Сопротивлением растеканию

При работе на высоких частотах особое значение приобретают динамические характеристики диода. Время, необходимое электрону для прохождения расстояния, равного толщине энергетического барьера, составляет около 10~13 с. Поэтому предельная частота туннельных диодов определяется элементами конструкции: индуктивностями выводов, емкостью р — n-перехода и сопротивлением растекания.

Теория метода. Метод сопротивления растекания точечного контакта основан на измерении сопротивления структуры, состоящей из полупроводникового образца и металлического зонда, установленного на его плоской поверхности. Если металлический зонд имеет с поверхностью полупроводника омический контакт малой площади, то сопротивление структуры, измеряемое при пропускании тока через этот контакт, называют сопротивлением растекания. Предполагается, что второй контакт к полупроводнику представляет собой контакт большой площади с пренебрежимо малым сопротивлением, расположенный на большом расстоянии от металлического зонда.

Поправочная функция зависит от вида зависимости р(у) в структуре. Она связывает сопротивление растекания /?и, измеренное на образце с неоднородным распределением удельного сопротивления, с сопротивлением растекания однородного образца полубесконечного объема. Вычисление поправочной функции представляет собой довольно сложную математическую задачу и основывается на определенной модели структуры. В простом случае слой с неоднородным распределением удельного сопротивления представляют в виде однородного слоя той же толщины, а всю структуру — в виде двухслойной структуры ( 1.11). На слое толщиной w с удельной проводимостью а, расположен омический контакт радиусом га. Через контакт протекает ток /. Второй слой — подложка — имеет удельную проводимость сг2, тот же тип электропроводности и достаточную толщину, чтобы его можно было считать слоем полубесконечного объема. Распределение электрического потенциала в верхнем слое U\ и в подложке (У2 удовлетворяет уравнению Лапласа. Граничные условия следующие: на металлическом контакте потенциал постоянен; на верхней поверхности структуры нормальная составляющая тока равна нулю; в плоскости контакта слоя и подложки нормальная составляющая тока и потенциал изменяются непрерывно. Эти условия соответствуют предположению об однородности свойств слоя и подложки и отсутствии объемных зарядов на их границе. Второе предположение не является физически оправданным, однако учет объемного заряда ведет к такому усложнению задачи, что им обычно пренебрегают. Решение уравнения Лапласа для распределения потенциалов U\ и (/а позволяет вычислить сопротивление растекания контакта. По результатам вычислений на основе описанной модели, которую называют одно-

При составлении этих уравнений учитывают, что иэв и икб — напряжения между соответствующими выводами транзистора, но это не напряжения на р-л-переходах, так как базовый вывод отделен, как и в полупроводниковом диоде, от границ /?-га-переходов толщей базового кристалла, имеющей сопротивление гс (на рив. 3.19 толщина базы утрированно увеличена). Сопротивление гъ называют сопротивлением базы или сопротивлением растекания. В кристалле у границ р-п-переходов выделяют точку Б'; напряжения иай' и «кб' — напряжения на эмиттерном и коллекторном р-я-переходах соответственно. Уравнения (3.5) позволяют вычислить токи транзистора для любого возможного режима работы. Их используют при создании нелинейной модели транзистора.

Электронно-дырочные переходы реальных диодов часто имеют различные дефекты: нарушения кристаллической решетки, инородные включения и т. п. Такие неоднородности, независимо от их характера, приводят к нарушениям картины электрического поля, к появлению областей с повышенной напряженностью. В тех местах, где напряженность электрического поля оказывается больше, развивается пробой. После развития пробоя в районе дефекта образуется шнур с повышенной удельной проводимостью. Однако из-за малого сечения шнура последовательно с ним оказывается включенным большое так называемое сопротивление растекания, сосредоточенное в примыкающих к переходу областях ( 3.18). Поэтому ток при лавинном пробое по дефектам ограничен большим сопротивлением растекания.

Особенностью точечных диодов является большое сопротивление базы, которое определяется в этих диодах сопротивлением растекания rs, т. е. сопротивлением области полупроводника, расположенной вблизи точечного p-n-перехода, где сгущаются линии тока. Так как сопротивление растекания необходимо учитывать и в других структурах различных полупроводниковых приборов, то представляет интерес вывод общей формулы для этого сопротивления.

Сопротивление точечных контактов определяется сопротивлением растекания (см. § 3.21), т. е. сопротивлением малых актив-

ление между выходными электродами. Если выходные контакты точечные, то выходное сопротивление определяется удвоенным сопротивлением растекания точечного контакта (см. § 3.21):

Мощность, рассеиваемая в образце, помещенном в линию передачи, пропорциональна квадрату напряженности электрического поля (геометрической сумме падающей и отраженной волн). Таким образом, подобные преобразователи могут быть применены для измерения импульсной (пиковой) проходящей мощности. Длительность импульсов измеряемого сигнала ограничивается сопротивлением растекания и паразитными емкостями полупроводникового преобразователя. Практически метод применим при длительности импульсов выше 0,05 икс. Влияние несогласованной нагрузки сказывается так же, как и в случае других зондовых квадратичных преобразователей. Погрешность рассогласования описывается формулами (6.5), (6.6), (6.13), (6.14).

плавно нарастающего участка обратного тока ( 3.7, а) вплоть до напряжения пробоя. Ток на прямой ветви ВАХ при достаточно больших значениях ограничивается сопротивлением растекания базы ГЕ. Оно часто больше сопротивления перехода, так как площадь электрического перехода диода чрезвычайно мала.

