Как определить сопротивление перехода при напряжении…

Содержание
  1. Что такое переходное контактное сопротивление и почему так важно, чтобы оно было минимальным
  2. Что такое переходное контактное сопротивление
  3. Теперь давайте разберемся, что такое контактное нажатие
  4. Переходное сопротивление
  5. Определение
  6. Причины возникновения явления
  7. От чего зависит сопротивление
  8. Факторы, влияющие на величину переходного сопротивления
  9. Методика измерения
  10. Зачем измерять переходное сопротивление (ПС)
  11. Как часто замерять ПС заземления
  12. Транзистор и Биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада
  13. Биполярный транзистор
  14. Схемы включения транзистора
  15. Расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером (ОЭ)
  16. Порядок и пример расчёта транзисторного каскада с ОЭ
  17. Что такое переходное контактное сопротивление и как с ним бороться
  18. Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода
  19. Прямое включение диода. Прямой ток
  20. Обратное включение диода. Обратный ток
  21. Прямое и обратное напряжение диода
  22. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода
  23. Пробои p-n перехода
  24. Электрический пробой
  25. Туннельный пробой
  26. Лавинный пробой
  27. Тепловой пробой
  28. Переходное сопротивление контактов: причины, нормы, методика измерения
  29. Что это такое?
  30. Причины возникновения
  31. От чего зависит переходное сопротивление контактов?
  32. Нормы по ПУЭ 7

Что такое переходное контактное сопротивление и почему так важно, чтобы оно было минимальным

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

Все мы с вами прекрасно знаем, что согласно ПУЭ существует несколько разрешенных способов соединения проводников, а именно: опрессовка, сварка, пайка или использование сжимов.

И, по большому счету, неважно, какой именно вид соединения будет выбран в том или ином конкретном случае. Самое главное, чтобы было обеспечено соединение с минимальным переходным сопротивлением.

А почему это так важно я и расскажу вам в этой статье.

yandex.ru

Что такое переходное контактное сопротивление

Итак, давайте разберемся, что же такое переходное контактное сопротивление, а для этого надо начать с контактного соединения.

Контактное соединение — это конструктивное устройство, в котором создается механическое и вследствие этого электрическое соединение двух и более проводников входящих в электрическую цепь.

В месте контакта двух проводников создается электрический контакт – токопроводящее соединение, в результате которого ток протекает из одного проводника в другой.

Причем если мы с вами просто приложим два проводника друг к другу, то это не обеспечит надежный контакт. Так как реальный контакт проводников осуществляется не по всей поверхности прислоненных пластин, а лишь в немногочисленных точках.

yandex.ru

А все из-за того, что на проводнике присутствуют микроскопические ямы и бугры и даже тщательная обработка (шлифовка) не устранит такие неровности.

Получается, что из-за столь незначительного контакта поверхностей в данном месте будет довольно большое сопротивление протеканию тока.

Сопротивление в месте перехода тока из одного проводника в другой и получило название «Переходное сопротивление контактов.«

Определение. Переходное контактное сопротивление – это активное сопротивление в месте перехода тока из одной детали в другую.

Величину такого сопротивления можно найти по формуле, которая была получена экспериментальным путем:

yandex.ru

Как вы, наверное, заметили, если внимательно изучить формулу, то становится очевидно, что сопротивление контакта не имеет прямой зависимости от размера контактных поверхностей. И в этом случае для переходного сопротивления гораздо важнее сила давления (контактного нажатия).

Теперь давайте разберемся, что такое контактное нажатие

Контактным нажатием называется усилие, с которым оказывается давление одной контактной поверхности на другую.

Число контактных точек начинает увеличиваться по мере того, как возрастает сила нажатия. Причем даже при малом давлении процесс деформации вершин и впадин в значительной степени увеличивает число точек соприкосновения.

И именно по этой причине для создания надежного контакта используют разнообразные способы сжатия и скрепления проводников:

1. Механическое соединение с помощью болтовых соединений.

2. Использование пружин для упругого нажатия (Wago клеммники).

3. Сварка, пайка и опрессовка.

Получается, что переходное контактное сопротивление тем меньше, чем больше сила нажатия, а, следовательно, больше реальная площадь соприкосновения проводников.

yandex.ruПримечание. На первый взгляд кажется, что выше представленное утверждение не согласуется с экспериментально полученной формулой, но на самом деле все прекрасно согласуется. Ведь по формуле мы с вами высчитываем сопротивление в конкретной точке, но с ростом давления количество точек соприкосновения увеличивается, создавая в месте контакта все больше условно параллельных сопротивлений. А, как известно, при параллельном соединении суммарное сопротивление уменьшается.

Но при этом следует учесть, что увеличивать давление (тем самым снижая сопротивление) можно только до определенного уровня. Нельзя допускать пластических деформаций соединяемых проводников, ведь это может привести к их разрушению.

Также данное сопротивление зависит от температуры, ведь при нагреве проводника возрастает переходное контактное сопротивление. Еще следует учесть, что при росте температуры существенно быстрее изменяется удельное сопротивление материала, в результате чего переходное сопротивление наоборот уменьшается.

Получается, что небольшой нагрев не столь страшен, главное чтобы температура не превышала определенных рамок.

Изменение контактного сопротивления со временем

Как говорят классики: «Ничто не вечно под луной.» Так дела обстоят и с надежно выполненным контактом. Минимальное переходное сопротивление у него будет лишь в самом начале, а во время эксплуатации оно может существенно измениться и вот почему.

Сильное влияние на такое сопротивление оказывает температура. Так даже при температуре в 20 градусов по Цельсию медь окисляется, в результате чего на поверхности жилы формируется оксидная пленка, которую достаточно легко разрушить.

