Провідники напівпровідники та діелектрики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати


Реферат

з дисципліни "Електротехніка"

на тему: "Провідники, напівпровідники та діелектрики"

Курчатов 2008

Зміст

Введення

  1. Провідникові матеріали

    1. Загальні відомості

    2. Мідь

    3. Латуні

    4. Провідникові бронзи

    5. Алюміній

  1. Напівпровідники. Напівпровідникові прилади

2.1. Загальні відомості

2.2. Напівпровідникові діоди

2.3. Тиристори

  1. Електроізоляційні матеріали

3.1. Основні визначення і класифікація діелектриків

3.2. Характеристики електроізоляційних матеріалів

Висновок

Список літератури

Введення

Залежно від характеру дії на тіла електричного поля їх можна розділити на провідники, діелектрики та напівпровідники. Властивості тіл і поведінка їх в електричному полі визначаються будовою і розташуванням атомів в тілах. До складу атомів входять електрично заряджені частинки: позитивні - протони, негативні - електрони. У нормальному стані атом електрично нейтральний, так як число протонів, що входять до складу ядра атома, дорівнює числу електронів, що обертаються навколо ядра й утворюють «електронні оболонки» атома. Електрони зовнішньої валентної оболонки визначають електропровідність речовини. Енергетичні рівні зовнішніх валентних електронів утворюють валентну, або заповнену зону. У цій зоні електрони перебувають у стійкому зв'язаному стані. Щоб звільнити будь-якої електрон цієї зони, необхідно затратити деяку енергію. Отже, електрони, що знаходяться у вільному стані, займають більш високі енергетичні рівні. Зона більш високих енергетичних рівнів, розташована вище валентної зони і відокремлена від неї забороненою зоною, об'єднує незаповнені, або вільні, енергетичні рівні і називається зоною провідності або зоною збудження. Щоб електрон перенести з валентної зони в зону провідності, необхідно йому повідомити ззовні енергію. Ширина забороненої зони, яку повинен подолати електрон, щоб перейти зі стійкого стану у вільний стан (у зону провідності), є одним з головних критеріїв поділу тіл на провідники, напівпровідники і діелектрики.

1. Провідникові матеріали

1.1. Загальні відомості

В якості провідників електричного струму можуть бути використані як тверді тіла, так і рідини, а при відповідних умовах і гази. До провідниковим матеріалами в електротехніці відносяться метали, їх сплави, контактні металокерамічні композиції і електротехнічний вугілля. Найважливішими практично застосовуваними в електротехніці твердими провідникові матеріали є метали і їх сплави, характеризуються електронною провідністю; основний параметр для них - питомий електричний опір в функції температури.

Діапазон питомих опорів металевих провідників досить вузький і становить від 0,016 мкОм 0 м для срібла до 1,6 мкОм 0 м для жаростійких железохромоалюмініевих сплавів. Електричний опір графіту з збільшенням температури проходить через мінімум з наступним поступовим підвищенням.

За родом застосування провідникові матеріали поділяються на групи:

провідники з високою провідністю - метали для проводів ліній електропередачі і для виготовлення кабелів, обмотувальних та монтажних проводів для обмоток трансформаторів, електричних машин, апаратури тощо;

конструкційні матеріали - бронзи, латуні, алюмінієві сплави і т.д., які застосовують для виготовлення різних струмоведучих частин;

сплави високого опору - призначені для виготовлення додаткових опорів до вимірювальних приладів, зразкових опорів і магазинів опорів, реостатів і елементів нагрівальних приладів, а також сплави для термопар, компенсаційних проводів і т.п.;

контактні матеріали - застосовувані для пар нероз'ємних, розривних і ковзних контактів;

матеріали для пайки всіх видів провідникових матеріалів.

Механізм проходження струму в металах зумовлений рухом (дрейфом) вільних електронів під впливом електричного поля; тому метали називають провідниками з електронною електропровідністю або провідниками першого роду.

Електричний опір провідників

Електричний опір обумовлено тим, що вільні електрони при дрейфі взаємодіють з позитивними іонами кристалічної решітки металу. При підвищенні температури частішають зіткнення електронів з іонами, тому опір провідників залежить від температури. Опір провідників залежить від матеріалу провідника, тобто будова його кристалічної решітки. Для однорідного циліндричного провідника довжиною l і площею поперечного перерізу S опір визначається за формулою

R = ρ 0 l / S (1.)

