Подвижными носителями

упрощает работу обслуживающего персонала (водителя электровоза, рабочего у станка). Весьма наглядно устройство барабанного контроллера ( 16.15). На изолированном вращающемся валу / такого контроллера укреплены имеющие различную длину сегменты 2 (отрезки медных колец). Сегменты служат подвижными контактами, причем имеются отдельные сегменты, смещенные на различные углы по отношению друг к другу. Некоторые сегменты гальванически соединены между собой. Неподвижные контакты контроллера, так называемые контактные пальцы 3, укреплены на неподвижном изолированном основании 4. Каждому контактному пальцу соответствует определенный сегмент на вращающейся части. Контактные пальцы изолированы друг от друга, и к ним подведены провода, соединяющие контроллер с управляемой установкой. При поворачивании вала I сегменты 2 в определенной последовательности соприкасаются с контактными пальцами 3, вызывая необходимые переключения в управляемых электрических цепях установки.

чаги с укрепленными на них подвижными контактами. Все перечисленные аппараты весьма просты по устройству и принципу работы.

создают замкнутую цепь тока. В других положениях вала 3 эта цепь разомкнута. На вал 3 насаживается ряд секторов с относящимися к ним подвижными контактами (например, 4 и 5). Эти контакты и соответствующие им неподвижные контакты расположены в других плоскостях по сравнению с контактами 1 и 2.

На 25.2 приведен общий вид масляного выключателя ВМП-10 с малым объемом масла. В этих выключателях масло служит дугогасящей средой, а изоляция контактов и фаз осуществляется фарфоровыми изоляторами. Выключатель состоит из трех горшков /, укрепленных с помощью изоляторов 2 на раме 3. На этой же раме укреплен главный вал 5 приводного механизма, который с помощью тяг 4 соединен с подвижными контактами выключателя. Для смягчения ударов при отключении имеются масляные 6 и пружинные демпферы. На раме предусмотрен болт 7 для заземления.

Разрыв цепи в таких коммутаторах осуществляется механическим путем за счет быстрого размыкания контактов с помощью специального привода (пневматического, гидравлического, электромагнитного и др.). Контакты размещаются либо в глубоком вакууме (ря= 10~7ч-10~10 Па) [2.43], либо в среде с высокой электрической прочностью, например ше-стифтористой сере SF6 в жидком или газообразном (элегаз) состоянии [2.14, 2.44]. В обоих случаях обеспечивается быстрое восстановление изоляционных свойств межэлектродного зазора. При разрыве больших постоянных токов, присущих ИН, коммутаторы с подвижными контактами часто снабжаются дополнительными устройствами для создания паузы тока в период размыкания контактов. Обычно такие устройства содержат предварительно заряженный вспомогательный конденсатор, работающий гак же, как и в тиристорных коммутаторах. При создании паузы тока обеспечивается практически бездуговая коммутация цепи. Последовательно с коммутатором часто включается вспомогательный насыщающийся дроссель с узкой прямоугольной петлей гистерезиса [2.2, 2.44]. При протекании коммутационного тока от емкости и снижении полного тока в дросселе он выходит из насыщенного состояния, его индуктивность резко возрастает, что позволяет еш,е более снизить полный ток в коммутаторе во время размыкания контактов. Действительно, при разрыве цепи с индуктивностью создается ЭДС eL= — d*?Ljdt= —Ldi/dt — idLjdt. Первое слагаемое в правой части соответствует обычной ЭДС самоиндукции, направленной согласно с коммутируемым током (так как dijdt < 0), а второе слагаемое характеризует ЭДС, создаваемую за счет изменения индуктивности и направленную встречно по отношению к коммутируемому току (dL/di > 0). Эта ЭДС способствует бездуговой коммутации при разрыве цепи с ИН. Необходимая для создания паузы тока гп энергия конденсатора Wc связана с энергией, передаваемой в нагрузку WH, -л длительностью разрядного импульса tp соотношением [2.2] УС«0,25 Wu(tn/tp). Чем выше быстродействие коммутатора и меньше ?п, тем меньшая емкость требуется для создания паузы тока.

2.36. Коммутатор с подвижными контактами

Удачный пример коммутатора с подвижными контактами и дросселем описан в [2.45] ( 2.36). Он содержит набор кольцевых контактов мембранного типа 7, чередующихся по оси с жесткими дисковыми контактами 2. Контактная система окружена полостью 3, заполненной жидким диэлектриком. Вокруг полости расположен упругий металлический цилиндр 4 и со-леноидальный индуктор 5. При подаче в индуктор импульса управляющего тока упругий цилиндр под действием магнитного поля сжимается к центру и жидкий диэлектрик деформирует мембранные контакты, которые отходят от дисковых контактов, размыкая цепь. Образуется несколько кольцевых зазоров, в которые под давлением с большой скоростью вдавливается жидкий диэлектрик, обеспечивая необходимую электрическую прочность зазоров. При замкнутых контактах внутренняя полость 6 заполняется сжатым газом. Быстродействие подобных коммутаторов достигает 10~4с при токах до десятков килоампер.