А вот если температура провода в результате сильно возросшей нагрузки или плохого контакта возрастет до +70 градусов и более, процесс формирования оксидной пленки ускорится многократно, что приведет к еще большему увеличению сопротивления, а, следовательно, увеличит нагрев, что может привести к плачевным последствиям.

yandex.ru

Но еще хуже дела обстоят с алюминием, ведь это очень активный металл и процесс формирования пленки из оксидов идет гораздо интенсивней. А сформированная пленка (в отличие от медной) очень устойчива и тугоплавка. Сопротивление окисла алюминия равно 1012 Ом*см.

Отсюда следует вывод, что использовать алюминий для выполнения, например, домашней проводки, нежелательно. Ведь таким образом создать надежное контактное соединение со стабильно низким контактным сопротивлением будет достаточно сложно.

И, подводя итог всего вышенаписанного, хочу сказать, что какой бы вы не выбрали способ соединения проводов, самое главное, чтобы контакт был выполнен строго по всем правилам и требованиям, и тогда переходное контактное сопротивление будет минимально, и соединение при должном периодическом обслуживании (если это не сварка тут обслуживание не нужно) прослужит вам очень долго и безаварийно.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5aef12c13dceb76be76f1bb1/5cf16cb5db8c7100afb2ffc5

Переходное сопротивление

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

Коммутацию электрических цепей невозможно представить без соединительных контактов. Даже если устройство напичкано электронными ключами, всё равно парочка механических контактных соединений найдётся. Случается так, что контакты греются. Это происходит из-за переходного сопротивления между ними.

Измерение переходного сопротивления

Определение

Переходное сопротивление (ПС) – это такое сопротивление, которое появляется там, где поверхности контактов соединяются друг с другом. Оно возникает при преодолении током границы токопроводящего соединения. В этом случае активное сопротивление резким скачком увеличивается при прохождении тока от одной поверхности к другой.

Причины возникновения явления

Контактное соединение коммутирует между собой участки электроцепи. Там, где происходит соединение, получается токопроводящее взаимное прикосновение, через которое ток из одного участка цепи переходит в другой.

Обычное наложение поверхностей не выполняет качественного соединения. Это связано с тем, что реальные поверхности – это неровности, имеющие выступы и углубления.

При достаточном увеличении изображения можно это наблюдать даже на отшлифованных плоскостях.

Пятно контакта под микроскопом

Внимание! На практике получается, что площадь реального прикосновения гораздо меньше всей площади контакта.

Ещё одной причиной возникновения такого сопротивления являются пленки окисления металла, присутствующие на поверхностях. Они препятствуют движению электричества и стягивают линии тока к точкам касания. Избавиться от этого сопротивления полностью невозможно. Его величина всегда больше, чем удельные сопротивления металлов, из которых выполнены проводники.

Микроструктура электрического контакта

От чего зависит сопротивление

Эквивалентное сопротивление

На величину ПС влияют следующие причины:

  • плотность тока в месте смыкания контактов;
  • сила, с которой сжимаются поверхности соединения;
  • материал, из которого изготовлены контакты;
  • уровень окисления металлических поверхностей.

Важно! Любое контактное соединение Rк является суммой пары сопротивлений: R (металла, из которого изготовлен контакт) и Rп (переходного) – Rп = R + Rк.

Факторы, влияющие на величину переходного сопротивления

Прежде, чем говорить о факторах, нужно знать, что собой представляют контакты. Они различаются по виду контактируемой поверхности:

  • точечные – соединение происходит в точке;
  • линейные – соприкасаются по линии;
  • плоскостные – контакт по плоскости.

Примеры точечных соединений – «сфера – сфера»; «вершина конуса – плоскость», «сфера – плоскость» и др. К линейным относятся соприкосновения: «тор – плоскость», «цилиндр – плоскость», «цилиндр – цилиндр» и т.п.

Площадь прикосновения контактов можно подсчитать по формуле:

Sпр = F/σ,

где:

  • F – сила сжатия контактов;
  • σ – временное сопротивление материала контактов сжатию.

Существуют разные способы соединения:

  • механические (скрутки, болтовые зажимы, опрессовка);
  • сварка;
  • пайка.

Величина переходного сопротивления определяется по формуле:

Rп = knx/(0,102*Fk)n,

где:

  • knx – коэффициент, обуславливаемый материалом, формой контакта, состоянием поверхности;
  • Fk – сила, с которой сжимаются контакты;
  • n – показатель степени, показывающий число точек соприкосновения.

Показатель степени для разных видов контактов:

  • для точечного – n = 0,5;
  • для линейного – n = 0,5-0,7;
  • для плоскостного (поверхностного) – n = 0,7-1.

Существуют принятые по гост ГОСТ 24606.3-82 нормы переходного сопротивления контактов.

Внимание! С окислением поверхностей металлов в местах соединений можно бороться при помощи протирания контактов спиртосодержащими растворами. Допустимо смазывать болтовые соединения солидолом, это поможет снижать доступ кислорода и замедлять процесс окисления.

Регулярная протяжка контактов и скруток, недопустимость соединений меди и алюминия, полировка губок контакторов – всё это меры борьбы с переходным сопротивлением.

К сведению. Плохое прижатие контактируемых поверхностей вызывает не только повышение сопротивления, но и увеличение степени нагрева проводников.

Результат нагрева места соединения

Методика измерения

Существует регламент измерений Rп для коммутационных устройств: автоматических выключателей, разъединителей, сборных и соединительных шин и другой аппаратуры.

Методы измерений следующие:

  • метод непосредственного отсчёта;
  • способ вольтметра-амперметра;
  • измерение статической нестабильности Rп.

При первом способе тестирования применяют приборы, позволяющие выполнять непосредственный отсчёт с учётом погрешности (±10%). При этом методе измеряют сопротивление контактного соединения.