де ρ = RS / l - питомий опір провідника (опір однорідного циліндричного провідника, що має одиничну довжину і одиничну площа поперечного перерізу).

Одиниця опору - Ом.

1 Ом: Ом - опір провідника, по якому при напрузі 1 В тече струм 1 Ом = 1 В / А.

Величина σ = 1 / ρ, зворотній питомому опору, називається питомою електричною провідністю провідника.

Одиниця електричної провідності - сіменс (См).

Сіменс - електрична провідність провідника опором 1 Ом, тобто 1 Див = 1 Ом - ¹. З формули (1.1) випливає, що одиницею питомого опору є Ом-метр (Ом 0 м).

Таблиця 1.1 Питомий опір найбільш поширених провідників

Матеріал ρ, 10 - Ом ∙ м Характеристика матеріалу

Срібло 1,6 Найкращий провідник

Мідь 1,7 Застосовується найбільш часто

Алюміній 2,9 Застосовується часто

Залізо 9,8 Застосовується рідко


Питомий електричний опір провідника залежить не тільки від роду речовини, але і від його стану. Залежність питомого опору ρ від температури виражається формулою

ρ = ρ 0 (1 + α t), (1.2)

де ρ 0 - питомий опір при 0 ° C; t - температура (за шкалою Цельсія); α - температурний коефіцієнт опору, що характеризує відносну зміну опору провідника при нагріванні його на 1 ° C або 1 K:

α = (ρ-ρ 0) / ρ 0 t. (1.3)

Температурні коефіцієнти опору речовин різні при різних температурах. Однак для багатьох металів зміна α з температурою не дуже велике. Для всіх чистих металів α ≈ 1 / 273 K - ¹ (або ° C - ¹).

Залежність опору металів від температури покладена в основу будови термометрів опору. Вони використовуються як при дуже високих, так і при дуже низьких температурах, коли застосування рідинних термометрів неможливо.

З поняття про провідності провідника випливає, що чим менше опір провідника, тим більше його провідність. При нагріванні чистих металів їх опір збільшується, а при охолодженні - зменшується.

У 1911 р. голландський фізик Камерлінг-Оннес провів досліди з ртуттю, яку можна отримати у чистому вигляді. Він зіткнувся з новим, зовсім несподіваним явищем. Питомий опір ртуті при температурі 4,2 K (близько -269 ° C) різко впало до такої малої величини, що його практично стало неможливо виміряти. Це явище звернення електричного опору в нуль Камерлінг-Оннес назвав надпровідністю.

В даний час надпровідність виявлена ​​у більш ніж 25 металевих елементів, великого числа сплавів, деяких напівпровідників і полімерів. Температура T кр переходу провідника в надпровідний стан для чистих металів лежить в межах від 0,14 K для іридію до 9,22 K для ніобію.

Рух електронів в металі, що перебуває у стані надпровідності, є настільки впорядкованим, що електрони, переміщаючись по провіднику, майже не зазнають зіткнень з атомами та іонами решітки. Повне пояснення явища надпровідності можна дати з позицій квантової механіки.

Крім суто електротехнічних властивостей, для проведення необхідної технологічної обробки і забезпечення заданих термінів служби в експлуатації, провідникові матеріали повинні мати достатню нагревостойкость, механічною міцністю пластичністю.

1.2. Мідь

Чиста мідь по електричній провідності займає наступне місце після срібла, що володіє з усіх відомих провідників найвищої провідністю. Висока провідність і стійкість до атмосферної корозії в поєднанні з високою пластичністю роблять мідь основним матеріалом для проводів.

На повітрі мідні дроти окислюються повільно, покриваючись тонким шаром окису CuO, що перешкоджає подальшому окислювання міді. Корозію міді викликають сірчистий газ SO 2, сірководень H 2 S, аміак NH 3, окис азоту NO, пари азотної кислоти і деякі інші реактиви.

Провідникову мідь одержують із злитків шляхом гальванічної очищення її в електролітичних ваннах. Домішки навіть у незначних кількостях, різко знижують електропровідність міді, роблячи її малопридатною для провідників струму, тому в якості електротехнічної міді застосовують лише дві її марки МО та М1.