Обычно коммутаторы с подвижными контактами используются как коммутаторы первой ступени с последующим переводом тока в быстродействующие размыкатели следующих параллельных ступеней коммутации.

Электровзрывные коммутаторы обычно используются в схемах со ступенчатой коммутацией совместно с коммутатором первой ступени, имеющим относительно низкое быстродействие (например, коммутатором с подвижными контактами). Основным элементом электровзрывного коммутатора ( 2.37) является перемычка 1 из фольги или проволоки [2.1, 2.25]. При размыкании первичного коммутатора 2 рабочий ток устремляется в шунтирующую перемычку и нагревает ее так быстро, что перемычка испаряется за время порядка 10~6 с (взрывается), разрывая цепь с током. Для работы коммутатора необходимо, во-первых, чтобы глубина проникновения поля (скин-слой) была существенно больше размеров перемычки (в противном случае ток не заполняет сечения перемычки) и, во-вторых, чтобы выполнялось условие взрыва проводника [2.25]:

5.13. Варианты устройства блока двух контрроторных УМ для ЭМН вертикальной компоновки: а—с независимыми токоотвода-ми от подвижных контактов в центре и на периферии встречно вращающихся верхнего и нижнего роторов; б—с объединенными подвижными контактами в центре (левая половина чертежа) или на периферии (правая половина чертежа) для встречно вращающихся роторов; 1, 2— верхний и нижний роторы; 3, 4—катушки возбуждения; 5,6 — щеточные контактные устройства; 7—токоотводы от центральных контактов; S—токоотводы от периферийных контактов; 9, 10—дополнительные подвижные контакты для подвода тока к катушкам возбуждения

— с подвижными контактами 137

Между Двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен л-канал из полупроводника я-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС /Г(, положительным полюсом к стоку, то в я-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление «-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е„ отрицательным полюсом к затвору, так что р-п переход между я-каналом и полупроводником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехода влияет на ширину я-канала и тем самым на его проводимость. Отметим, что вместо я-канала может быть р -канал из полупроводника р-типа, а затвор - из полупроводника и-типа.

Широкое применение электрохимического травления сдерживается неравномерностью удаления металла по плоскости платы, что приводит к образованию невытравленных островков и прекращению процесса. Индивидуальный токопровод, медленное погружение платы в электролит, совмещение электролитического процесса с последующим химическим не обеспечивают его эффективность. Полностью реализовать преимущества электрохимического метода позволяют подвижные носители заряда, которые представляют собой частицы графита, расположенные в суспензированном электролите. Эти частицы принимают заряд с анода и переносят его на поверхность меди, переводя последнюю в ионную форму. Устройство с подвижными носителями заряда приведено на 9.15 и состоит из электролитической ячейки и травильной камеры, между которыми прокачивается электролит. Электролит содержит серную кислоту (50... 100 г/л) с добавкой CuSO4 (до 10%) и взвешенный активированный уголь (массовое содержание 15...30%) с размером частиц 10...50 мкм. Использование электрохимического травления сводит к минимуму боковое подтравлива-ние токопроводящих дорожек и обеспечивает разрешающую способность, равную 70... 100 мкм, но стоимость технологического оборудования превышает стоимость машин для химического травления.

Между Двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен и-канал из полупроводника n-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС /?с положительным полюсом к стоку, то в я-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление и -канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е- отрицательным полюсом к затвору, так что р-п переход между и-каналом и полупроводником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехода влияет на ширину n-канала и тем самым на его проводимость. Отметим, что вместо n-канала может быть р-канал из полупроводника р-типа, а затвор - из полупроводника л-типа.

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен и-канал из полупроводника и-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС Е^ положительным полюсом к стоку, то в «-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление и-канала зависит от его ишрины, которую в полевых транзисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е„ отрицательным полюсом к затвору, так что р-п переход между и-каналом и полупроводником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехода влияет на ширину и-канала и тем самым на его проводимость. Отметим, что вместо л-канала может быть р-канал из полупроводника р-типа, а затвор - из полупроводника «-типа.

В обоих случаях электроны и дырки считаются подвижными носителями заряда, а ионы — относительно неподвижными, так как им присущи только тепловые колебания в узлах кристаллической решетки.