Важно! Тестируемые поверхности контакт-детали не зачищают и не обрабатывают перед измерением. Контакт-деталь сочленяют (замыкают) и присоединяют к выводам приборов. Размыкание контактов и передвижение измерительных проводов недопустимы.

При помощи метода вольтметра-амперметра определяют величину падения напряжения (при установленном значении тока) на тестируемом переходе.

Схема измерительной установки

Все погрешности измерений приборов, входящих в схему, должны быть в пределах ±3%. Значение R1 подбирают на два порядка больше, чем предполагаемое измеряемое сопротивление.

Расчёт результатов измерений выполняют по формуле:

Rп = UPV2/IPA,

где:

  • UPV2 – результат, полученный на вольтметре PV2, В;
  • IPA – ток, измеряемый амперметром PA, А.

Статическую нестабильность Rп определяют, находя величину среднеквадратичного отклонения Rп по результатам многочисленных замеров.

Внимание! Переходное сопротивление замеряют одним из методов, рассмотренных выше. Контакт-деталь размыкают и заново смыкают перед каждым тестированием, снимая электрическую нагрузку.

Необходимый результат получают, используя формулы на рис. ниже.

Формулы для расчёта результата методом статической нестабильности

Погрешность результатов, полученных при этом методе, лежит в пределах ±10% (с вероятностью 0,95).

Перечень приборов, применяемых для измерений

Измерения Rп переходов проводят и микрометром ММR-610. В результате работы тестируют сопротивления постоянному току контактов автоматов и других соединений. Проводят два вида измерений:

  • однонаправленным током;
  • двунаправленным током.

В первом случае не отображается величина активного сопротивления R, зато этот метод убыстряет процесс измерений там, где нет внутренних напряжений и сил электростатики. Во втором случае прибор устраняет погрешности (ошибки), возникающие от присутствия в тестируемой конструкции таких сил и напряжений.

Полученные в результате измерений (проверки) данные записываются в протокол, согласно ПУЭ-7 п.1.8.5. Протокол хранится совместно с паспортами на оборудование.

Образец протокола проверки

Зачем измерять переходное сопротивление (ПС)

Электрические установки (ЭУ), а также корпуса электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других преобразователей необходимо заземлять. Присоединение заземляющего устройства к оборудованию и ЭУ выполняется болтовым соединением, которое так же имеет ПС.

Для надёжности срабатывания защитного отключения при коротком замыкании переменного тока на корпус ПС периодически должно проверяться.

Результаты тестирования ПС дают возможность понять, какова вероятность поражения человека током, есть ли опасность возгорания оборудования при повышении температуры на плохих контактах. Высокое ПС увеличивает время срабатывания защитного оборудования.

Как часто замерять ПС заземления

Заземление – это специальное соединение оборудования с заземляющим устройством (ЗУ).

ЗУ представляет собой устройство, состоящее из следующих элементов:

  • заземлителя (контура заземления);
  • шины заземления;
  • заземляющих проводников.

Проверку в полном объёме с вскрытием грунта, осмотром состояния заземлителей и соединяющих их проводников проводят 1 раз в 12 лет. Внеплановые проверки проводят после капитальных ремонтов, связанных с заземляющими элементами. Срок проверки и измерений ПС ЗУ назначается на основании рекомендаций организации, которая выполняла предыдущую проверку.

К сведению. Замеры рекомендовано производить в месяцы наибольшего промерзания или высыхания грунта.

Значение Rп, лежащее в пределах регламентируемых норм, обеспечивает стабильную работу коммутационных устройств. Это, в свою очередь, способствует бесперебойной и безопасной эксплуатации оборудования.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/perexodnoe-soprotivlenie.html

Транзистор и Биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

В данной статье расскажем про транзистор. Покажем схемы его подключения и расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером.

ТРАНЗИСТОР — это полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (Si – кремния, или — германия), содержащего не менее трёх областей с различной — электронной (n) и дырочной (p) — проводимостью. Изобретён в 1948 американцами У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. По физической структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные (чаще называют просто транзисторами) и униполярные (чаще называют полевыми транзисторами). В первых, содержащих два, или более электронно-дырочных перехода, носителями заряда служат как электроны, так и дырки, во вторых — либо электроны, либо дырки. Термн «транзистор» нередко используют для обозначения портативных радиовещательных приёмников на полупроводниковых приборах.

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор может быть n-p-n и p-n-p проводимости. Не заглядывая во внутренности транзистора, можно отметить разницу проводимостей лишь в полярности подключения в практических схемах источников питания, конденсаторов, диодов, которые входят в состав этих схем. На рисунке справа графически изображены n-p-n и p-n-p транзисторы.

У транзистора три вывода. Если рассматривать транзистор как четырёхполюсник, то у него должно быть два входных и два выходных вывода. Следовательно, какой то из выводов должен быть общим, как для входной, так и для выходной цепи.

Схемы включения транзистора

Схема включения транзистора с общим эмиттером – предназначена для усиления амплитуды входного сигнала по напряжению и по току. При этом входной сигнал, усиливаясь транзистором, инвертируется.

Другими словами фаза выходного сигнала поворачивается на 180 градусов. Эта схема, является основной, для усиления сигналов разной амплитуды и формы.

Входное сопротивление транзисторного каскада с ОЭ бывает от сотен Ом до единиц килоом, а выходное — от единиц до десятков килоом.

Схема включения транзистора с общим коллектором – предназначена для усиления амплитуды входного сигнала по току. Усиления по напряжению в такой схеме не происходит. Правильнее сказать, коэффициент усиления по напряжению даже меньше единицы. Входной сигнал транзистором не инвертируется.