Майже всі вироби з провідникової міді виготовляються шляхом прокату, пресування і волочіння. Так, волочінням можуть бути виготовлені дроту діаметром до 0,005 мм, стрічки товщиною до 0,1 мм і мідна фольга товщиною до 0,008 мм.

Провідникова мідь застосовується як у відпаленому після холодної обробки вигляді (м'яка мідь марки ММ), так і без відпалу (тверда мідь марки МТ).

При температурах термообробки вище 900 ° C внаслідок інтенсивного росту зерна механічні властивості мілини різко погіршуються.

З метою підвищення межі повзучості і термічної стійкості мідь легують сріблом в межах 0,07 - 0,15%, а також магній, кадмієм, цирконієм та іншими елементами.

Мідь із присадкою срібла застосовується для обмоток швидкохідних і нагревостойких машин великої потужності, а мідь, легована різними елементами, використовується в колекторах і контактних кільцях сильно навантажених машин.

1.3. Латуні

Сплави міді з цинком, звані латунями, широко використовуються в електротехніці. Цинк розчиняється в міді в межах до 39%.

У різних марках латуні вміст цинку може доходити до 43%. Латуні, що містять до 39% цинку, мають однофазну структуру твердого розчину і називаються α-латунями. Ці латуні володіють найбільшою пластичністю, тому з них виготовляють деталі гарячої або холодної прокаткою і волочінням: листи, стрічки, дріт. Без нагрівання з листової латуні методом глибокої витяжки і штампуванням можна виготовити деталі складної конфігурації.

Латуні із вмістом цинку понад 39% називають α + β-латунями або двофазними і застосовують головним чином для фасонних виливків.

Двофазні латуні є більш твердими і тендітними і обробляються тиском тільки в гарячому стані.

Присадка до латунями олова, нікелю і марганцю підвищує механічні властивості і антикорозійну стійкість, а добавки алюмінію в композиції з залізом, нікелем і марганцем повідомляють латунями крім покращення механічних властивостей та корозійної стійкості високу твердість. Проте присутність в латунях алюмінію утрудняє пайку, а проведення пайки м'якими припоями стає практично неможливим.

Латуні марок Л68 і Л63 внаслідок високої пластичності добре штампуються і допускають згинання, легко паяються всіма видами припоїв. У електромашинобудуванні широко застосовуються для різних струмоведучих частин;

латуні марок ЛС59-1 і ЛМЦ58-2 застосовуються для виготовлення роторних клітин електричних двигунів і для струмоведучих деталей, виготовлених різанням і штампуванням в гарячому стані; добре паяються різними припоями;

латунь ЛА67-2, 5 застосовується для литих струмоведучих деталей підвищеної механічної міцності і твердості, що не вимагають пайки м'якими припоями;

латуні ЛК80-3Л і ЛС59-1Л широко застосовуються для литих струмоведучих деталей електричної апаратури, для щіткотримачів і для заливання роторів асинхронних двигунів. Добре сприймають пайку різними припоями.

1.4. Провідникові бронзи

Провідникові бронзи відносяться до мідних сплавів, необхідність застосування яких в основному викликана недостатньою в ряді випадків механічною міцністю і термічної стійкістю чистої міді.

Загальна номенклатура бронз дуже широка, але високою електропровідністю володіють лише деякі марки бронз.

Кадмієві бронза належить до найбільш поширеним провідниковим бронзам. З-поміж всіх марок кадмієві бронза має найвищу електричну провідність. Внаслідок підвищеного опору стирання і більш високою нагрівостійкості ця бронза широко застосовується для виготовлення тролеїв і колекторних пластин;

берилієва бронза належить до сплавів, які купують міцність в результаті стирання. Вона має високі пружними властивостями, стійкими при нагріванні до 250 ° C, і електричну провідність в 2 - 2,5 рази більшою, ніж провідність інших марок бронз загального призначення. Ця бронза знайшла широке застосування для виготовлення різних пружинних деталей, що виконують одночасно і роль провідника струму, наприклад: струмоведучі пружини, окремі види щіткотримачів, ковзаючі контакти в різних приладах, штепсельні прилади тощо;

фосфориста бронза має високу міцність і хорошими пружинними властивостями, через малу електропровідності застосовується для виготовлення пружинних деталей з низькими плотностями струму.