Выше отмечалось, что изменение напряжения на затворе модулирует поперечное сечение канала (и, следовательно, его сопротивление) за счет перераспределения объемного заряда в обратно смещенном р —п -переходе, причем с увеличением запирающего напряжения на затворе происходит обеднение канала подвижными носителями заряда. Этот принцип изменения эффективного сечения канала наблюдается и у другой модификации полевых транзисторов с изолированным затвором, который дополнительно создается путем напыления металла непосредственно на /^

Для реализации ПТ с управляющим ^-«-переходом у полупроводникового стержня />-типа сверху и снизу создают слои с высокой концентрацией донорной примеси Nu, соединенные между собой и подключенные к внешнему выводу — затвору. Эти слои принято обозначать п +. Структура п+-р представляет собой электронно-дырочный переход. Известно, что у электронно-дырочного перехода N hn = Nahp. Следовательно, так как Nn»Na, то /г„
При управляющем напряжении t/зи =0 и подключении источника напряжения между стоком и истоком UCA по каналу течет ток, который зависит от сопротивления канала. Напряжение (7си равномерно приложено по длине канала, это напряжение вызывает обратное смещение р-п перехода между каналом р-типа и n-слоем, причем наибольшее обратное напряжение на р-п переходе существует в области, прилегающей к стоку, а вблизи истока р-п переход находится в равновесном состоянии. При увеличении напряжения [/си область двойного электрического слоя р-п перехода, обедненная подвижными носителями заряда, будет расширяться, как показано на 1.10, а. Особенно сильно расширение перехода проявляется вблизи стока, где больше обратное напряжение на переходе. Расширение р-п перехода приводит к сужению проводящего ток канала транзистора, и сопротивление канала возрастает. Из-за увеличения сопротивления канала при росте С/си стоковая характеристика полевого транзистора имеет нелинейный характер ( 1.9, г). При некотором напряжении С/си границы р-п перехода смыкаются (пунктир на 1.10, а), и рост тока /с при увеличении С/с i прекращается.

жение на переходе получается вблизи стока. При обратном смещении р-п перехода расширяется двойной электрический слой, обедненный подвижными носителями заряда, и сужается канал, проводящий ток. По мере роста t/си увеличивается сопротивление канала, рост тока стока замедляется, а при перекрытии переходом сечения канала при увеличении f/си ток 1с практически не изменяется. В этом режиме процессы в МДП-транзисторе аналогичны процессам в полевом транзисторе с р-п переходом.

Рассмотрим физические процессы в p-n-переходе при условии, что на границе раздела полупроводников р- и «-типов отсутствуют механические дефекты, включения других химических материалов, а также внешнее электрическое поле. Условное изображение р-и-перехода показано на 3.4. Справа от границы раздела (в «-области) электронов значительно больше, чем слева, и электроны стремятся диффундировать в р-область. Попадая сюда, они начинают рекомбинировать с дырками и по мере углубления их концентрация быстро убывает. Точно так же ведут себя дыркл, диффундирующие из р-области в «-область. В р-«-переходе образуется ток диффузии /д„ф = = ^ядиФ + ^ндиф* совпадающий по направлению с диффузией дырок. Уход дырок из при контактной р-области и электронов из приконтактной n-области приводит к образованию в этих областях обедненного подвижными носителями заряда слоя и появлению нескомпенсированного положительного заряда за счет ионов донорной примеси (в приконтактной «-области) и отрицательного заряда за счет ионов акцепторной примеси (в приконтактной р-области).

иона акцепторной примеси, а с уходом электрона из области п-типа в ней образуется нескомпенсированный положительный заряд иона донорной примеси ( 16.11, одинарный кружок — свободные заряды; двойной — ионы). Нескомпенсированные заряды образуются также и вследствие того, что часть электронов и дырок, попавших в смежную область, рекомбинирует, нарушая тем самым равновесие концентрации М'Зжду свободными носителями заряда и неподвижными ионами при-мгси. В результате вблизи границы раздела областей создается двойной объемный слой пространственных зарядов, который называют р-п-переходом. Этот слой обеднен основными (подвижными) носителями заряда в обеих частях, поэтому его удельное сопротивление велико по сравнению с областями р- и n-типов. Часто этот слой шоывают запирающим. Однако надо отметить, что концентрация подвижных носителей в p-n-переходе изменяется плавно и существенно обеднен подвижными носителями заряда только средний слой перехода, где их концентрация примерно на несколько порядков меньше. Поэтому обедненный, или запирающий, слой несколько уже р-к-перехода.