Входное сопротивление транзисторного каскада с ОК бывает от десятков до сотен килоом, а выходное в пределах сотни ом — единиц килоом. Благодаря тому, что в цепи эмиттера находится, как правило, нагрузочный резистор, схема обладает большим входным сопротивлением.

Кроме того, благодаря усилению входного тока, она обладает высокой нагрузочной способностью. Эти свойства схемы с общим коллектором используются для согласования транзисторных каскадов — как «буферный каскад».

Так как, входной сигнал, не усиливаясь по амплитуде «повторяется» на выходе, схему включения транзистора с общим коллектором ещё называют Эмиттерный повторитель.

Имеется ещё Схема включения транзистора с общей базой. Эта схема включения в теории есть, но в практике она реализуется очень тяжело. Такая схема включения используется в высокочастотной технике. Особенность её в том, что у неё низкое входное сопротивление, и согласовать такой каскад по входу сложно.

Опыт в электронике у меня не малый, но говоря об этой схеме включения транзистора, я извините, ничего не знаю! Пару раз использовал как «чужую» схему, но так и не разбирался. Объясню: по всем физическим законам транзистор управляется его базой, вернее током, протекающим по пути база-эмиттер.

Использование входного вывода транзистора — базы на выходе — не возможно. На самом деле базу транзистора через конденсатор «сажают» по высокой частоте на корпус, а на выходе её и не используют. А гальванически, через высокоомный резистор, базу связывают с выходом каскада (подают смещение).

Но подавать смещение, по сути можно откуда угодно, хоть от дополнительного источника. Всё равно, попадающий на базу сигнал любой формы гасится через тот же самый конденсатор. Чтобы такой каскад работал, входной вывод — эмиттер через низкоомный резистор «сажают» на корпус, отсюда и низкое входное сопротивление.

В общем, схема включения транзистора с общей базой — тема для теоретиков и экспериментаторов. На практике она встречается крайне редко. За свою практику в конструировании схем никогда не сталкивался с необходимостью использования схемы включения транзистора с общей базой.

Объясняется это свойствами этой схемы включения: входное сопротивление — от единиц до десятков Ом, а выходное сопротивление — от сотен килоом до единиц мегаом. Такие специфические параметры — редкая потребность.

Биполярный транзистор может работать в ключевом и линейном (усилительном) режимах. Ключевой режим используется в различных схемах управления, логических схемах и др.

В ключевом режиме, транзистор может находиться в двух рабочих состояниях – открытом (насыщенном) и закрытом (запертом) состоянии.

Линейный (усилительный) режим используется в схемах усиления гармонических сигналов и требует поддержания транзистора в «наполовину» открытом, но не насыщенном состоянии.

Для изучения работы транзистора, мы рассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером, как наиболее важную схему включения.

Схема изображена на рисунке. На схеме VT – собственно транзистор. Резисторы Rб1 и Rб2 – цепочка смещения транзистора, представляющая собой обыкновенный делитель напряжения. Именно эта цепь обеспечивает смещение транзистора в «рабочую точку» в режиме усиления гармонического сигнала без искажений.

Резистор – нагрузочный резистор транзисторного каскада, предназначен для подвода к коллектору транзистора электрического тока источника питания и его ограничения в режиме «открытого» транзистора. Резистор – резистор обратной связи, по своей сути увеличивает входное сопротивление каскада, при этом, уменьшает усиление входного сигнала.

Конденсаторы С выполняют функцию гальванической развязки от влияния внешних цепей.

Чтобы Вам было понятнее, как работает биполярный транзистор, мы проведём аналогию с обычным делителем напряжения (см. рис. ниже). Для начала, резистор R2 делителя напряжения сделаем управляемым (переменным).

Изменяя сопротивление этого резистора, от нуля до «бесконечно» большого значения, мы можем получить на выходе такого делителя напряжение от нуля до значения, подаваемого на его вход.

А теперь, представим себе, что резистор R1 делителя напряжения – это коллекторный резистор транзисторного каскада, а резистор R2 делителя напряжения – это переход транзистора коллектор-эмиттер.

При этом, подавая на базу транзистора управляющее воздействие в виде электрического тока, мы изменяем сопротивление перехода коллектор-эмиттер, тем самым меняем параметры делителя напряжения. Отличие от переменного резистора в том, что транзистор управляется слабым током. Именно так и работает биполярный транзистор. Вышеуказанное изображено на рисунке ниже:

Для работы транзистора в режиме усиления сигнала, без искажения последнего, необходимо обеспечить этот самый рабочий режим. Говорят о смещении базы транзистора.

Грамотные специалисты тешат себя правилом: Транзистор управляется током – это аксиома. Но режим смещения транзистора устанавливается напряжением база-эмиттер, а не током – это реальность.

И у того, кто не учитывает напряжение смещения, никакой усилитель работать не будет. Поэтому в расчётах его значение должно учитываться.

Итак, работа биполярного транзисторного каскада в режиме усиления происходит при определённом напряжении смещения на переходе база-эмиттер. Для кремниевого транзистора значение напряжения смещения лежит в пределах 0,6…0,7 вольт, для германиевого – 0,2…0,3 вольта.

Зная об этом понятии, можно не только рассчитывать транзисторные каскады, но и проверять исправность любого транзисторного усилительного каскада. Достаточно мультиметром с высоким внутренним сопротивлением измерить напряжение смещения база-эмиттер транзистора.

Если оно не соответствует 0,6…0,7 вольт для кремния, или 0,2…0,3 вольта для германия, тогда ищите неисправность именно здесь – либо неисправен транзистор, либо неисправны цепи смещения или развязки этого транзисторного каскада.

Вышеуказанное, изображено на графике – вольтамперной характеристике (ВАХ).