Литі струмоведучі деталі виготовляються з різних марок машинобудівних ливарних бронз з провідністю в межах 8-15% провідності чистої міді. Характерною особливістю бронз є мала усадка в порівнянні з чавуном і сталлю і високі ливарні властивості, тому вони застосовуються для відливання різних струмоведучих деталей складної конфігурації, призначених для електричних машин та апаратів.

Всі марки ливарних бронз можна підрозділити на олов'яні і безолов'яні, де основними легуючими елементами є Al, Mn, Fe, Pb, Ni.

    1. Алюміній

Характерними властивостями чистого алюмінію є його мала питома вага, низька температура плавлення, висока теплова та електрична провідність, висока пластичність, дуже велика прихована теплота плавлення і міцна, хоча і дуже тонка плівка окису, що покриває поверхню металу і захищає його від проникнення кисню всередину.

Хороша електрична провідність забезпечує широке застосування алюмінію в електротехніці. Так як щільність алюмінію в 3,3 рази нижче, ніж у міді, а питомий опір лише в 1,7 рази вище, ніж у міді, то алюміній, на одиницю маси має вдвічі більш високу провідність, ніж мідь.

Сірчистий газ, сірководень, аміак та інші гази, що знаходяться в повітрі промислових районів, не роблять помітного впливу на швидкість корозії алюмінію. Дія водяної пари на алюміній також незначно. У контакті з більшістю металів і сплавів, які є благородними з електрохімічного ряду потенціалів, алюміній служить анодом і, отже, корозія його в електролітах буде прогресувати.

Щоб уникнути утворення гальванопар у вологій атмосфері, місце з'єднання алюмінію з іншими металами герметизується лакуванням або іншим шляхом.

Тривалі випробування проводів з алюмінію показали, що вони у відношенні стійкості проти корозії не поступаються мідним.

Таблиця 1.2. Основні характеристики провідникових матеріалів

Матеріал

Пліт-ність,

Кг / м ³ 0 10 ³

Температура

плавлення, ° C

Питомий електричний

опір при 20 ° C,

Ом 0 м 0 10 ˉ

Середній температурний

Коефіцієнт опору від 0 до 100 ° C, 1/град

Примітка

Алюміній

2,7

660

0,026-0,028

4 ∙ 10 - ³

Проводи, кабелі, шини, провідники короткозамкнених роторів, корпусу і підшипникові щити малих електромашин

Бронза

8,3-8,9

885-1050

0,021-0,052

4 ∙ 10 - ³

Кадмієві бронза - контакти, фосфориста - пружини

Латунь

8,4-8,7

900-960

0,03-0,08

2 ∙ 10 - ³

Контакти, затискачі

Мідь

8,7-8,9

1080

0,0175-0,0182

3 ∙ 10 - ²

Проводи, кабелі, шини

Олово

7,3

232

0,114-0,120

4,4 ∙ 10 - ³

Припої для лудіння і пайки в сплаві зі свинцем

2. Напівпровідники. Напівпровідникові прилади

2.1. Загальні відомості

Напівпровідниками називають речовини, питома провідність яких має проміжне значення між питомими проводимостями металів і діелектриків. Напівпровідники одночасно є поганими провідниками і поганими діелектриками. Кордон між напівпровідниками і діелектриками умовна, так як діелектрики при високих температурах можуть вести себе як напівпровідники, а чисті напівпровідники при низьких температурах ведуть себе як діелектрики. У металах концентрація електронів практично не залежить від температури, а в напівпровідниках носії заряду виникають лише при підвищенні температури або при поглинанні енергії від іншого джерела.

Типовими напівпровідниками є вуглець (C), германій (Ge) і кремній (Si). Германій - це тендітний сірувато-білий елемент, відкритий в 1886 році. Джерелом порошкоподібної двоокису германію, з якої одержують твердий чистий германій, є золи деяких сортів вугілля.

Кремній був відкритий в 1823 році. Він широко поширений в земній корі у вигляді кремнезему (двоокису кремнію), силікатів і алюмосилікатів. Двоокисом кремнію багаті пісок, кварц, агат і кремінь. З двоокису кремнію хімічним шляхом отримують чистий кремній. Кремній є найбільш широко використовуваним напівпровідниковим матеріалом.

