- •1. Предмет электроники, ее роль в науке и технике
- •2. Полупроводниковые приборы
- •2.1. Электрические свойства полупроводниковых материалов
- •2.2. Механизм электропроводности полупроводников
- •2.2.1. Собственная электропроводность
- •2.2.2. Примесная проводимость
- •2.3. Электронно-дырочный переход (эдп)
- •2.3.1. Технологии изготовления эдп
- •2.3.1.1. Сплавная технология
- •2.3.1.2. Диффузионная технология
- •2.3.2. Эдп при отсутствии внешнего напряжения
- •2.3.3. Эдп при прямом напряжении
- •2.3.4. Эдп при обратном напряжении
- •2.3.4.1. Механизм установления обратного тока при приложении
- •3. Полупроводниковые диоды
- •3.1. Вольт-амперная характеристика (вах) диода
- •3.2. Параметры полупроводниковых диодов
- •4. Виды пробоев эдп
- •4.1. Зеннеровский пробой
- •4.2. Лавинный пробой
- •4.3. Тепловой пробой
- •4.4. Поверхностный пробой
- •5. Основные типы полупроводниковых диодов
- •5.1. Устройство точечных диодов
- •5.2. Устройство плоскостных диодов
- •5.3. Условное обозначение силовых диодов
- •5.4. Условное обозначение маломощных диодов
- •5.5. Конструкция штыревых силовых диодов
- •5.6. Лавинные диоды
- •5.7. Конструкция таблеточных диодов
- •5.8. Стабилитрон
- •5.9. Туннельный диод
- •5.10. Обращенный диод
- •5.11. Варикап
- •5.12. Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и светодиоды
- •6. Транзисторы
- •6.1. Распределение токов в структуре транзистора
- •6.2. Схемы включения транзисторов. Статические вах
- •6.3. Схема включения транзистора с общей базой
- •6.4. Схема включения транзистора с общим эмиттером
- •6.5. Схема включения транзистора с общим коллектором
- •6.6. Схемы включения транзистора как усилителя
- •6.7. Краткие характеристики схем включения транзистора. Области применения схем
- •6.7.1. Схема включения транзистора с общей базой
- •6.7.2. Схема включения транзистора с общим эмиттером
- •6.7.3. Схема включения транзистора с общим коллектором
- •6.8. Режимы работы транзистора
- •6.9. Работа транзистора в ключевом режиме
- •6.10. Малосигнальные и собственные параметры транзисторов
- •6.11. Силовые транзисторные модули
- •6.12. Параметры биполярных транзисторов
- •6.13. Классификация и системы обозначений (маркировка) транзисторов
- •6.14. Полевые транзисторы
- •6.14.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •6.14.2. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора
- •6.14.3. Основные параметры полевого транзистора
- •6.14.4. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •6.14.4.1. Мдп-транзисторы со встроенным каналом
- •6.14.4.2. Мдп-транзистор с индуцированным каналом
- •6.14.5. Достоинства и недостатки полевых транзисторов
- •6.15. Технологии изготовления транзисторов
- •6.16. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt - транзисторы)
- •6.17. Силовые модули на основе igbt-транзисторов
- •7. Тиристоры
- •7.1 Назначение и классификация
- •7.2. Диодные и триодные тиристоры
- •7.3. Переходные процессы при включении и выключении тиристора
- •7.3.1. Переходные процессы при включении тиристора
- •7.3.2. Переходные процессы при выключении тиристора
- •7.4. Основные параметры тиристоров
- •7.5. Маркировка силовых тиристоров
- •7.6. Лавинные тиристоры
- •7.7. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •7.8. Полностью управляемые тиристоры
- •7.9. Специальные типы тиристоров
- •7.9.1. Оптотиристоры
- •7.9.2. Тиристоры с улучшенными динамическими свойствами
- •7.9.2.1. Тиристоры тд (динамические)
- •7.9.2.2. Тиристоры тб (быстродействующие)
- •7.9.2.3. Тиристоры тч (частотные)
- •7.9.3. Тиристор, проводящий в обратном направлении (асимметричный)
- •7.9.4. Тиристор с обратной проводимостью (тиристор-диод)
- •7.9.5. Комбинированно-выключаемый тиристор (квк)
- •7.9.6. Полевой тиристор
- •7.10. Конструкции тиристоров
- •8. Групповое соединение полупроводниковых приборов
- •8.1. Неравномерности распределения нагрузки при групповом соединении
- •8.2. Параллельное соединение полупроводниковых приборов
- •8.3. Последовательное соединение полупроводниковых приборов
- •8.4. Параллельно-последовательное соединение полупроводниковых приборов
- •9. Охлаждение силовых полупроводниковых приборов
- •9.1. Способы охлаждения полупроводниковых приборов
- •9.2. Воздушное естественное и принудительное охлаждение
- •9.3. Испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем
- •9.4. Сравнение систем охлаждения
5.3. Условное обозначение силовых диодов
Условное обозначение силовых диодов в соответствии с ГОСТ 20859.1-79 состоит из букв и цифр, указывающих его вид, подвид, модификацию, максимальный (предельный) ток в амперах, класс повторяющегося напряжения в сотнях вольт, группу по времени восстановления и пределы импульсного прямого напряжения. Условное обозначение силовых диодов состоит из блоков, представленных на рис. 5.2.
