Світ електроніки – Новини світу електронних компонентів, технологій та рішень

Фундамент для виникнення і розвитку електроніки було закладено працями фізиків у XVIII – ХІХ ст.

Перші у світі дослідження електричних розрядів у повітрі були здійснені Бенджаменом Франкліном у 1747-1753 роках (саме тим Франкліном, який у 1754 році запропонував план об’єднання англійських колоній у Північній Америці, що на його основі пізніше було утворено державу США, а у 1775 році брав участь у написанні Декларації незалежності і тепер зображений на стодоларовій банкноті США). Це він дав назви: “батарея”, “конденсатор”, “провідник”, “заряд”, “розряд”; довів електричну природу блискавки; створив теорію статичної електрики, єдиним недоліком якої на наш час є лише те, що носії заряду у ній мають позитивний заряд; винайшов блискавковідвід, вперше встановлений у 1760 році у місті Філадельфія.

Подібні дослідження здійснили також російські академіки М. В. Ломо-носов і Г. В. Ріхман (один з перших, якщо не перший, хто перетворив електрику на точну науку, створивши перший у світі електричний вимірювальний прилад – електрометр для вимірювання статичної електрики).

Важливою подією було відкриття електричної дуги академіком В. В. Петровим у 1802 році. Дослідження проходження електричного струму в розріджених газах проводили у минулому столітті в Англії -Крукс, Д. Томсон, Тоунсенд, Астон, а також у Німеччині – Гейслер, Гітторф, Плюккер та інші вчені.

Одним із найперших електронних приладів можна вважати фото-резистор із селену, винайдений у США У. Смітом в 1873 році. Тоді ж А. Н. Лодигін винайшов перший у світі електровакуумний прилад -лампу розжарювання. Дещо пізніше, таку ж лампу створив і удосконалив відомий американський винахідник Едісон. Електрична дуга була вперше використана для освітлення П. Н. Яблочковим у 1876 році.

У 1874 році німецький вчений К. Ф. Браун відкрив ефект односторонньої провідності контакту метал – напівпровідник (селен).

Виходячи з теорії електромагнітного поля Дж. К. Максвелла, що була теоретичним обґрунтуванням і тріумфом ідей та дослідів Майкла Фарадея, який на основі електродинаміки Андре-Марі Ампера відкрив явище електромагнітної індукції, Генріх Герц у 1886 році відкрив електромагнітні хвилі.

У 1887 році також Герц відкрив фотоелектричний ефект, а дослідження цього явища, що їх проводив із 1888 року А. Г. Столєтов (він відкрив основні закони фотоефекту), поклали початок розвитку фотоелектронних приладів.

Термоелектронну емісію (одну з основ електронно-вакуумних приладів) було відкрито у 1884 році Едісоном, але сам він, нічого не знаючи про електрон, який був відкритий Дж. Дж. Томсоном лише 1897 року, не зміг пояснити це явище. Детальні дослідження термоелектронної емісії провів у 1901 році Річардсон.

1895 року уперше здійснено дальній безпровідний зв’язок А. С. Поповим, а роком пізніше – італійцем Дж. Марконі (щоправда, суперечка за першість у цьому продовжується до цього часу).

Використання електронних приладів у радіотехніці розпочалося з того, що у 1904 році англійський вчений Дж. А. Флемінг застосував двоелек-тродну лампу-діод із розжареним катодом, раніше винайдену Едісо-ном (але він не знайшов для неї практичного застосування), для випрямлення (детектування) високочастотних коливань у радіоприймачі.

Важливим винаходом було створення у 1905 році Хелом у США га-зонаповненого діода – газотрона.

У 1906 році американський інженер Л. де Форест ввів у лампу-діод керуючу сітку, тобто створив перший тріод. Майже одночасно те ж саме здійснив Лібен у Німеччині.

У 1907 році професор Петербурзького технологічного інституту Б. Л. Розінг запропонував використання електронно-променевої трубки для приймання телевізійних зображень і у наступні роки здійснив експериментальне підтвердження своїх ідей. Це надає нам право визнавати Б. Л. Розінга одним з основоположників сучасного телебачення.

У 1913 році німецький вчений Мейснер застосував тріод для генерування електричних коливань.