Розглянемо докладніше освіта електронів провідності в напівпровідниках на прикладі кремнію. Атом кремнію має порядковий номер Z = 14 в періодичній системі Д. І. Менделєєва. Тому до складу його атома входять 14 електронів. Проте тільки 4 з них знаходяться на незаповненою зовнішній оболонці і є слабо пов'язаними. Ці електрони називаються валентними і обумовлюють чотири валентності кремнію. Атоми кремнію здатні об'єднувати свої валентні електрони з іншими атомами кремнію за допомогою так званої ковалентного зв'язку (рис. 2.1). При ковалентного зв'язку валентні електрони спільно використовуються різними атомами, що призводить до утворення кристала.

При підвищенні температури кристала теплові коливання грати призводять до розриву деяких валентних зв'язків. У результаті цього частина електронів, раніше брали участь в утворенні валентних зв'язків, відщеплюється і стає електронами провідності. При наявності електричного поля вони переміщуються проти поля і утворюють електричний струм.

Рис. 2.1

Однак, при звільненні електрона в кристалічній решітці утворюється незаповнена міжатомних зв'язків. Такі «порожні» місця з відсутніми електронами зв'язку дістали назву «дірок». Виникнення дірок в кристалі напівпровідника створює додаткову можливість для переносу заряду. Дійсно, дірка може бути заповнена електроном, який перейшов під дією теплових коливань від сусіднього атома. У результаті на цьому місці буде відновлена ​​нормальна зв'язок, але зате в іншому місці з'явиться дірка. У цю нову дірку в свою чергу може перейти будь-якої з інших електронів зв'язку і т.д. Послідовне заповнення вільної зв'язку електронами еквівалентно руху дірки в напрямку, протилежному руху електронів. Таким чином, якщо за наявності електричного поля електрони переміщаються проти поля, то дірки будуть рухатися в напрямку поля, тобто так, як рухалися б позитивні заряди. Отже, в напівпровіднику є два типи носіїв струму - електрони і дірки, а загальна провідність напівпровідника є сумою електронної провідності (n-типу, від слова negative) і діркової провідності (p-типу, від слова positive).

Поряд з переходами електронів із зв'язаного стану у вільний існують зворотні переходи, при яких електрон провідності вловлюється на одне з вакантних місць електронів зв'язку. Цей процес називають рекомбінацією електрона і дірки. У стані рівноваги встановлюється така концентрація електронів (і рівна їй концентрація дірок), при якій число прямих і зворотних переходів в одиницю часу однаково.

Розглянутий процес провідності в чистих напівпровідниках називається власною провідністю. Власна провідність швидко зростає з підвищенням температури, і в цьому істотна відмінність напівпровідників від металів, у яких з підвищенням температури провідність зменшується. Всі напівпровідникові матеріали мають негативний температурний коефіцієнт опору.

Чисті напівпровідники є об'єктом, головним чином, теоретичного інтересу. Основні дослідження напівпровідників пов'язані з впливом додавання домішок в чисті матеріали. Без цих домішок не було би більшості напівпровідникових приладів.

Чисті напівпровідникові матеріали, такі як германій і кремній, містять при кімнатній температурі невелика кількість електронно-діркових пар і тому можуть проводити дуже маленький струм. Для збільшення провідності в чистих матеріалів використовується легування.

Легування - це додавання домішок в напівпровідникові матеріали. Використовуються два типи домішок. Домішки першого типу - пятивалентной - складаються їх атомів з п'ятьма валентними електронами, наприклад, миш'як і сурма. Домішки другого типу - тривалентні - складаються з атомів з трьома валентними електронами, наприклад, індій і галій.

Рис. 2.2

Коли чистий напівпровідниковий матеріал легується пятивалентной матеріалом, таким як миш'як (As), то деякі атоми напівпровідника заміщаються атомами миш'яку (рис. 2.2). Атом миш'яку вводить чотири своїх валентних електрона в ковалентні зв'язки з сусідніми атомами. Його п'ятий електрон слабо пов'язаний з ядром і легко може стати вільним. Атом миш'яку називається донорським, оскільки він віддає свій зайвий електрон. У легованому напівпровідниковому матеріалі знаходиться достатня кількість донорських атомів, а отже і вільних електронів, для підтримки струму.

При кімнатній температурі кількість додаткових вільних електронів перевищує кількість електронно-діркових пар. Це означає, що в матеріалі більше електронів, ніж дірок. Тому електрони називають основними носіями. Дірки називають неосновними носіями. Оскільки основні носії мають негативний заряд, такий матеріал називається напівпровідником n-типу.