Большинство из «спецов», посмотрев на представленную ВАХ скажет: Что за ерунда нарисована на центральном графике? Так выходная характеристика транзистора не выглядит! Она представлена на правом графике! Отвечу, там всё правильно, а началось это с электронно-вакуумных ламп.

Раньше вольтамперной характеристикой лампы считалось падение напряжения на анодном резисторе. Сейчас, продолжают измерять на коллекторном резисторе, а на графике приписывают буквы, обозначающие падение напряжения на транзисторе, в чём глубоко ошибаются.

На левом графике Iб – Uбэ представлена входная характеристика транзистора. На центральном графике Iк – Uкэ представлена выходная вольтамперная характеристика транзистора.

А на правом графике IR – UR представлен вольтамперный график нагрузочного резистора , который обычно выдают за вольтамперную характеристику самого транзистора.

На графике имеет место линейный участок, используемый для линейного усиления входного сигнала, ограниченный точками А и С.

Средняя точка – В, является именно той точкой, в которой необходимо содержать транзистор, работающий в усилительном режиме.

Этой точке соответствует определённое напряжение смещения, которое при расчётах обычно берут: 0,66 вольт для транзистора из кремния, или 0,26 вольт для транзистора из германия.

По вольтамперной характеристике транзистора мы видим следующее: при отсутствии, или малом напряжении смещения на переходе база-эмиттер транзистора, ток базы и ток коллектора отсутствуют. В этот момент на переходе коллектор-эмиттер падает всё напряжение источника питания.

При дальнейшем повышении напряжения смещения база-эмиттер транзистора, транзистор начинает открываться, появляется ток базы и вместе с ним растёт ток коллектора. При достижении «рабочей области» в точке С, транзистор входит в линейный режим, который продолжается до точки А.

При этом, падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер уменьшается, а на нагрузочном резисторе , наоборот увеличивается. Точка В – рабочая точка смещения транзистора, — это такая точка, при которой на переходе коллектор — эмиттер транзистора, как правило, устанавливается падение напряжения равное ровно половине напряжения источника питания.

Отрезок АЧХ от точки С, до точки А называют рабочей областью смещения. После точки А , ток базы и следовательно ток коллектора резко возрастают, транзистор полностью открывается — входит в насыщение.

В этот момент, на переходе коллектор-эмиттер падает напряжение обусловленное структурой n-p-n переходов, которое приблизительно равно 0,2…1 вольт, в зависимости от типа транзистора. Всё остальное напряжение источника питания падает на сопротивлении нагрузки транзистора – резисторе ., который кроме того, ограничивает дальнейший рост тока коллектора.

По нижним «дополнительным» рисункам, мы видим, как изменяется напряжение на выходе транзистора в зависимости от подаваемого на вход сигнала. Выходное напряжение (падение напряжения на коллекторе) транзистора противофазно (на 180 градусов) к входному сигналу.

Расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером (ОЭ)

Прежде чем перейти непосредственно к расчёту транзисторного каскада, обратим внимание на следующие требования и условия:

• Расчёт транзисторного каскада проводят, как правило, с конца (т.е. с выхода);

• Для расчета транзисторного каскада нужно определить падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора в режиме покоя (когда отсутствует входной сигнал). Оно выбирается таким, чтобы получить максимально неискаженный сигнал. В однотактной схеме транзисторного каскада работающего в режиме «A» это, как правило, половина значения напряжения источника питания;

• В эмиттерной цепи транзистора бежит два тока — ток коллектора (по пути коллектор-эмиттер) и ток базы (по пути база-эмиттер), но так как ток базы достаточно мал, им можно пренебречь и принять, что ток коллектора равен току эмиттера;

• Транзистор – усилительный элемент, поэтому справедливо будет заметить, что способность его усиливать сигналы должна выражаться какой-то величиной.

Величина усиления выражается показателем, взятым из теории четырёхполюсников — коэффициент усиления тока базы в схеме включения с общим эмиттером (ОЭ) и обозначается он — h21.

Его значение приводится в справочниках для конкретных типов транзисторов, причём, обычно в справочниках приводится вилка (например: 50 – 200). Для расчётов обычно выбирают минимальное значение (из примера выбираем значение — 50);

• Коллекторное () и эмиттерное () сопротивления влияют на входное и выходное сопротивления транзисторного каскада. Можно считать, что входное сопротивление каскада Rвх=Rэ*h21, а выходное равно Rвых=Rк. Если Вам не важно входное сопротивление транзисторного каскада, то можно обойтись вовсе без резистора ;

• Номиналы резисторов и ограничивают токи, протекающие через транзистор и рассеиваемую на транзисторе мощность.

Порядок и пример расчёта транзисторного каскада с ОЭ

Исходные данные:

Питающее напряжение Uи.п.=12 В.

Выбираем транзистор, например: Транзистор КТ315Г, для него:

Pmax=150 мВт; Imax=150 мА; h21>50.

Принимаем Rк=10*Rэ

Напряжение б-э рабочей точки транзистора принимаем Uбэ = 0,66 В

Решение:

1. Определим максимальную статическую мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала, через рабочую точку В статического режима транзистора. Она должна составлять значение, на 20 процентов меньше (коэффициент 0,8) максимальной мощности транзистора, указанной в справочнике.

Принимаем Pрас.max=0,8*Pmax=0,8*150 мВт=120 мВт

2. Определим ток коллектора в статическом режиме (без сигнала):

Iк0=Pрас.max/Uкэ0=Pрас.max/(Uи.п./2) = 120мВт/(12В/2) = 20мА.

3. Учитывая, что на транзисторе в статическом режиме (без сигнала) падает половина напряжения питания, вторая половина напряжения питания будет падать на резисторах:

(Rк+Rэ)=(Uи.п./2)/Iк0 = (12В/2)/20мА=6В/20мА = 300 Ом.

