Пластинки полупроводника

Постоянный ток снимается с обмотки ротора (или подводится к ней) через контактные щетки, прижимаемые к пластинам коллектора.

Отпаять выходные концы секций катушек и вынуть их верхние стороны нз пазов. Освободить катушку с поврежденной изоляцией. После замены изоляции катушку вновь установить в пазы, а соседние катушки снова уложить на прежние места. Заклинить пазы. Намотать бандажи и выводные концы секций припаять к пластинам коллектора

гелей — для изменения направления тока в проводниках обмотки 1коря при его вращении. С одной стороны к пластинам коллектора 1рипаиваются секции обмотки якоря. При вращении коллектора по яему скользят щетки, закрепляемые в специальных щеткодержателях. В большинстве машин применяют электрографитированные щетки. Медно-графитовые и бронзо-графитовые щетки используются в машинах низкого (до 40 В) напряжения, например в зарядных агрегатах.

Все проводники обмотки якоря, находящиеся в пазах, являются активными — все они участвуют в создании э. д. с. Концы секций обмотки якоря присоединяются к пластинам коллектора. Для того

Обмотка якоря выполнена в виде многофазной обмотки ( 11.10, б), состоящей из большого числа витков, подключенных к пластинам коллектора так, чтобы между каждой парой смежных коллекторных пластин был включен один или несколько витков. На коллектор накладывают щетки А и В, посредством которых вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней цепью. При вращении якоря между щетками А и В действует постоянная по величине ЭДС Е, равная сумме ЭДС, индуктированных во всех последовательно соединенных витках обмотки якоря, которые включены между щетками. - Чтобы подать от обмотки якоря во внешнюю цепь максимальное напряжение, эту цепь нужно присоединить к двум точкам обмотки

Сердечник якоря 5 собирается из тонких круглых листов стали, которые штампуются из листов, изолированных с одной стороны, с отверстием для вала и пазами для укладки обмотки. Сталь собирается в пакеты, прессуется и удерживается в прессованном состоянии при помощи двух крайних нажимных дисков. Если имеется несколько пакетов, то между ними выполняются вентиляционные каналы. Лобовые части обмотки удерживаются при вращении проволочными бандажами. Концы секций обмотки якоря 8 припаиваются к пластинам коллектора 3. Коллектор собирается из пластин твердотянутой меди трапецеидального сечения с прокладками из миканита. После сборки коллектор обрабатывается и выполняются выточки для крепления в виде «ласточкина хвоста». Коллектор затягивается при помощи нажимных конусов. Коллектор изолирован от конусов и корпуса миканитовыми манжетами и прокладками. Затяжка конусов производится в горячем состоянии. Коллекторные пластины могут и штамповаться с последующей обработкой. Изоляция коллектора может выполняться и из пластмасс. Если диаметр якоря не сильно отличается от диаметра коллектора, то провода секций обмоток впаиваются в прорези концов пластин; в противном случае в прорези пластин впаиваются плоские медные пластины (петушки), к которым припаиваются концы секций. Продольный разрез коллектора дан на 14-4.

Электродвигатель, снабженный неявнополюсным якорем с распределенной обмоткой, в котором вращающий момент практически постоянен, был сконструирован итальянским ученым Антонио Пачинотти в 1860 г. Магнитопровод якоря этого двигателя был выполнен в виде стального кольца с зубцами, укрепленного на валу с помощью латунных спиц. В промежутках между зубцами на кольцо магнитопровода наматывались катушки, выводы от которых присоединялись к пластинам коллектора. Число пластин коллектора совпадало с числом катушек якоря. Ток подводился к пластинам коллектора с помощью роликов. Напротив зубцов якоря располагались два электромагнита различной полярности, снабженные полюсными наконечниками. Электромагниты были включены последовательно с обмоткой якоря; для их возбуждения (благодаря зубцам на магнитопроводе якоря) требовался сравнительно небольшой ток.

Чтобы заставить этот ток протекать по внешней цепи в каком-нибудь одном направлении, т. е. выпрямить его, в машине выполняют специальное устройство, называемое коллектором. Принцип действия его состоит в следующем. \Концы витка ab—cd присоединяются к двум медным сегментам — пластинам коллектора, изолированным как друг от друга, так и от вала, на который

лектора несимметрично относительно точек присоединения их к пластинам коллектора.

плоских катушек /, уложенных в диске из гетинакса, укрепленном на оси. Концы катушек выведены к пластинам коллектора 2. Ротор подключается к напряжению сети через добавочное сопротивление Rn. Роль неподвижных катушек (статора) играют медные шины 4, через которые проходит весь ток нагрузки /н. Резисторы /?, и конденсаторы Сг введены в параллельную цепь для подавления искрения между щетками 3 и коллектором при коммутации. Цепь /?3 — С2 предназначена для защиты коллектора от обгорания при отскакивании щеток. Характеризующие счетчик параметры те же, что и для счетчика переменного тока: передаточное число; номинальная постоянная; погрешность; класс точности; порог чувствительности.

Общую сборку коллектора производят в следующей последовательности. На втулку 10 (см. 18.1, а) надевают слегка нагретую манжету 8 и изолирующий цилиндр 7. Затем надевают кольцо пластин 5, нажимной конус 3 с манжетой и предварительно завертывают гайку 1. После предварительного завертывания гайки / собранный коллектор устанавливают на гидравлический пресс и под давлением подтягивают гайку до упора. При помощи специального шаблона выверяют положение шпоночной канавки втулки по отношению к пластинам коллектора. Середина шпоночной канавки должна совпадать с серединой медной или миканито-вой пластины, на что должно быть указание в чертеже. В крупных коллекторах установить комплект пластин на втулку по шаблону трудно, поэтому шпоночную канавку долбят или протягивают в собранном коллекторе. При сборке коллектора проверяют параллельность торцевых поверхностей, пластин и нажимных колец.