Коли напівпровідниковий матеріал легирован тривалентними атомами, наприклад атомами індію (In), то ці атоми розмістять свої три валентних електрона серед трьох сусідніх атомів (рис. 2.3). Це створить в ковалентного зв'язку дірку.

Наявність додаткових дірок дозволить електронам легко дрейфувати від однієї ковалентного зв'язку до іншого. Так як дірки легко приймають електрони, атоми, які вносять в напівпровідник додаткові дірки називаються акцепторними.

Рис. 2.3

При звичайних умовах кількість дірок у такому матеріалі значно перевищує кількість електронів. Отже, дірки є основними носіями, а електрони - неосновними. Оскільки основні носії мають позитивний заряд, матеріал називається напівпровідником p-типу.

Напівпровідникові матеріали n - і p-типів мають значно вищу провідність, ніж чисті напівпровідники. Ця провідність може бути збільшена або зменшена шляхом зміни кількості домішок. Чим сильніше напівпровідниковий матеріал легирован, тим менше його електричний опір.

Контакт двох напівпровідників з різними типами провідності називається p - n переходом і володіє дуже важливою властивістю - його опір залежить від напрямку струму. Зазначимо, що такий контакт не можна отримати, притискаючи один до одного два напівпровідника. P - n перехід створюється в одній пластині напівпровідника шляхом утворення в ній областей з різними типами провідності. Методи отримання p - n переходів описані нижче.

Отже, в шматку монокристалічного напівпровідника на кордоні між двома шарами з різного роду проводимостями утворюється p - n перехід. На ній має місце значний перепад концентрацій носіїв зарядів. Концентрація електронів в n-області в багато разів більше їх концентрації в p-області. Внаслідок цього електрони дифундують в область їх низької концентрації (у p-область). Тут вони рекомбінують з дірками і таким шляхом створюють просторовий негативний заряд іонізованих атомів акцептора, не скомпенсований позитивним зарядом дірок.

Одночасно відбувається дифузія дірок в n-область. Тут створюється не скомпенсований зарядом електронів просторовий позитивний заряд іонів донора. Таким чином, на кордоні створюється подвійний шар просторового заряду (рис. 2.4), збіднений основними носіями струму. У цьому шарі виникає контактна електричне поле E к, перешкоджає подальшому переходу електронів і дірок з однієї області в іншу.

Контактна поле підтримує стан рівноваги на певному рівні. Але і в цьому випадку під дією тепла невелика частина електронів і дірок буде продовжувати проходити через потенційний бар'єр, обумовлений просторовими зарядами, створюючи струм дифузії. Проте одночасно з цим під дією контактного поля неосновні носії заряду p - і n-областей (електрони і дірки) створюють невеликий струм провідності. У стані рівноваги ці струми взаємно компенсуються.

Якщо до p - n переходу підключити зовнішнє джерело струму, то напруга зазначеної на рис. 2.5 зворотної полярності призведе до появи зовнішнього поля E, що збігається за напрямом з контактним полем E к. У результаті ширина подвійного шару збільшиться, і струму за рахунок основних носіїв практично не буде. У ланцюзі можливий лише незначний струм за рахунок неосновних носіїв (зворотний струм I обр).

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Рис. 2.6

При включенні напруги прямої полярності напрям зовнішнього поля протилежно напрямку контактного поля (рис. 2.6). Ширина подвійного шару зменшиться, і в ланцюзі виникне невеликий прямий струм I пр. Таким чином, p - n перехід має яскраво вираженої однобічну провідність. Це виражає його вольтамперная характеристика (рис. 2.7).

Рис. 2.7

Коли до p - n переходу докладено пряму напругу, то струм швидко зростає зі зростанням напруги. Коли ж до p - n переходу докладено зворотна напруга, струм дуже малий, швидко досягає насичення і не змінюється до деякого граничного значення зворотної напруги U обр, після чого різко зростає. Це так зване напруга пробою, при якому настає пробою p - n переходу і він руйнується. Слід зазначити, що на малюнку 2.7 масштаб зворотного струму в тисячу разів менше масштабу прямого струму.

2.2. Напівпровідникові діоди

P - n перехід є основою напівпровідникових діодів, які застосовуються для випрямлення змінного струму і для інших нелінійних перетворень електричних сигналів.