У Росії перші тріоди для приймання радіосигналів виготовили у 19141916 роках незалежно один від одного Н. Д. Папалексі і М. А. Бонч-Бруєвич.

У 1918 році була створена Нижньогородська радіолабораторія, де під керівництвом М. А. Бонч-Бруєвича розроблялись потужні генераторні й малопотужні лампи. Активну участь у цих роботах брали Б. А. Остроумов, А. М. Кугушев, А. А. Нікітін, А. А. Остряков та багато інших вчених.

У 1918-1919 роках Бонч-Бруєвич опублікував теорію тріода, що мала велике значення для розрахунків та проектування електронних ламп (подібні праці в той же час незалежно опублікував німецький вчений Баркгаузен).

Поряд з вакуумними електронними лампами у Нижньогородській радіолабораторії під керівництвом В. П. Вологдіна були створені потужні ртутні випрямлячі.

У 1922 році співробітник Нижньогородської радіолабораторії Лосєв відкрив можливість генерування і підсилення електричних коливань за допомогою напівпровідникового детектора. На жаль, це відкриття не отримало тоді належного розвитку.

У 1921 році Хелл запропонував магнітрон, а у 1930 – пентод, що став однією з найбільш розповсюджених електронних ламп. Тоді ж Л. А. Кубецький винайшов фотоелектронні помножувачі (аналогічні прилади у США винайшов Фарнсворт).

Перші успішні експерименти із телевізійними передавальними електронними трубками (до речі, за глибокої несхвали прибічників електромеханічного телебачення) проводив Б. П. Грабовський – син відомого українського письменника П. А. Грабовського: у 1928 р. в Ташкенті вперше передано й прийнято рухоме зображення за допомогою повністю електронних засобів.

У 30-х роках подібними експериментами з передавальними трубками також займались А. П. Константинов, С. І. Катаєв, П. В. Шмаров, П. В. Тимофєєв.

До речі, телевізор, виконаний на основі електромеханічної системи передачі зображення, широкому загалу вперше продемонстрував шотландський винахідник Джон Берд 27 січня 1926 року. В СРСР перша експериментальна телепередача відбулася у квітні 1931 року у Москві. А перші регулярні телепередачі розпочато у 1934 році в Німеччині.

Перший селеновий випрямляч виготовив німецький вчений Прессер у 1932 році.

Першу електронну обчислювальну машину (на лампах-тріодах) було створено у США у 1946 році.

Але всі ці епохальні відкриття та успіхи можна вважати лише попередніми кроками у створенні теорії електроніки, електронних приладів та схемотехнічних прийомів, оскільки справжня революція в електроніці розпочалася у 1948 році – після винайдення американськими вченими, співробітниками Bell Laboratories Д. Бардіним, У. Браттейном і У. Шеклі транзистора.

Більше того, дехто вважає, що розвиток електроніки, власне, тільки з цього й розпочався! І таке твердження не позбавлене сенсу з огляду на те, якими темпами почали розвиватися електронні технологія, прилади, схемотехніка. Досить звернути увагу на те, що після недовгочасного періоду панування пристроїв на дискретних транзисторах вже у 1965 році Відлар (фірма Fairchild, США) запропонував операційний підсилювач в інтегральному виконанні, а у 1971 році з’явився перший мікропроцесор (фірма Intel, США).

Поєднання інтегральних аналогових та цифрових пристроїв у сукупності з комп’ютерними технологіями (на основі мікропроцесорів) відкрило подальші найширші перспективи у розвитку і застосуванні електроніки.

Успіхи енергетичної електроніки пов’язані з розвитком силових напівпровідникових електронних приладів. Це – створення силового діоду (10 А, 200 В) у 1954 році, винахід у 1956 році тиристора, а далі СІТ-та IGBT-транзисторів у середині 70-х років.

Поєднання силових напівпровідникових приладів з інтегральними системами керування забезпечує прогрес у цій галузі.

Написати коментар

Ви повинні зареєструватись на порталі, щоб отримати право залишити коментар.

селеновий випрямляч

Селеновий випрямляч (селеновий вентиль) – селеновий елемент для випрямітеленія змінної напруги (в основному) промислової частоти і відноситься до групи напівпровідникових діодів.

