Объемного расширения

Кристалл полупроводника обладает объемными сопротивлениями: гс — между концами канала и контактами стока, г„ — между концами канала и контактами истока. Схема замещения для полевого транзистора представлена на 7.12. В нее входят следующие параметры: Сзи, Сао — входная и проходная емкости; гзи, г30 — входное и проходное сопротивление; rt — внутреннее (дифференциальное) сопротивление канала транзистора; ги — сопротивление внутренней обратной связи; г0 — сопротивление стока; f/зи — входное напряжение. Усилительные свойства транзистора учтены введенным в схему замещения генератором, ток которого пропорционален входному напряжению i/зи, а коэффициент пропорциональности равен S.

Тип изоляционного материала. Такие материалы, как правило, должны обладать: высокими электрическими характеристиками (большими поверхностными и объемными сопротивлениями, минимальными абсолютной диэлектрической проницаемостью, тангенсом угла потерь) и малым удельным весом; устойчивостью к воздействиям климатических, химических и механических факторов. Кроме того, изоляционные материалы должны быть сравнительно дешевыми, недефицитными, легко обрабатываемыми в условиях крупносерийного производства, иметь малую усадку, высокую текучесть при прессовании и др. Наиболее подходящими материалами являются пластмассы, керамика, стекло, каучук, резины, полиэфирные и эпоксидные смолы, полиамиды и др.

Изменение заряда неосновных носителей, вызываемое модуляцией ширины п- и р-областей, описывается при помощи диффузионных емкостей Сдафр и Сдаф„. Влияние токов смещения характеризуется емкостью перехода Сзп. Падение напряжения в объемах р- и п-областей определяется источниками (/дифр и 1/диф„, характеризующими диффузионные перепады напряжения, и объемными сопротивлениями гр и г„.

означающее, что распределение напряженности в изоляции определяется только удельными объемными сопротивлениями слоев. Изменение напряженностей ?х и ?2, а также токов ?х и ?2 во времени происходит по экспоненциальному закону ( 10-7).

Тиристоры, проводящие в обратном направлении, могут быть диодными и триодными. Общей особенностью их структуры является шунтирование всех эмиттерных переходов объемными сопротивлениями прилегающих базовых областей ( 5.6, а, б). Для уменьшения шунтирующего сопротивления высокоомной базы (n-базы на 5.6) ее поверхностный слой, прилегающий к эмиттерному переходу, дополнительно легируют соответствующей примесью.

Структура симметричного диодного тиристора состоит из пяти областей с чередующимся типом электропроводности, которые образуют четыре p-n-перехода ( 5.7, а). Крайние переходы защунтированы объемными сопротивлениями прилегающих областей с электропроводностью р-типа.

Существенное уменьшение времени выключения даже при небольших обратных напряжениях удается получить для тиристоров, проводящих в обратном направлении. У этих тиристоров оба эмиттерные перехода зашунтированы объемными сопротивлениями прилегающих базовых областей (см. § 5.4). Поэтому даже небольшое обратное напряжение способствует быстрому рассасыванию накопленных в базовых областях неравновесных носителей заряда.

Пренебрегая объемными сопротивлениями кристалла полупроводника на участках между концами канала и контактами истока и стока, рабочую часть полевого транзистора можно представить в упрощенном виде ( 6.4). Плотность тока в канале

метрам. Пренебрегая малыми проводимостями р-/г-перехода затвора и объемными сопротивлениями полупроводника около истока и стока, получим

При рассмотрении процессов в этой модели транзистора эффектом модуляции ширины базы, объемными сопротивлениями электродов, влиянием емкостей переходов и т. д. пренебрегают. Таким образом, модель ( 12-8, а) представляет собой некоторый идеализированный транзистор.

Сопротивления г'э, r'R, r'K являются параметрами модели, они могут не совпадать с объемными сопротивлениями областей, рассмотренными в § 4.5. При наличии резисторов диоды VDt и VD2 управляются внутренними напряжениями t/,'g и U'bl, отличающимися от внешних (^Бэ, ^БК) из-за падения напряжения на резисторах. Барьерные и диффузионные емкости зависят от напряжений U'^ и и'ък. Поэтому в модели используются либо усредненные постоянные значения емкостей — параметры модели, либо

A, — коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м-К); (3 — коэффициент объемного расширения жидкости или газа, 1/К; v — коэффициент кинематической вязкости среды, м2/с; а — коэффициент температуропроводности, м2/с; g — ускорение силы тяжести, M/c2j V — скорость потока жидкости или газа, м/с; L — определяющий размер конструкции, м (это может быть длина обтекания элемента или узла конструкции, длина пластины или цилиндра). Коэффициент ос можно вычислить через коэффициент Нуссельта:

Характерными свойствами фторорганических жидкостей являются малая вязкость, низкое поверхностное натяжение (что благоприятствует пропитке пористой изоляции), высокий температурный коэффициент объемного расширения (значительно больший, чем у других электроизоляционных жидкостей), сравнительно высокая летучесть. Последнее обстоятельство требует герметизации аппаратов, заливаемых фторорганическими жидкостями. Фторорганические жидкости способны обеспечивать значительно более интенсивный отвод теплоты потерь от охлаждаемых ими обмоток и магнитопроводов, чем нефтяные масла или кремнийорганические жидкости. Существуют специальные конструкции малогабаритных электротехнических устройств с заливкой фторорганическими жидкостями, в которых для улучшения отвода теплоты используется испарение жидкости с последующей конденсацией ее в охладителе и возвратом в устройство (кипящая изоляция); при этом теплота испарения отнимает от охлаждаемых обмоток, а наличие в пространстве над жидкостью фторорганических паров, в особенности под повышенным давлением, значительно увеличивает электрическую прочность газовой среды в аппарате.

Следует иметь в виду, что уравнение Навье — Стокса выведено на основе предположения о том, что нормальные напряжения и напряжения сдвига представляют собой линейные функции скоростей деформации (закон Ньютона). Кроме того, для случая, когда учитывается сжимаемость газов, принято, что среднее нормальное давление не зависит от скорости объемного расширения. Правильность этих гипотез подтверждается совпадением результатов экспериментов с соответствующими результатами решения уравнения (8-23).

Основными недостатками жидкостных успокоителей является значительная зависимость вязкости жидкости, а следовательно, и коэффициента успокоения от температуры. При проектировании жидкостных успокоителей следует также учитывать влияние массы жидкости на эквивалентную массу подвижной части. В связи с этим жидкости, применяемые в жидкостных успокоителях, должны иметь низкие температурные коэффициенты вязкости и объемного расширения, а также небольшую плотность. Наилучшим образом указанным требованиям удовлетворяют специальные силиконовые масла.

представляет собой критерий Грасгофа. В нем р — истинный температурный коэффициент объемного расширения, равный для газов, достаточно близких по свойствам к идеальному, ]/Т, Т — абсолютная температура, a At — разность температур между жидкостью и стенкой (или наоборот). Для капельных жидкостей и газов различной атомности в это уравнение в качестве добавочного аргумента входит и Рг.

где v и р — коэффициенты кинематической вязкости и объемного расширения жидкости; g — ускорение силы тяжести.

мощность тепловых потерь, Вт; ак — коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2-К); <ь (2 — температура нагретой и холодной поверхности, С; S — площадь поверхности, м2; $! и S2 — площади поверхности нагретого и холодного тела, м2; 8„ — приведенная степень черноты; (pi2 — коэффициент взаимной облученности тел 1 и 2; X — теплопроводность, Вт/(м-К); б —толщина прослойки, м; L — определяющий размер, м; г,, г2 — внутренний и наружный радиусы цилиндрической стенки, м; (3 — коэффициент объемного расширения, К~ь, g — ускорение силы тяжести м/с2; V — кинематическая вязкость, м2/с; а — температуропроводность, м /с; tc — температура окружающей среды, °С; N — коэффициент, учитывающий ориентацию нагретой поверхности относительно горизонтали; /,, /2 — геометрические размеры поверхности, м; ei, e2—степень черноты тел 1 и 2; индекс m означает, что теплофизические параметры берутся при средней температуре нагретого тела и окружаю-щеи среды; индекс / означает вынужденное движение среды; индекс ш означает, что теплофизические параметры при вычислении критерия Прандтля определяются для температуры стенки; R — тепловое сопротивление, Вт/(м2-К).

где — коэффициент объемного расширения жидкого металла; g — ускорение силы тяжести, м/сек2', v — кинематическая вязкость жидкого металла, мг/сек', у — удельный вес металла.

Наиболее важные для практического применения трансформаторного масла свойства нормированы ГОСТ 982—80. Из этих характеристик необходимо знать кинематическую вязкость при температуре 20 и 50 °С, так как при увеличении вязкости сверх допустимых пределов хуже отводится теплота от обмоток и магнитопро-вода трансформатора, что может привести к сокращению срока службы электрической изоляции. Стандартом нормировано также так называемое кислотное число — количество граммов КОН, которым можно полностью нейтрализовать все кислые продукты, содержащие в 1 кг масла. Этот показатель важен для учета старения масла в процессе его эксплуатации и для разных марок масла не должен превышать значений 0,03—0,1 г КОН на 1 кг. Для расчета расширителей трансформаторов, в которые переходит часть масла из бака трансформатора при повышении температуры, важно также учитывать и плотность масла, которая составляет 0,85—0,9 мг/м3, и температурный коэффициент объемного расширения, имеющий

где f5 .• — температурный коэффициент объемного расширения жидкости: Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей в значительной мере определяется объемным. расширением при нагреве и имеет порядок 10~3 град'л. Как показывает опыт, е неполярных жидкостей не зависит от. частоты.

где 3 — коэффициент объемного расширения.