Учитывая существующий ряд номиналов резисторов, а также то, что нами выбрано соотношение Rк=10*Rэ, находим значения резисторов :

= 270 Ом; = 27 Ом.

4. Найдем напряжение на коллекторе транзистора без сигнала.

Uк0=(Uкэ0+ Iк0*Rэ)=(Uи.п.— Iк0*Rк) = (12 В — 0,02А * 270 Ом) = 6,6 В.

5. Определим ток базы управления транзистором:

Iб=Iк/h21=[Uи.п./(Rк+Rэ)]/h21 = [12 В / (270 Ом + 27 Ом)] / 50 = 0,8 мА.

6. Полный базовый ток определяется напряжением смещения на базе, которое задается делителем напряжения Rб1,Rб2. Ток резистивного базового делителя должен быть на много больше (в 5-10 раз) тока управления базы , чтобы последний не влиял на напряжение смещения. Выбираем ток делителя в 10 раз большим тока управления базы:

Rб1,Rб2: Iдел.=10*Iб = 10 * 0,8 мА = 8,0 мА.

Тогда полное сопротивление резисторов

Rб1+Rб2=Uи.п./Iдел. = 12 В / 0,008 А = 1500 Ом.

7. Найдём напряжение на эмиттере в режиме покоя (отсутствия сигнала). При расчете транзисторного каскада необходимо учитывать: напряжение база-эмиттер рабочего транзистора не может превысить 0,7 вольта! Напряжение на эмиттере в режиме без входного сигнала примерно равно:

Uэ=Iк0*Rэ = 0,02 А * 27 Ом= 0,54 В,

где Iк0 — ток покоя транзистора.

8. Определяем напряжение на базе

Uб=Uэ+Uбэ=0,54 В+0,66 В=1,2 В

Отсюда, через формулу делителя напряжения находим:

Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Uи.п. = 1500 Ом * 1,2 В / 12В = 150 ОмRб1= (Rб1+Rб2)-Rб2 = 1500 Ом — 150 Ом = 1350 Ом = 1,35 кОм.

По резисторному ряду , в связи с тем, что через резистор Rб1 течёт ещё и ток базы, выбираем резистор в сторону уменьшения: Rб1=1,3 кОм.

9. Разделительные конденсаторы выбирают исходя из требуемой амплитудно-частотной характеристики (полосы пропускания) каскада. Для нормальной работы транзисторных каскадов на частотах до 1000 Гц необходимо выбирать конденсаторы номиналом не менее 5 мкФ.

На нижних частотах амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) каскада зависит от времени перезаряда разделительных конденсаторов через другие элементы каскада, в том числе и элементы соседних каскадов. Ёмкость должна быть такой, чтобы конденсаторы не успевали перезаряжаться.

Входное сопротивление транзисторного каскада много больше выходного сопротивления. АЧХ каскада в области нижних частот определяется постоянной времени tн=Rвх*Cвх, где Rвх=Rэ*h21, Cвх — разделительная входная емкость каскада.

Cвых транзисторного каскада, это Cвх следующего каскада и рассчитывается она так же. Нижняя частота среза каскада (граничная частота среза АЧХ) fн=1/tн.

Для качественного усиления, при конструировании транзисторного каскада необходимо выбирать, чтобы соотношение 1/tн=1/(Rвх*Cвх)

Источник: https://meanders.ru/tranzistors.shtml

Что такое переходное контактное сопротивление и как с ним бороться

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

Из размещенных на сайте Электрик Инфо ранее статей можно заметить, что как только вопрос касается способов соединения проводов, то сразу возникают споры вокруг того, какой из вариантов соединения лучше и надежнее. Наиболее качественным соединением контактов всегда будет то, которое обеспечивает наиболее низкое значение переходного контактного сопротивления как можно более длительное время.

Контактные соединения в большом количестве входят во все электрические цепи и аппараты и являются их очень ответственными элементами.

Так как от состояния электрических контактов в наибольшей степени зависит безаварийная работа электрооборудования и электропроводки, то в этой статье давайте разберемся что же это такое — «переходное контактное сопротивление» и от каких факторов зависит его величина.

Опираться при этом будем на теорию электрических аппаратов, так как именно именно в этой дисциплине вопросы электрического контактирования исследованы наиболее хорошо и подробно.

Итак. Контактное соединение – это конструктивное устройство, в котором осуществляется электрическое и механическое соединения двух или нескольких отдельных проводников, которые входят в электрическую цепь. В месте соприкосновения проводников образуется электрический контакт – токопроводящее соединение, через которое ток протекает из одной части в другую.

Простое наложение контактных поврехностей соединяемых проводников не обеспечивает хорошего контакта, так как действительное соприкосновение происходит не по всей поверхности, а только в немногих точках. Причина этого — неровность поверхности контактирующих элементов и даже при очень тщательной шлифовке на поверхностях остаются микроскопические возвышения и впадины.

В книгах по электрическим аппаратам можно встретить подтверждение этому на фотографиях сделанных с помощью микроскопа. Действительная площадь спорикосновения во много раз меньше общей контактной поверхности.

Из-за малой площади соприкосновения контакт представляет довольно значительное сопротивление для прохождения тока. Сопротивление в месте перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется переходным контактным сопротивлением. Сопротивление контакта всегда больше, чем сплошного проводника таких же размеров и формы.

Переходное контактное сопротивление – это резкое увеличение активного сопротивления в месте перехода тока из одной детали в другую.