Випуск перших вітчизняних серійних напівпровідників (купоросні і селенові вентилі) масово почався відразу після закінчення Великої Вітчизняної Війни.

До переваг селенових випрямлячів в першу чергу відносяться: стійкість до струмових перевантажень і до перевантажень по напрузі, висока надійність. Короткочасні перевантаження (в 2–5 разів), що повторюються з великими інтервалами, витримуються селеновими вентилями безболісно.

Стійкість селенових елементів до значних перевантажень по струму і напрузі забезпечує як послідовне, так і паралельне з’єднання їх практично в необмеженій кількості. На відміну від германієвих і кремнієвих діодів селенові випрямлячі не потребують вирівнюють елементах. Це дозволяло випускати селенові випрямлячі практично на будь-які величини напруг і струмів. Наприклад, випускалися селенові випрямлячі з послідовним з’єднанням до 1440 селенових елементів в єдиній конструкції (випрямляч 15ГЕ1440У-С). До такого діода могло бути підведено змінну напругу в 40 кВ. Взагалі ж селенові випрямлячі збиралися на робочу напругу до 240 кВ. Разом з тим випускалися випрямлячі з паралельним з’єднанням елементів, що дозволяє отримати випрямлений струм в 500 А на один стовп (випрямляч 140ГЖ24Я4У).

2. Пристрій селенового випрямляча

Селеновий випрямляч влаштований таким чином. Одним електродом є алюмінієва або залізна пластина, покрита з одного боку шаром кристалічного селену (50 – 60 мкм), що є одним з електродів з доречний (p-типу) провідність, другим електродом є платівка сплаву вісмут – кадмій – олово, що покриває шар селену .

Під дією термічної обробки в селен близько другого електрода утворюється шар селениста кадмію, що володіє електронною провідністю, селен ж володіє доречнийпровідністю.

Замикаючий шар виникає на кордоні між дірковим селеном і електронним селениста кадмієм. Утворюється p – n-перехід. Пропускним напрямом струму є направлення від селену до селениста кадмію (напрямок руху дірок). Один такий випрямляє елемент називають випрямляє шайбою; окремі шайби збирають в випрямний стовпчик.

3. Вольт-амперна характеристика селенових елементів

Основною характеристикою селенового елемента є його вольт-амперна характеристика.

На малюнку приведені прямі вольт-ампсрние характеристики селенових елементів різних типів. Як видно з малюнка, зміна прямого падіння напруги не протікає за прямолінійним законом, що є характерною особливістю всіх напівпровідникових випрямлячів. По горизонтальній осі відкладається пряме падіння напруги Ua в вольтах, що показується вольтметром а по вертикальній осі показання амперметра – щільність струму селенових елементів зазвичай виражається (ма / см2). Завдяки такому відліку струму характеристиками можна користуватися для випрямних елементів всіх розмірів.

Легко бачити, що чим крутіше вольт-амперна характеристика, т. Е. Чим ближче вона до вертикальної осі, тим менше падіння напруги в елементі і тим, отже, більше можна навантажувати цей елемент. Наприклад, якщо допустити пряме падіння напруги на елементі 0,5 В, то щільність струму на елементі типу ТВС “не повинна перевищувати 25 ма / см2, на елементі типу ABC її можна підвищити до 30 ма / см2, а на більш досконалих елементах, розрахованих на підвищені навантаження, можна допустити щільність струму 45–60 Ма / см2.

Таким чином, пряма вольт-амперна характеристика визначає навантажувальну здатність селенового елемента по току. Іншою не менш важливою його характеристикою, що визначає здатність навантаження по напрузі, т. Е. (Замикає) здатність елемента, є його зворотна вольт-амперна характеристика, що представляє собою залежність зворотного струму від величини зворотної напруги, прикладеного до елементу.

Показання вольтметра V відкладаються на горизонтальній осі рис. 9, а показання міліамперметра, віднесені, до одиниці площі елемента, на його вертикальної осі.

Зіставляючи прямі і зворотні вольт-амперні характеристики селенових елементів типів ABC і ТВС, робимо висновок, що елементи типу ABC мають менші втрати в прямому напрямку, ніж елементи типу ТВС, і отже, вони більш кращі для застосування на підвищені струмові навантаження, не кажучи вже про елементах, що мають прямі характеристики, найближчі до вертикальної осі і спеціально призначені для високої щільності струму.