Діод проводить струм в прямому напрямку тільки тоді, коли величина зовнішнього напруги (у Вольтах) більше потенційного бар'єра (в еВ). Для германієвого діода мінімальне зовнішнє напруга дорівнює 0,3 В, а для кремнієвого 0,7 В.

Коли діод починає проводити струм, на ньому з'являється падіння напруги. Це палені напруги дорівнює потенційному бар'єра і називається прямим падінням напруги.

Всі діоди мають малий зворотним струмом. У германієвих діодах він вимірюється в мікроампера, а в кремнієвих в наноампер. Германієвий діод має більший зворотний струм, так як він більш чутливий до температури. Цей недолік германієвих діодів компенсується невисоким потенційним бар'єром.

Як германієві, так і кремнієві діоди можуть бути пошкоджені сильним нагріванням або високим зворотною напругою. Виробники вказують максимальний прямий струм, який може безпечно текти через діод, а також максимальне зворотна напруга (пікове зворотне напруга). Якщо перевищити пікове зворотна напруга, то через діод піде великий зворотний струм, що створює надлишковий нагрів і виводить його з ладу.

При кімнатній температурі зворотний струм малий. При підвищенні температури зворотний струм збільшується, порушуючи роботу діода. У германієвих діодах зворотний струм вище, ніж у кремнієвих діодах, і сильніше залежить від температури, подвоюючись при підвищенні температури приблизно на 10 ° C.

Схематичне позначення діода показано на малюнку 2.8, p-частина представлена ​​стрілкою, а n-частина - рисою. Прямий струм тече від частини p до частини n (по стрілці). Частина n називається катодом, а частина p - анодом.

Рис. 2.8

Існують три типи p - n переходів: вирощені переходи, вплавлений переходи і дифузійні переходи, які виготовляються за різними технологіями. Методи виготовлення кожного з цих переходів різні.

Метод вирощування переходу (найбільш ранній) полягає в наступному: чистий напівпровідниковий матеріал і домішки p-типу поміщають в кварцовий контейнер і нагрівають до тих пір, поки вони не розплавляться. У розплавлену суміш поміщають маленький напівпровідниковий кристал, званий запалом. Затравочний кристал повільно обертається і витягується з розплаву настільки повільно, щоб на ньому встиг нарости шар розплавленої суміші. Розплавлена ​​суміш, наростаючи на затравочний кристал охолоджується і твердне. Вона має таку ж кристалічну структуру як і запал. Після витягування затравка виявляється поперемінно легованої домішками n - і p - типів. Це створює в вирощеному кристалі шари n - і p - типів. Таким чином, вирощений кристал складається з багатьох p - n шарів.

Метод створення вплавлений p - n переходів гранично простий. Маленька гранула тривалентного матеріалу, такого як індій, розміщується на кристалі напівпровідника n-типу. Гранула і кристал нагріваються до тих пір, поки гранула не розплавиться сама, і частково не розплавить напівпровідниковий кристал. На ділянці, де вони стикуються, утворюється матеріал p-типу. Після охолодження матеріал перекрісталлізовивают і формується твердий p - n перехід.

В даний час найчастіше використовують дифузійний метод отримання p - n переходів. Маска з прорізами розміщується над тонким зрізом напівпровідника p - або n-типу, який називається підкладкою. Після цього підкладка поміщається в піч, і піддається контакту з домішками, що знаходяться в газоподібному стані. При високій температурі атоми домішки проникають в підкладку. Глибина проникнення контролюється тривалістю експозиції та температурою.

Після формування p - n переходу, діод треба помістити в корпус, щоб захистити його від впливу навколишнього середовища і механічних пошкоджень. Корпус повинен також забезпечити можливість з'єднання діода з ланцюгом. Вид корпусу визначається призначенням діода (рис. 2.9). Якщо через діод повинен протікати великий струм, корпус повинен бути розрахований так, щоб уберегти p - n перехід від перегріву.

Рис. 2.9

Діод можна перевірити шляхом вимірювання за допомогою омметра прямого і зворотного опорів. Величина цих опорів характеризує здатність діода пропускати струм в одному напрямку і не пропускати струм в іншому напрямку.

