Максимальной плотности

4.1. Магнитный усилитель ( 4.1, а) имеет следующие параметры: Uс= 120 В; / = 50 Гц; RH= 400 Ом; Рн= = 16 Вт; /у= 0,01 А. Проанализировать влияние выбора максимальной напряженности магнитного поля на размеры сердечника. Построить зависимости площади сечения окна сердечника и площади окна, занятой рабочей обмоткой и обмоткой управления от максимальной напряженности переменного магнитного поля.

Решение. Необходимость выбора величины максимальной напряженности магнитного поля диктуется тем, что отношение числа витков рабочей обмотки к средней длине индукционной линии (удельное число витков) зависит от максимальной напряженности переменного поля:

Поэтому выбор максимальной напряженности переменного поля определяет соотношение между ферромагнитной (сердечники) и медной (обмотки) частями усилителя.

где Я у — параметр расчетной кривой намагничивания, соответствующей выбранной максимальной напряженности переменного поля. Площадь окна, занимаемая обмоткой управления (в 1 см2 площади обмотки помещается 3700 витков провода диаметром 0,12 мм),

Анализ 4.1, д показывает, что площадь, занимаемая обмотками Qo6 = QP + Qy (медная часть усилителя), растет пропорционально выбранной максимальной напряженности переменного поля, а площадь окна сердечника (ферромагнитная часть усилителя) резко уменьшается. Эта закономерность является общей для магнитных усилителей и других подобных устройств и ее необходимо учитывать при проектировании. Очевидно, наиболее компактная конструкция усилителя получится при таком выборе максимальной напряженности, когда площадь окна сердечника с каркасом несколько превышает площадь обмоток. В данном случае это возможно при Ятах =10-^-15 А/см ( 4.1, д).

Форма петли гистерезиса конкретного материала зависит от максимальной напряженности магнитного поля. При слабых полях она имеет форму эллипса, а с увеличением поля у нее начинают вытя-

гистерезиса, а при убывании Я индукция В изменяется (уменьшается) по верхней части петли. При ВмаКс = — Вшт получается симметричная петля гистерезиса. Индукция Вг при Я — 0 называется остаточной. Ширина петли в основном зависит от свойств материала, в некоторой степени от максимальной напряженности Я и от скорости dH/dt, с которой происходит изменение Я. Чтобы практически исключить влияние dH/dt, снимают статическую петлю гистерезиса при достаточно

Значение максимальной напряженности электрического поля в области перехода может быть определено из уравнения Пуассона с учетом (2.43). Для резкого p-n-перехода получаем

Замкнутая кривая абвгдеа (см. 1.4), описывающая зависимость между индукцией и напряженностью поля при циклическом перемагничивании материала, носит название петли гистерезиса. Размер петли при росте максимальной напряженности Ямакс и постоянном числе циклов перемагничивания в секунду увеличивается вначале от нуля до некоторого предельного значения, а затем остается неизменным. Наибольшая петля гистерезиса называется пре-

/?i устанавливают намагничивающий ток, соответствующий максимальной напряженности. Переключателем SA2 изменяют 8—10 раз направление тока. После этого ток немного уменьшают и снова коммутируют его направление. Процесс размагничивания продолжают до тех пор, пока ток не будет уменьшен до нуля.

мость называется петлей гисте-рез и с а. При возрастании индукция В изменяется (возрастает) по нижней части петли гистерезиса, а при убывании Я индукция В изменяется (уменьшается) по верхней части петли. При ЯМакс = — Вшш получается симметричная петля гистерезиса. Индукция Вг при Я=0 называется остаточной. Ширина петли в основном зависит от свойств материала, в некоторой степени от максимальной напряженности Я и от скорости dH/dt, с которой происходит изменение Я. Чтобы практически исключить dH

Максимальной плотности вероятности соответствует минимум суммы

торных областей БТ и областей для размещения компонентов БИС. На 3.13, а, в приведены соответственно топология и структура БТ типа п-р-п с вертикальной структурой. Кроме этого вида БТ метод обеспечивает формирование компонентов всех видов, которые могут быть созданы в ИМС с изоляцией р-я-перехо-дом. Реализуемая структура является наиболее универсальной из всех известных и позволяет достичь максимальной плотности компоновки за счет самосовмещения областей.