Однак зворотні вольт-амперні характеристики цих же елементів показують, що елементи типу ТВС мають більш хорошими замикаючими властивостями, ніж елементи типу ABC. Як видно з кривої, зворотні струми елементів типу ABC різко зростають при подачі на них зворотної напруги понад 25-30 В, в той час як у елементів типу ТВС це явище накуповує при напрузі тільки 40 -45 В. Ось чому елементи типу ABC випускаються на напругу не більше 30 В, а елементи типу ТВС 30–45 В і більше.

Випрямні елементи по їх замикаючим властивостям поділяються на класи, що позначаються буквами В, Г, Д, Е, І, К. В вітчизняної промисловості прийнята наступна класифікація селенових елементів:

3.1 Залежність ВАХ селенових випрямних елементів від температури

Працюючи селеновий випрямний елемент, може перебувати в різних температурних умовах. Персоналу, який обслуговує апаратуру з селеновими випрямлячами, необхідно враховувати, що опір селенового елемента як в прямому, так і в зворотному напрямках змінюється зі зміною температури.

Це тягне за собою зміни прямого падіння напруги і зворотного струму. Нормально селенові елементи всіх типів з підвищенням температури на їх поверхні зменшують пряме падіння напруги, т. Е. Мають негативним температурним коефіцієнтом. Але це зменшення падіння напруги відбувається до певної температури, після чого подальше підвищення нагріву елемента викликає, як правило, різке збільшення падіння напруги, т. Е. Збільшення втрати енергії в елементі, що сприяє ще більшого нагрівання елемента і ще більшого збільшення втрат.

Виходить так, що елемент сам себе нагріває. Цей процес швидко прогресує, “викликаючи також збільшення зворотних струмів, що ще більше підвищує нагрівання елемента і призводить до пробою замикаючого шару, т. Е. До руйнування випрямляча. Тому при експлуатації випрямлячів ніколи не слід допускати перегріву селенових елементів більш їх робочих температур.

Чим вище температура, при якій змінюється знак температурного коефіцієнта, тим вище теплостійкість елемента. Кожен тип випрямного елемента має свою критичну температурну точку, при якій настає. Зміна знака температурного коефіцієнта з негативного на позитивний, нагрів елемента починає швидко наростати, і елемент, як правило, виходить з ладу. Ця критична точка і визначає теплостійкість елемента.

З графіка на рис слід, що теплостійкість селенових етементов типу ABC нижче, ніж елементів типу ТВС. Найбільшою теплостійкість мають спеціальні температуростойкостью селенові елементи типу АТ.

Пробій селенових вентилів полягає в тепловому руйнуванні частини селенового шару і катодного сплаву під дією великих зворотних струмів, викликаних великими зворотними напруженнями. Зазвичай пробою відбувається при зворотних напругах з амплітудою порядку 50-80 В на кожен елемент.

Пробій елемента супроводжується іскрою, а також опалювальному селену і частини катодного сплаву. Якщо причина пробою усунена, то випрямляч може продовжувати працювати, так як пробите місце в елементі заплавляются аморфним селеном, що не проводить струму. Іноді при перегріванні випрямляча розплавлений електрод (катодний сплав) заливає проміжок між електродами і тим самим замикає елемент з’єднує безпосередньо. В цьому випадку для подальшої нормальної роботи вентиля необхідно видалити розплавлений метал.

Під терміном служби елемента розуміють час, після закінчення якого випрямлена напруга знижується на 6-10%. Після цього старіння елемента помітно сповільнюється і подальше падіння напруги стає майже несуттєвим. Для відновлення номінального значення випрямленої напруги підвищують змінну напругу приблизно на 10%, підключаючи додаткові витки вторинної обмотки трансформатора. Ці витки заздалегідь передбачають при конструюванні селенових випрямлячів.

4. Застосування селенових випрямлячів

селеновий випрямляч напруга струмовий

Список використаної літератури

Пасинків В. В. Чиркин Л. К. Напівпровідникові прилади: Підручник для вузів. – 4-е перераб. і доп. изд. – М. Вища школа, 1987. – С. 145-148. – 479 с. – 50 000 прим.