Эффект Холла, на основе которого работают датчики, связан со свойствами полупроводника, помещенного в магнитное поле. Если через проводник, имеющий проводимость n-типа, пропустить ток, то при воздействии поперечного магнитного поля Я ( 10.1) носители заряда — электроны смещаются к боковой грани пластинки полупроводника. При этом на электроны действует сила Лорен-иа /L = g v H, где и — средняя скорость носителя заряда; Я — напряженность магнитного поля.

Конструктивно полевой транзистор может быть выполнен в виде пластинки полупроводника (с п- или ^-проводимостью), в одну из поверхностей которой вплавлен слой металла, называемый затвором (3), образующий плоский п—р-переход ( 17, а, б). К нижнему и верхнему торцам пластинки присоединяются выводы, называемые соответственно истоком И и стоком С.

Точечные диоды. Такие диоды ( 16.18, а) имеют очень малую площадь электрического перехода. Линейные размеры, определяющие ее, меньше ширины p-n-перехода. Точечный электрический переход можно создать в месте контакта небольшой пластинки полупроводника 3 и острия металлической проволочки-пружины 4 даже при прэстом их соприкосновении. Более надежный точечный электрический переход образуется формовкой контакта, для чего через собранный диод пропускают короткие импульсы тока (порядка нескольких ампер). В результате формовки острие пружинки надежно приваривается к пластинке полупроводника. При этом из-за сильного местного нагрева материал острия пружинки расплавляется и диффундирует в пластинку полупроводника, образуя слой иного типа, чем полупроводник. Между этим слоем и пластинкой образуется р-и-переход полусферической фермы. Площадь р-и-перехода составляет примерно 102—103 мкм2. Тс чечные диоды в основном изготовляют из германия р-типа, металлическую пружинку — из гонкой проволочки (диаметром 0,05 — 0,1 мм), материал которой для германия n-типа должен быть акцептором (например, бериллий). Острие пружинки затачивается до площади в несколько квадратных микрометров. Иногда острие пружинки для получения высококачественного p-n-перехода покрывают индием (или другим акцептором).

Основной частью конструкции фоторезистора является полупроводниковый фоточувствительный слой, который может быть выполнен в виде монокристаллической или поликристаллической пластинки полупроводника или в виде поликристаллической пленки полупроводника, нанесенной на диэлектрическую подложку. В качестве полупроводникового материала для фоторезисторов обычно используют сульфид кадмия, селенид кадмия или сульфид свинца. На поверхность фоточувствительного слоя наносят металлические электроды. Иногда электроды наносят непосредственно на диэлектрическую подложку перед осаждением полупроводникового слоя.

Предположим, что в пластинке полупроводника, находящейся в магнитном поле, идет ток, обусловленный движением только электронов ( 14.1, а). Пренебрежем пока статистическим разбросом электронов по скоростям. Тогда сила Лоренца будет смещать движущиеся электроны к левой грани пластинки полупроводника. Направление смещения определяется направлением силы Лоренца, т. е. векторным произведением (14.1)'с учетом

знака носителей, или правилом левой руки, относящимся к техническому направлению тока. В результате смещения движущихся электронов между боковыми гранями пластинки полупроводника возникает ЭДС Холла.

заряда также другой. Поэтому сила Лоренца (14.1) действует на дырки в ту же сторону, смещая их также к левой грани пластинки полупроводника ( 14.1,6). Полярность ЭДС Холла при этом получается другой.

Накопление носителей заряда у боковой грани пластинки полупроводника прекратится, когда сила Лоренца уравновесится силой холловского электрического поля. При перпендикулярном направлении напряженности, магнитного поля к поверхности пластинки полупроводника условием такого динамического равновесия будет равенство

Считая холловское электрическое поле однородным и учитывая геометрические размеры пластинки полупроводника, запишем для ЭДС Холла, т. е. для поперечной разности потенциалов между боковыми гранями пластинки полупроводника с электропроводностью р-типа

Эффект Холла мы рассматривали на примере пластинки полупроводника, помещенной в магнитное поле. В этом случае при установлении динамического равновесия возникшая холловская напряженность электрического поля компенсирует действие силы Лоренца и, следовательно, не происходит искривления траекторий носителей заряда, движущихся со скоростью и. Казалось бы, в таком случае сопротивление полупроводника не должно изменяться под действием магнитного поля. Однако эти рассуждения справедливы только для носителей, движущихся со скоростью v, соответствующей средней скорости. В действительности же, как было отмечено, носители в полупроводнике распределены по скоростям. Поэтому носители со скоростью, превышающей среднюю скорость, смещаются к одной грани пластинки полупроводника, так как на них действует большая сила Лоренца (Н-1). Носители, обладающие скоростью, меньшей средней скорости, смещаются к другой грани пластинки полупроводника, так как на них действует большая сила холловской напряженности электрического поля. Таким образом, в рассмотренном примере удельное сопротивление полупроводника изменяется в магнитном поле из-за искривления траекторий носителей заряда, движущихся со скоростью, отличной от средней скорости.

В неограниченном полупроводнике не происходит накопления носителей заряда на боковых гранях пластинки полупроводника, не образуется ЭДС Холла, а траектория движения носителей заряда отклоняется от направления внешнего электрического поля в направлении силы Лоренца ( 14.2). В этом случае вектор плотности тока совпадает по направлению со скоростью движения дырок и поэтому оказывается сдвинутым от направления внешнего электрического поля на тот же угол ф — угол Холла. Рассмотрим теперь магниторезистив-ный эффект с количественной точки зрения при оптимальных условиях, т. е. для неограниченного полупроводника.