Рассматриваемой структуры

где S —площадь рассматриваемой поверхности, внутри которой протекает ток / плотностью j в направлении вектора k. Ток / ограничен замкнутым контуром /. Правая часть (1.3) для контуров /, полностью охватывающих токоведущее сечение 5, превращается в выражение для полного тока:

где S — площадь рассматриваемой поверхности, внутри которой протекает ток / плотностью j в направлении вектора k (ток / ограничен замкнутым контуром /).

Полные поверхностные потери Люв> Вт, получают умножением р'пав на площадь всей рассматриваемой поверхности статора или ротора — головок зубцов или полюсных наконечников.

Единица плотности тока — ампер на квадратный метр (А/м2); в технике чаще_дользуются кратной единицей — ампером на квадратный миллиметр (А/мм2). В общем случае сила тока 7, протекающего через поверхность s, будет равна интегралу скалярных произведений векторов плотности тока J на векторы, перпендикулярные элементарным площадкам рассматриваемой поверхности ds:

Спиральный радиатор. Диаметр спирали D = = 8 мм, диаметр проволоки с(п==0,8 мм. Дальнейшее уменьшение диаметра проволоки нецелесообразно, так как приводит к снижению теплоотдачи из-за повышения теплового сопротивления проволоки. Шаг навивки спирали /in=4 мм, шаг укладки спиралей hc=\2 мм. Число витков спирали, размещаемой вдоль длинной стороны пв= 160 : 4 = = 40. Число спиралей, размещаемых рядами через шаг укладки, будет пс=65: 12я^5. Всего на рассматриваемой .поверхности размещается 40-5 = 200 витков.

Применив теорему Гаусса к рассматриваемой поверхности, получим

одно из которых (Es) обусловлено зарядами сГрасч на рассматриваемой поверхности (вне диска 5ДН), а другое (Е„0) — внешним полем, т. е. всеми остальными зарядами.

На 7-5 приведена номограмма, по которой можно определять рациональное напряжение в зависимости от удельной нагрузки на 1 ма рассматриваемой поверхности и стоимости электрической энергии в пределах от 0,001 до 0,01 руб/(кВт -ч). Для городов данная номограмма составлена для условий, когда коэффициент застройки

Полные поверхностные потери Риоъ, Вт, получают умножением .Р'пов на площадь всей рассматриваемой поверхности статора или ротора — головок зубцов или полюсных наконечников.

ратурах теплоносителей в рассматриваемой поверхности нагрева (см. кн. 2, разд. 2).

Кривыми рассеяния могут являться как распределения относительных значений силы света /« (а) в плоскости, проходящей через нормаль к образцу, так и распределения значений коэффициента яркости га в той же плоскости. Значение га равно отношению яркости рассматриваемой поверхности La к яркости 1Д идеально диффузной (р = 1; 1Д'= const) пластины при одинаковых условиях освещения. Для разных направлений пространства значения га могут быть меньше и больше единицы.

Результирующая характеристика распределения примесей в полупроводнике показана на 16.13,6. Существенной особенностью рассматриваемой структуры является неравномерное распределение примесей в области базы и возможность создания гонкой (порядка единиц микрометров) базовой области. Благодаря этому в базе создается ускоряющее поле и время движения неосновных носителей зарядов через базу к коллектору уменьшается, что позволяет создавать транзисторы, работающие на частотах до 1 ГГц и более. Транзисторы, имеющие ускоряющее поле в базовой области, получили название дрейфовых.