Его величина определяется по формуле, которая вываедена опытным путем в результате многочисленных исследований:

Rп = ε / (0,102 Fm ),

где ε – коэффициент, который зависит от свойств материала контактов, а также от способа обработки и чистоты контактной поверхности (ε зависит от физических свойств материалов контактов, удельного электрического сопротивления, механической прочности, способности материалов контактов к окислению, теплопроводности), F – сила контактного нажатия, Н, m – коэффициент, зависящий от числа точек соприкосновения контактных поверхностей. Этот коэффициент может принимать значения от 0,5 до 1. Для плоскостного контакта m = 1.

Из уравнения также следует, что сопротивление контакта не зависит от размера контактных поверхностей и для контакта определяется прежде всего силой давления (контактного нажатия).

Контактное нажатие – усилие, с которым одна контактная поверхность воздействует на другую. Число соприкосновений в контакте быстро растет при нажатии.

Даже при небольших давлениях в контакте происходит пластическая деформация, вершины выступов сминаются и с увеличением давления все новые точки приходят в соприкосновение.

Поэтому при создании контактных соединений применяют различные способы нажатия и скрепления проводников:

— механическое соединение при помощи болтов (для этого используются различные клеммники)

— приведение в соприкосновение при помощи упругого нажатия пружин (клеммники с плоско-пружинным зажимом, например WAGO),

— сварку, спайку, опрессовку.

Если два проводника соприкасаются в контакте, то число площадок и суммарная площадь соприкосновения будут зависеть от величины силы нажатия и от прочности материала контакта (его временного сопротивления на смятие).

Переходное контактное сопротивление тем меньше, чем больше сила нажатия, так как от нее зависит действительная площадь соприкосновения. Однако давление в контакте целесообразно увеличивать только до некоторой определенной величины, потому что при малых значениях давления переходное сопротивление уменьшается быстро, а при больших – почти не изменяется.

Таким образом, давление должно быть достаточно большим для того, чтобы обеспечить малое переходное сопротивление, но не должно вызывать пластических деформаций в металле контактов, что может привести к их разрушению.

Свойства контактного соединения могут с течением времени меняться. Только новый, тщательно обработанный и зачищенный контакт при достаточном давлении имеет наименьшее возможное переходное контактное сопротивление.

В процессе эксплуатации под действием разнообразных факторов внешнего и внутреннего характера переходное сопротивление контакта увеличивается. Контактное соединение может настолько ухудшиться, что иногда становится источником аварии.

В очень большей степени переходное контактное сопротивление зависит от температуры. При протекании тока контакт нагревается и повышение температуры вызывает увеличение переходного сопротивления.

Однако увеличение переходного сопротивления контакта идет медленнее, чем увеличение удельного сопротивления материала контакта, так как при нагреве снижается твердость материала и его временное сопротивление смятию, что, как известно, уменьшает переходное сопротивление.

Нагрев контакта приобретает особенно важное значение и в связи с его влиянием на процесс окисления контактных поверхностей. Окисление вызывает очень сильное увеличение переходного сопротивления. При этом окисление поверхности контакта идет тем интенсивнее, чем выше температура контакта.

Медь окисляется на воздухе при обычных температурах жилых помещений (около 20 оС). Образующаяся при этом окисная пленка не обладает большой прочностью и легко разрушается при сжатии. Особенно интенсивное окисление меди начинается при температурах выше 70 оС.

Алюминиевые контакты на воздухе окисляются более интенсивно, чем медь. Они быстро порываются пленкой окиси алюминия, которая является очень устойчивой и тугоплавкой и обладает такая пленка довольно высоким сопротивлением – порядка 1012 ом х см.

Отсюда можно сделать вывод, что добиться нормального контактирования со стабильным переходным контактным сопротивлением, которое не будет увеличиваться в процессе эксплуатации в этом случае очень тяжело.

Именно по этому использовать алюминий в электропроводке неудобно и опасно и большинство проблем с электропроводкой, которые описываются в книгах и в Интернете случаются именно при использовании проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.

Таким образом, состояние контактных поврехностей оказывает решающее влияние на рост переходного сопротивления контакта.

Для получения устойчивости и долговечности контактного соединения должна быть выполнена качественная зачистка и обработка контактной поверхности, а также создано оптимальное давление в контакте.

Показателями хорошего качества контактов служат его переходное контактное сопротивление и температура нагрева.

Фактически используя любой из известных способов соединения проводов (клеммники разных видов, сварка проводов, пайка, опрессовка) можно добиться стабильно низкого переходного контактного сопротивления. При этом, важно соединять провода правильно, обязательно соблюдая технологию с использованием необходимого для каждого способа соединения и ответвления проводов материалов и инструмента.

Источник: http://electrik.info/main/school/449-perehodnoe-kontaktnoe-soprotivlenie.html

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например.

Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными.

Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками.

Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области.

А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа.

Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет.

Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр).

Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод.

Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод.

В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например.

Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока.

Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов.

Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например.

При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника.

И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки.

Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике).

Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет.

Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними.

Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

Источник: https://sesaga.ru/princip-raboty-dioda-volt-ampernaya-xarakteristika-proboi-p-n-perexoda.html

Переходное сопротивление контактов: причины, нормы, методика измерения

Как определить сопротивление перехода при напряжении...

В электротехнике очень часто возникает необходимость коммутации электрических цепей. Каждое электромеханическое коммутирующее устройство имеет, как минимум, одну пару соединительных контактов. Вопреки ожиданиям, нередко можно наблюдать, что контакты нагреваются. Виной тому является переходное сопротивление контактов, от которого невозможно полностью избавиться.

Контактное пятно образуется в результате любого соприкосновения проводников. В точке соединения проводов всегда возникает сопротивление, которое превышает величину удельных сопротивлений материалов проводника. Существует несколько причин такого явления, о которых речь пойдёт в данной статье. А для начала выясним, что подразумевают под термином переходного сопротивления контактов.

Что это такое?

