ультрафиолетовой области спектра стимулируется электронами, что увеличивает обнаружительную способность и произведение М/гр фотодиодов. Германиевые фотодиоды имеют высокую чувствительность в инфракрасной области. Область собственной проводимости в структуре /г+-/7-/-р+-типа кремниевого фотодиода настолько широка, что излучение эффективно поглощается до длины волны 1,1 мкм с высоким квантовым выходом.

Лавинный фотодиод. На 14-18 показано устройство кремниевого лавинного фотодиода с р-n переходом, изготовленного методами Планерной технологии, а также платиново-кремниевого фотодиода с барьером Шоттки. В обоих приборах фоточувствительная область выполнена в виде круглого окна малого диаметра (40—60 мкм). Небольшие размеры этой области обусловлены одним из основных требований к прибору: лавинообразное размножение носителей должно возникать при некотором обратном на-

В соответствии с равенством (2.Ю) объемная скорость генерации носителей пропорциональна произведению аехр (—ах). На 5.3 показано распределение этой величины, пропорциональной концентрации неравновесных пар, в объеме кремниевого фотодиода для трех длин волн. Площадь, ограниченная осями и каждой кривой, пропорциональна падающему потоку квантов света. Площадь, ограниченная кривой и отрезком на оси ординат, равном Ln-\-Lp (заштрихованная часть), пропорциональна числу носителей, разделяемых р — «-переходом, т. е. принимающих участие в образовании фототока. Электронно-дырочный переход залегает на глубине wn от освещаемой поверхности. Отношение второй площади к первой для каждой длины волны дает величину х.

5.8. Зависимость фоточувствительности кремниевого фотодиода от температуры при облучении фотонами с Я=0,85мкм (/)"и I=0,95 мкм (2)

Оптопары, состоящие из излучающего диода на основе арсенид-галлий-алюминия и кремниевого фотодиода, в металлическом корпусе. Предназначены для гальванической развязки электрических цепей, между которыми осуществляется информационная связь.

Оптоэлектронные коммутаторы логических сигналов, состоящие из арсенид-галлиевого излучателя, кремниевого фотодиода и интегрального усилителя, обеспечивающего выходные уровни напряжения для запуска ТТЛ микросхем. Предназначены для передачи логических сигналов между узлами аппаратуры при необходимости обеспечения между ними гальванической развязки.

чувствительности кремниевого фотодиода приводится в еди-