Как видно из модели ( 6.4, б), токи /вх, /ВЬ1Х и /ут определяются токами эмиттера /эпэ, базы /gпз и коллектора /к.ш паразитного транзистора, а также током /дпз диода Дэ. Выразив последние через параметры транзистора, получим вольт-амперные характеристики рассматриваемой структуры:

Емкость диода С„ равна емкости эмиттерного перехода С-„ а паразитная емкость рассматриваемой структуры относительно подложки Спз определяется последовательно включенными емкостями Ск и Спд:

Так как обычно т]»1, то из формулы (7.13) следует, что индуктивность резонаторов в последовательной ветви должна быть в несколько раз больше, чем резонаторов в параллельной ветви. Это обстоятельство в существенной степени усложняет конструирование и наладку фильтра. Соотношение (7.13) нельзя обеспечить путем подгонки толщины пластин резонаторов или частичным снятием с них металлического покрытия. Получить необходимое соотношение индук-тивностей в различных ветвях фильтра можно при использовании пластин различных срезов, но это затрудняет практическую реализацию рассматриваемой структуры фильтра. Поэтому данный тип фильтра был вытеснен фильтрами с мостовой структурой.

Результирующая характеристика распределения примесей в полупроводнике показана на 16,13,6. Существенной особенностью рассматриваемой структуры является неравномерное распределение примесей в области базы и возможность создания тонкой (порядка единиц микрометров) базовой области. Благодаря этому в базе создается ускоряющее поле и время движения неосновных носителей зарядов через базу к коллектору уменьшается, что позволяет создавать транзисторы, работающие на частотах до 1 ГГц и более. Транзисторы, имеющие ускоряющее поле в базовой области, получили название дрейфовых.

Из рассматриваемой структуры вытекает правило, которое справедливо для схем любой сложности. Его применение не вызывает каких-либо затруднений, так же как и применение правила получения матрицы узловых проводимостей. Согласно этим правилам матрицы в обоих случаях составляются непосредственно по схеме замещения электрической сети и ее направленному графу.

В заключение отметим, что динамические характеристики рассматриваемой структуры зависят не только от коэффициентов усиления тока и времени пролета носителей от эмиттера к коллектору, но и от емкостей переходов транзистора. Основной вклад в инерционность изменения тока наряду с процессами накопления и рассасывания носителей вносит перезаряд барьерной емкости коллекторного перехода C№- Данная емкость связана в основном с обедненной областью коллекторного перехода и поэтому зависит от напряжения база-коллектор. С ростом напряжения емкость Сев уменьшается ( 2.12).

ничено реальными пределами, связанными с так называемым тригтерным эффектом, присущим структуре IGBT. Дело в том, что паразитный п-р-п-транзистор, который всегда сопровождает структуру мощного МДП-клю-ча, образует с p-n-p-транзистором тиристорную схему соединения, в которой, при определенных условиях, может быть реализован регенеративный механизм включения, называемый триггерным эффектом ( 2.27). И хотя этот эффект и нашел в дальнейшем положительное применение при разработке полевых тиристоров, для IGBT он крайне нежелателен и, как правило, заканчивается катастрофическим отказом, Подавление этого эффекта достигается ограничением усилительных свойств р-п-р-транзистора (т.е. ограничением SN в разумных пределах) и уменьшением продольного сопротивления р-области структуры, частично зашунтированной на истоковый л+-слой МДП-транзистора. Общее усилительное свойство рассматриваемой структуры IGBT может быть охарактеризовано коэффициентом прямой проводимости, называемым также силовой крутизной S. Данный параметр определяется произведением усилительных свойств МДП и биполярной части структуры и является относительно высоким по сравнению с рассмотренными биполярными и МДП-ключами ( 2.28). В области изменения рабочих токов наблюдается непрерывный рост крутизны, что в целом положительно сказывается на динамических и проводящих характеристиках структуры. Однако в режиме токовых перегрузок высокая крутизна является причиной высоких плотностей тока, достигающих порядка 10...20 А/мм2 для дискретных приборов, что снижает время допустимых перегрузок и требует более быстродействующих методов защиты.