Геллер І. ​​Х Селенові випрямлячі. – М .– Л. Енергія, 1964. – 24 с. – (Масова радіобібліотека. Вип. 496). – 80 000 прим.

Бензарь В. К. Словник-довідник з електротехніки, промислової електроніки та автоматики. – Мн. Вишейшая школа, 1985. – 176 с.

Буланін Н. П. Селенові випрямлячі. – М. – Л. Госенергоіздат, 1961. – 48 с. – (Бібліотека електромонтера. Вип. 42). – 30 000 прим.

Розміщено на Allbest.ru

Схожі статті

Селеновый выпрямитель

Селе́новый выпрями́тель (селеновый вентиль) — полупроводниковый диод на основе селена.

Устройство

Селеновый выпрямитель состоит из алюминиевой или железной пластины, покрытой с одной стороны слоем кристаллического селена (50 — 60 мкм), являющимся одним из электродов с дырочной (p-тип) проводимостью. Для создания второго электрода на поверхность селена наносится сплав из олова, кадмия и висмута. При вступлении в реакцию (диффузия) селена и кадмия образуется тонкий слой селенида кадмия с электронной (n-тип) проводимостью. На границе между селеном селенидом кадмия образуется p—n-переход. Для улучшения свойств селеновые пластины подвергают электрической формовке путём длительного приложения постоянного напряжения в обратном направлении [1] .

Пластины селеновых выпрямителей могут быть круглой и прямоугольной формы с центральным отверстием для сборки в столбы или без него.

Параметры

По многим параметрам и свойствам селеновые выпрямители уступают кремниевым и германиевым диодам [1] .

Максимальная допустимая плотность тока в прямом направлении не превышает для селеновых выпрямителей 100—200 [2] мА/см². Для выпрямления больших токов применяется параллельное соединение пластин.
Допустимое обратное напряжение составляет 20—40 В, при обратном напряжении 60—80 В происходит пробой. По этой причине выпрямители соединяют последовательно в столбы для применения при более высоких напряжениях.
Максимальная рабочая температура селеновых выпрямителей находится в пределах от 75 до 125 °C.
Максимальное прямое напряжение на одной селеновой пластине составляет 0,45—0,75 В.

Особенности

Для селеновых выпрямителей характерна высокая барьерная ёмкость, что ограничивает их применение в высокочастотных устройствах.

Параметры селеновых выпрямителей изменяются со временем. Длительное хранение приводит к увеличению обратного тока (расформовка). Этот процесс обратим. После подачи на выпрямитель обратного или переменного напряжения обратный ток принимает первоначальное значение в течение 2—3 минут [1] .
Селеновые выпрямители подвержены необратимому возрастанию величины обратного тока, называемому старением. При хранении этот процесс проявляется незначительно, но ускоряется при эксплуатации. Интенсивность его возрастает при увеличении температуры, что определяет предельное значение максимальной рабочей температуры [1] .

Положительной особенностью селеновых выпрямителей является их способность выдерживать кратковременные перегрузки и быстро восстанавливать свои свойства после пробоя (так называемое, «самозалечивание»).

Для выпрямления более высокого напряжения селеновые выпрямители собирают в столбы. Например, выпрямитель 15ГЕ144ОУ-С состоит из 1440 селеновых пластин в одном корпусе и может работать при напряжении до 40 кВ.
Площадь пластин составляет 0,1—400 см². Параллельное соединение пластин позволяет получить выпрямленный ток до 500 А (например, выпрямитель 140ГЖ24ЯУ).

См. также

Примечания

1. ↑ 1234Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 145—148
2. ↑Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. — Минск: Вышэйшая школа, 1985

Литература

• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М .: Высшая школа, 1987. — С. 145-148. — 479 с. — 50 000 экз.
• Геллер И. Х Селеновые выпрямители. — М.— Л.: Энергия, 1964. — 24 с. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 496). — 80 000 экз.
• Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. — Мн. : Вышэйшая школа, 1985. — 176 с.
• Буланин Н. П. Селеновые выпрямители. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 48 с. — (Библиотека электромонтёра. Вып. 42). — 30 000 экз.

Ссылки

• Полупроводниковые диоды
• Силовая электроника
• Источники питания
• Селен