Сопротивление, возникающее в зоне соприкосновения контактных поверхностей, при преодолении током точек касания, носит название  переходного сопротивления контактов.

Другими словами – это скачкообразное увеличение активного  сопротивления в результате прохождения тока через контактное пятно.

Математически такое явления можно выразить как отношение падения напряжения на контактах к протекающему через них току: ΔU/I

Как видно из формулы данная величина обратно пропорциональна силе контактного нажатия: Rn = ε/F, где ε – коэффициент, зависящий от физических свойств материала и чистоты обработки поверхности. Эту зависимость можно продемонстрировать на графике (рис. 1).

Рис. 1. График зависимости от приложенной силы нажатия

Нагревание контактных поверхностей – одна из причин быстрого их износа. Поэтому наиболее качественным соединением считается такое, для которого сопротивление контактного перехода является самым низким. В идеале оно должно равняться нулю. Но в силу ряда причин достичь такого значения на практике невозможно.

Причины возникновения

Для сплошного проводника справедлива формула: R = ρ * ( l / S ), где ρ – удельное сопротивление, l – длина, S – сечение проводника. Казалось бы, решение очень простое – надо увеличить площадь контактных площадок в конструкции электрического аппарата.

К сожалению, такое усовершенствование не решает задачи кардинально. И дело даже не в том, что применять закон Ома к плоскостным контактам следует с учётом площади прикосновения поверхностей.

Оказывается, что увеличение контактной площадки не сильно увеличивает площадь контактного пятна.

Если посмотреть под микроскопом на поверхность плоской контактной площадки, то можно заметить неровности (рис. 2). Касание контактов происходит лишь в некоторых точках. Даже тщательная шлифовка мало помогает. Дело в том, что в результате замыкания и размыкания контактов образуется искра (электрическая дуга), которая увеличивает неровности контактных поверхностей.

Рис. 2. Структура плоских контактных площадок

Обратите внимание на то, как увеличивается контактное пятно под действием силы нажатия (рисунок справа). Это объясняет причину зависимости сопротивления контактного перехода от нажатия, (график такой зависимости представлен на рисунке 1).

От чего зависит переходное сопротивление контактов?

Мы выяснили, что от площадей соприкасаемых поверхностей мало что зависит.  На нагрев участка механического соединения влияют и другие явления. Например, окисление меди приводит к повышению температуры нагрева на скрутках соединительных проводов. Аналогичный процесс происходит также при соединении алюминиевых проводников.

В результате окисления проводников на их поверхностях образуется тонкая оксидная плёнка. С одной стороны, наличия пленок препятствует проникновению кислорода вглубь металла, предотвращая дальнейшее его разрушение, но с другой стороны они являются ещё одной причиной роста переходных сопротивлений.

Когда медь окисляется, то на поверхности контактной площадки образуется устойчивая плёнка. А это всегда приводит к увеличению сопротивляемости перехода. Устранить дефект можно путём протирания контактов спиртом. Регулярная процедура чистки помогает содержать коммутационные устройства в актуальном состоянии.

Алюминиевый контакт лучше поддаётся влиянию контактного нажатия, благодаря пластичности этого металла. С целью увеличения силы нажатия применяются болты, пружинные зажимы и различные клеммники.

Медные соединительные провода часто припаивают. В местах спайки переходное сопротивление минимальное.

Подводя итог, можем констатировать:

  1. Простое соприкосновение контактных поверхностей не обеспечивает надёжного контакта, поскольку соединение происходит не по всей поверхности, а лишь в немногих точках.
  2. на преодоление контактного перехода почти не влияют размеры и формы контактных площадок (см. график на рис. 3).
  3. Контактное нажатие существенно влияет на структуру перехода. Однако, это влияние проявляется только при сравнительно незначительных усилиях. После некоторого значения приложенной силы, вызвавшей смятие, сопротивляемость току стабилизируется.
  4. Со временем на медных и алюминиевых контактах образуется защитная плёнка, увеличивающая сопротивление. Для борьбы с этим явлением используют сплавы, покрывают поверхности серебром. Окисление активизируется при повышении температуры (для меди свыше 70 ºC). Температура в свою очередь зависит от токов нагрузки.
  5. Очень интенсивно на открытом воздухе окисляется алюминий. Оксидная плёнка алюминия обладает довольно большим удельным сопротивлением.

Рис. 3. Переходное сопротивление стали

Чтобы добиться нужного результата, следует учитывать комплексное влияние  всех вышеперечисленных факторов. Правилами устройств электроустановок строго регламентируется сопротивление контактной группы. Нарушение этих требований может привести к авариям.

Нормы по ПУЭ 7

Правилами предусмотрено соблюдение важных параметров, включая допустимые значения для контактных переходов. Измерения сопротивления постоянному току проводятся при испытаниях разъединителей и отделителей. Нормы по ПУЭ 7 требуют, чтобы показания величин для отделителей и разъединителей, предназначенных для работы под напряжением от 110 кВ, соответствовали данным заводов-изготовителей.

По правилам ПУЭ 7 для разъединителей типа РОН3, рассчитанных на номинальное напряжение 400 – 500 кВ (при номинальном токе 2000 А) переходное сопротивление не должно превышать 200 мкОм. Для ЛРН (110 – 220 кВ/ 600 А сопротивление контактов должно составлять 220 мкОм.

Требования для остальных типов отделителей, применяемые в сетях 110 – 500 кВ:

  • Номинальному току 600 А соответствует сопротивление 175 мкОм;
  • 1000 А – 120 мкОм;
  • 1500 – 2000 А – наибольшее допустимое сопротивление 50 мкОм.

Измерения выполняются между точкой «контактный ввод» и на клемме «контактный вывод».

Biz-books
Добавить комментарий