Для переключения структуры тиристора из закрытого состояния в открытое используется световой сигнал, передаваемый по световолокон-ному кабелю. Такой принцип управления характерен для высоковольтных приборов с рабочими напряжениями более 5 кВ. Освещение р-базы крайней ячейки квантами света вызывает генерацию электронов и дырок повышенной концентрации. При этом понижается потенциальный барьер в центральном переходе и данная часть структуры переходит в открытое состояние, отпирая в свою очередь многоканальную структуру вспомогательного тиристора (Auxiliary Thynstor). Силовой ток вспомогательной структуры одновременно является управляющим током для основной части прибора, обеспечивая достаточно равномерное и быстрое ее включение. Основные стадии переходного процесса включения будут подробно рассмотрены в соответствующих разделах книги, посвященных вопросам применения тиристорных ключей. Здесь же заметим, что в зависимости от характера нагрузки и уровня переключаемого тока в структуре тиристора реализуются два основных режима. Один из них соответствует высокому уровню инжекции в узкой р-базе, а другой соответственно низкому. Широкая л-база тиристора выполняется, как правило, наиболее высокоомной, и в ней практически всегда реализуется высокий уровень инжекции, характерный для силовых переключателей. Наиболее просто механизм действия положительной обратной связи может быть продемонстрирован на основе двухтранзисторного аналога рассматриваемой структуры, показанного на 2.47. В такой модели коллекторный ток каждого из транзисторов одновременно является базовым током другого. Переключение структуры тиристора в проводящее состояние происходит при выполнении условия, при котором сумма коэффициентов передачи токов транзисторов от эмиттера к коллектору становится равной

тиристора. Часть структуры, расположенная над анодным слоем, практически повторяет транзисторный вариант и состоит из высокоомной эпитаксиальной п -области и поверхностных р+-областей затвора (управляющего электрода) и катода (л+-слой). По всей видимости, наличие четырех слоев различной проводимости определили применение слова тиристор в обозначении подобной структуры. Однако важной особенностью индукционного тиристора по сравнению с другими управляемыми вентильными приборами (прежде всего SCR и GTO) является отсутствие внутренней положительной обратной связи Нерегенеративный механизм включения данной структуры позволяет выделить такие важные преимущества, как помехоустойчивость к внешним воздействиям, повышенный диапазон рабочих температур (более 200°С), возможность переключения анодного тока повышенной плотности. Индукционный тиристор сочетает высокую перегрузочную способность по току с быстрым протеканием процессов переключения. Проводящее состояние рассматриваемой структуры обеспечивается простым снятием отрицательного напряжения управления на затворе. При этом со стороны анодного р+-слоя осуществляется инжекция дырок, приводящая к модуляции высо-коомного эпитаксиального лГ-слоя. Так как на пути протекания анодного тока находится всего один р+-л~-переход, прямое падение на открытом SITh значительно меньше, чем у тиристоров с обычной р-п-р-п-структу-рой. Температурная зависимость данного напряжения определяется положительным температурным коэффициентом сопротивления наиболее выскоомного эпитаксиального л~-слоя и отрицательным для р+-п~-пере-хода Результирующее воздействие при высоких плотностях анодного тока всегда положительно, поэтому в структуре наблюдается естественное выравнивание токов между отдельными ячейками. Как результат — способность к большим импульсным перегрузкам по току и повышенная теплостойкость из-за отсутствия эффектов шнурования. Инжекция из анодной области делает необязательной подачу положительного управляющего тока через затвор тиристора для модуляции внутреннего сопротивления открытой структуры (что необходимо в случае с индукционным транзистором). Хотя небольшой положительный ток управления (порядка 2...ЗА) иногда формируется с целью ускорения фронта включения. Сказанное, конечно, относится к нормально открытой структуре SiTh. Существуют также нормально закрытые структуры индукционных тиристоров, не проводящие ток при нулевом смещении на управляющей сетке. Это достигается более плотным размещением ячеек затвора, перекрывающих канал даже собственной областью пространственного заряда. В этом случае положительный отпирающий ток затвора всегда присутствует.

При рассмотрении первого и третьего пунктов следует учитывать, что любая практически значимая гипотеза подразумевает существование бесконечного множества режимов, в которых она справедлива и может быть подтверждена только на бесконечном материале. Факт неполного охвата в наблюдательном эксперименте области действия проверяемой гипотезы сам по себе не является основанием для отбраковки рассматриваемой структуры ЭК.