При составлении этих уравнений учитывают, что напряжения ыэб и нкб — напряжения между соответствующими выводами транзистора, но это не напряжения на переходах, так как базовый вывод отделен от границ переходов толщей базового кристалла, имеющей сопротивление гб (на 3.1 7, а толщина базы утрированно увеличена). Сопротивление г6 называют сопротивлением базы или сопротивлением растекания. В кристалле у границ переходов

Трубопроводы цеховых коммуникаций и другие металлоконструкции, имеющие надежную связь с землей, обладают незначительным сопротивлением растеканию, величина которого может оказаться достаточной с точкя зрения требований, предъявляемых Правилами устройства электроустановок к заземляющим устройствам. Такие металлоконструкции могут использоваться в качестве заземлителей (естественные заземлители). В этом случае IB цехах с нормальной средой необходимость сооружения искусственного заземляющего устройства отпадает и необходимо лишь осуществлять мероприятия по выравниванию потенциалов между естественными заземлителями.

Молниезащита зданий и сооружений I категории выполняется: а) от прямых ударов молний — отдельно стоящими стержневыми и тросовыми молниеотводами, обеспечивающими требуемую зону защиты; б) от зарядов статического электричества — заземлением всех металлических корпусов оборудования, установленного в защищаемых зданиях через специальные заземлители с сопротивлением растеканию тока не более 10 Ом; в) от магнитного поля, проявляющегося как вторичное действие молнии и индуцирующего в контурах (образуемых трубопровода-Ми, защищенными токопроводами, каркасами сооружений) ЭДС, — устройством металлических перемычек, объединяющих контуры в единую систему и уменьшающих размеры контуров [22].

Основное требование к заземдителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал по возможности более низким и стабильным (во времени и при изменении атмосферных условий) сопротивлением растеканию тока в землю. Чем ниже стационарное сопротивление R3 и импульсное сопротивление Кз.ют заземлителя, тем эффективнее он выполняет свои функции при осуществлении рабочего, защитного и грозозащитного заземлений, тем меньше оказывается потенциал заземлителя при стенании с него тока. Последнее, в свою очередь, при прочих равных условиях ведет к снижению величин шагового напряжения Um и напряжения прикосновения 17Пр ( 12-13) и, следовательно, делает более безопасным обслуживание электроустановки. Однако чрезмерное снижение сопротивления заземлителя, например, путем прокладки на территории подстанций сплошного металлического листа и увеличения числа вертикальных заглубленных электродов технически нецелесообразно, а экономически не может быть оправдано.

Человек, идущий к трансформатору, оказывается под шаговым напряжением йш. Напряжение прикосновения или шага распределяется между сопротивлением тела человека и сопротивлением растеканию тока со ступней человека в земле.

3 м от внешнего ограждения ). Электроды заглубляют так, чтобы их верхний конец был ниже поверхности земли на 0,5—0,7 м. На этом же уровне к электродам сваркой присоединяют проводники, образующие металлическую сетку с шагом не более 6 м из круглых или прямоугольных стальных проводников. Такая сетка предназначена для выравнивания потенциала на поверхности земли в пределах контурного зазем-лителя. ПУЭ регламентируют наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле, в зданиях и в наружных установках. Так, при прокладке в земле круглые проводники должны иметь диаметр не менее 6 мм, проводники прямоугольного сечения — сечение не менее 48 мм2 и толщину не менее 4 мм. Толщина полок угловой стали и толщина прямоугольных заземлителей должна быть не менее 4 мм, а толщина стенок стальных труб — не менее 3,5 мм. Основное требование к заземлителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал по возможности более низким и стабильным (во времени и при изменении атмосферных условий) сопротивлением растеканию тока в земле. Чем ниже стационарное сопротивление R3 и импульсное сопротивление Я3,имл заземлителя, тем эффективнее он выполняет свои функции рабочего, защитного и грозозащитного зазем-

пределительных устройств 1 10 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины R3 [7.5, 7.6]. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземленному оборудованию, находящемуся под потенциалом (см. 7.32), часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека R4 и сопротивлением растеканию тока от ступеней в землю Rc. На тело человека фактически будет действовать напряжение

Если бы рельсы были изолированы от земли, то весь ток локомотива / ( 2.10) протекал бы по рельсам на участке АВ. (На 2.10 и последующих рисунках принято, что положительный полюс подстанции присоединен к контактной сети, а отрицательный — к рельсам.) Ток утечки из рельсов в землю зависит от разности потенциалов между рельсами и землей и от сопротивления цепи, по которой протекает этот ток, Эта цепь состоит как бы из двух последовательно соединенных частей. Сопротивление первой части — места перехода тока из рельсов к шпалам и балласту — называют переходным сопротивлением, а сопротивление второй части —- самой земли на пути тока утечки — называют сопротивлением растеканию.

Сопротивление, которое оказывает току грунт, называется сопротивлением растеканию. В практике сопротивление растеканию относят не к грунту, а к заземлителю и применяют сокращенный термин «сопротивление заземлителя». Сопротивление заземлителя определяется отношением напряжения на заземлителе относительно точки нулевого потенциала к току, проходящему через заземлитель:

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ • А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.

Сопротивление земли на участке растекания тока называют сопротивлением растеканию. При расчетах сопротивление растеканию относят не к земле, а к заземлителю. Сопротивление заземлителя R3M определяют из выражения

Пример 12.2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 1000 кВ-Л со следующими данными: наибольший ток через заземляющее устройство при замыкании на землю со стороны 6 кВ равен 25 А; грунт в месте окружения — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 7 Ом.