Таким образом, выбор материалов коммутационных плат оказывает существенное влияние на характеристики устройств. Поэтому при конструировании стремятся к максимальной плотности размещения элементов на плате и сокращению длины соединительных проводников.

Если искусственно создать условия работы контакта по характеристике гш = const (что можно осуществить посредством резкого снижения максимальной плотности тока в контакте), то все выводы классической теории окажутся в полном соответствии с опытом.

Напряженность поля ?д пропорциональна максимальной плотности связанных зарядов:

Наиболее важный этап проектирования биполярной ИМС состоит в преобразовании ее электрической схемы в топологическую. На этой стадии определяются взаимное расположение элементов и соединения между ними. При разработке топологии необходимо стремиться к обеспечению максимальной плотности упаковки элементов при минимальном количестве пересечений межэлементных соединений и минимальном паразитном взаимодействии между отдельными элементами. Эти требования в большинстве практических случаев являются противоречивыми, поэтому процесс разработки топологии должен осуществляться так, чтобы обеспечивалось оптимальное расположение элементов, при котором можно было бы уменьшить влияние паразитных эффектов, присущих тому или иному типу разрабатываемой ИМС. Отсюда следует, что одной из важнейших задач при конструировании ИМС является выбор критерия оптимальности размещения активных и пассивных элементов. При разработке топологии биполярных ИМС с однослойной металлизацией в настоящее время, как правило, придерживаются двух критериев:

Для любой принципиальной электрической схемы можно разработать множество приемлемых вариантов, удовлетворяющих электрическим, технологическим и конструктивным требованиям. Однако во всех случаях нужно выбирать оптимальный вариант топологии, принимая во внимание, что главный принцип построения топологии ИМС заключается в получении максимальной плотности упаковки элементов, обеспечивающей наиболее рациональное использование площади кристалла при выполнении всех требований и ограничений.

( 1.5) равномерным с плотностью, равной максимальной плотности тока /тах на поверхности проводника. Как видно из 1.5, действительная плотность тока на эквивалентной глубине

Численное значение максимальной плотности тока по оси разряда может быть найдено исходя из средней плотности тока и закона распределения тока по сечению разряда.

Спектр излучения Солнца включает в себя практически весь оптический диапазон (см. 7.1). Поэтому для преобразователей нет идеальных полупроводниковых материалов, использующих полностью излучение Солнца. С целью повышения качества преобразователя полупроводниковые материалы выбирают с высоким коэффициентом поглощения и большим квантовым выходом в области максимальной интенсивности спектра солнечного излучения, с минимальным коэффициентом отражения и пропускания, определенными шириной запрещенной зоны, степенью легирования, коэффициентом преломления и другими параметрами. В полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны полнее используется большая часть спектра излучения Солнца. Но преобразователи с такими материалами отличаются невысоким напряжением холостого хода ?/х.х (см. § 7.3), большим обратным током электрического перехода /обр, а следовательно, малым диапазоном рабочих температур. Материалы с шириной запрещенной зоны в несколько электрон-вольт позволяют снизить токи /обр и получить высокие значения С/х.х преобразователя, но его КПД при этом слишком мал. Расчетные зависимости максимальной плотности мощности и КПД преобразователя от ширины запрещенной зоны полупроводников Д?3 для разных высот h над уровнем моря приведены на 7.5. Атмосфера Земли избирательно поглощает излучение Солнца, поэтому максимум КПД и его абсолютное значение смещаются в область меньших Д?3. Стрелками на рисунке указаны значения ширины запрещенной зоны для некоторых полупроводников — кремния Si, фосфида индия InP, apce-нида галлия GaAs, теллурида кадмия CdTe. В космических условиях, когда /г]>400 км и поглощением излучения атмосферой Земли можно пренебречь, материалы с &Е3** *»1,6 эВ (CdTe) обеспечивают максимальный КПД преобразования (КПД реальных преобразователей менее 20 %).

Главный принцип построения топологии заключается в достижении максимальной плотности упаковки элементов, обеспечивающей максимальное использование площади подложки при выполнении всех конструктивных и технологических требований и ограничений.