- X - - -
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 5.2. Условные обозначения силовых диодов в виде блоков
Блоки на рис. 5.2 обозначают следующее:
1 – буква, указывающая вид и подвид (Д – диод, ДЛ – диод лавинный);
2 – порядковый номер модификации конструкции;
3 – цифра, кодирующая размер под ключ или диаметр таблетки;
4 – цифра, кодирующая исполнение корпуса диода (если 1 – штыревой с гибким выводом, 2 – штыревой с жестким выводом, 3 – таблеточный, 4 – под запрессовку, 5 – фланцевый);
5 – средний прямой ток, А;
X – знак обратной проводимости;
6 – класс;
7 – группа по времени обратного восстановления;
8 – предел по импульсному прямому напряжению.
Например, Д161-200X-12-1,25-1,35 – диод штыревого исполнения с гибким выводом, номер модификации конструкции – 1, размер шестигранника под ключ для шестой группы – 32 мм, максимально допустимый средний прямой ток 200 А, обратной полярности, двенадцатого класса, с ненормируемым временем обратного восстановления и импульсным прямым напряжением в диапазоне 1,25-1,35 В.
5.4. Условное обозначение маломощных диодов
Маркировка диодов, рассчитанных на сравнительно небольшие токи (до 10 А) состоит из четырех элементов. Первый элемент – буква (или цифра), обозначающая материал, из которого выполнен диод (Г или 1 – германий; К или 2 – кремний; А или 3 – арсенид галия). Второй элемент – буква, обозначающая тип прибора (Д – диоды; А – сверхвысокочастотные диоды; С – стабилитроны; И – туннельные диоды). Третий элемент – порядковый номер разработки прибора, характеризующий его мощность рассеяния (среднее значение прямого тока). Выпрямительные диоды малой мощности (ток не более 0,3 А) имеют номера разработки от 101 до 199; средней мощности (ток 0,3-10 А) – от 201 до 299; большой мощности (свыше 10 А) – от 301 до 399. Универсальные диоды имеют номера от 401 до 499, а импульсные диоды – от 501 до 599. Четвертый элемент – буква (А, Б, В и т.д.), характеризующая номинальное обратное напряжение диода. Например, диод КД215А – кремниевый выпрямительный диод средней мощности, а диод – ГД110Б – германиевый выпрямительный диод малой мощности.
5.5. Конструкция штыревых силовых диодов
При изготовлении диодов в пластину из кремния диффузионным способом вводят с одной стороны акцепторную примесь из бора, с другой – донорную примесь из фосфора. При высокой температуре атомы бора и фосфора диффундируют в кремний и на разделе слоев образуют ЭДП. Толщина пластины составляет 0,4-0,5 мм, площадь ее обеспечивает плотность тока 0,5-11А/мм2. Для защиты хрупкого p-n-перехода от тепловых и механических напряжений пластину из кремния (диаметром 25 мм – для диода на 200 А и диаметром 28 мм – для диода на 320 А) припаивают с обеих сторон к двум вольфрамовым пластинам, выполняющим роль термокомпенсаторов.
Выпрямительный элемент диода монтируется в герметичном корпусе, который защищает ЭДП от проникновения влаги, грязи и прочего, что ведет к ухудшению характеристик вентиля.
Выводами диода являются основание корпуса (катод) и гибкий анодный вывод, проходящий через стальную крышку корпуса внутри стеклянного изолятора. Выводы диода припаиваются к вольфрамовым пластинам, ко второму концу гибкого вывода припаивают выводной гибкий шунт с наконечником (анод). Это облегчает сборку диода и не создает механических усилий на ЭДП.
Для увеличения интенсивности охлаждения диода к его корпусу прикрепляют алюминиевый или медный ребристый охладитель. В основании корпуса имеется стержень (штырь – откуда и название вентиля) с резьбой, который ввертывают в охладитель.
Диод может работать с номинальным током только при наличии охладителя и обдуве его воздухом. На электроподвижном составе применяется принудительная система охлаждения со скоростью охлаждающего воздуха 12 м/с. На тяговых подстанциях эксплуатируются вентильные конструкции типа УВКЭ-1(1М) и ПВЭ-3(3М) с принудительной системой охлаждения со скоростью охлаждающего воздуха 10 м/с. При таких скоростях исключается засорение охлаждающей системы, а затраты мощности на принудительное охлаждение не превышают 0,5 % от мощности установки.
Диоды с жидкостным водяным охлаждением вследствие ряда недостатков (трудоемкий монтаж, ухудшение теплообмена из-за отложения солей, необходимости подогрева охлаждающей системы в зимний период и т.д.) на тяговых подстанциях и электроподвижном составе в настоящее время не применяют.
Преобразователи тяговых подстанций типа ПВКЕ-2, ПВЭ-5 и ТПЕД имеют естественное воздушное охлаждение.
Преобразователи тяговых подстанций типа В-ТПЕД и блоки БСЕ (БДС) имеют испарительно-конденсатную систему охлаждения с использованием радиаторов на базе тепловых трубок.