Германієвий діод має низьке пряме опір, близько 100 Ом, а його зворотне опір перевершує 100 000 Ом. Прямі і зворотні опору кремнієвих діодів вище, ніж у германієвих. Перевірка діода з допомогою омметра повинна показати низьке пряме опір і висока зворотне опір.

Якщо позитивний висновок омметра з'єднаний з анодом діода, а негативний висновок з катодом, то діод зміщений у прямому напрямку. У цьому випадку через діод йде струм і омметр показує низький опір. Якщо висновки омметра поміняти місцями, то діод буде зміщений у зворотному напрямку. Через нього буде йти маленький струм, і омметр покаже високий опір.

Якщо опір діода найнижче в прямому і в зворотному напрямках, то він, ймовірно, закорочений. Якщо діод має високий опір і в прямому, і в зворотному напрямках, то в ньому, ймовірно, розірвана ланцюг.

Висока зворотна напруга, прикладена до діода, може створити сильний зворотний струм, який перегріє діод, і призведе до його пробою. Зворотне напруга, при якому настає пробою, називається напругою пробою або максимальним зворотною напругою. Спеціальні діоди, які називаються стабілітронами, призначені для роботи при напругах, що перевищують напруга пробою стабілітрона. Ця область називається областю стабілізації.

Коли зворотне напруга досить велике, щоб викликати пробою стабілітрона, через нього тече високий зворотний струм. До настання пробою зворотний струм невеликий. Після настання пробою зворотний струм різко зростає. Це відбувається тому, що опір стабілітрона зменшується при збільшенні зворотної напруги.

Напруга пробою стабілітрона визначається питомою опором діода. Воно, в свою чергу залежить від техніки легування, використаної при його виготовленні. Паспортне напруга пробою - це зворотне напруга при струмі стабілізації. Струм стабілізації дещо менше максимального зворотного струму діода. Напруга пробою зазвичай вказується з точністю від 1 до 20%.

Здатність стабілітрона розсіювати потужність зменшується при збільшенні температури. Отже, що розсіюється стабілітроном потужність вказується для певної температури. Величина розсіюваною потужності також залежить від довжини висновків: чим коротше висновки, тим більша потужність розсіюється на діод. Виробник вказує також коефіцієнт відхилення для визначення розсіюваною потужності при інших температурах. Наприклад, коефіцієнт відхилення 6 міліват на градус Цельсія означає, що розсіює діодом потужність зменшується на 6 мілліватт при підвищенні температури на один градус.

Корпуси стабілітронів мають таку ж форму, як і у звичайних діодів:

Рис. 2.10

Малопотужні стабілітрони випускаються в корпусах зі скла або епоксидної смоли, а потужні в металевому корпусі з гвинтом. Схематичне позначення стабілітрона показано на рис. 2.11.

Рис. 2.11

Основними параметрами стабілітронів є максимальний струм стабілізації, зворотний струм і зворотна напруга. Максимальний струм стабілізації - це максимальний зворотний струм, який може текти через стабілітрон без перевищення розсіюваною потужності зазначеної виробником. Зворотний струм - це струм витоку перед початком пробою. Він вказується при деякому зворотній напрузі, що дорівнює приблизно 80% напруги стабілізації.

Стабілітрони використовують для стабілізації напруги, наприклад, для компенсації зміни напруги лінії живлення або зміни резистивної навантаження, що живиться постійним струмом.

На малюнку 2.12 показана типова регулююча ланцюг зі стабілітроном. Стабілітрон з'єднаний послідовно з резистором R. Резистор обумовлює проходження через стабілітрон такого струму, щоб він працював в режимі пробою (стабілізації). Вхідна постійна напруга має бути вище напруги стабілізації стабілітрона. Падіння напруги на стабілітроні дорівнює напрузі стабілізації стабілітрона. Стабілітрони випускають з певним напругою пробою, яке називають напругою стабілізації. Падіння напруги на резисторі дорівнює різниці вхідної напруги і напруги стабілізації.

Рис. 2.12

Вхідна напруга може збільшуватися або зменшуватися. Це обумовлює відповідне збільшення або зменшення струму через стабілітрон. Коли стабілітрон працює при напрузі стабілізації (в області пробою), при збільшенні вхідного напруги через нього може йти великий струм. Проте, напруга на стабілітроні залишиться тим самим. Стабілітрон надає протидія збільшення вхідної напруги, тому що при збільшенні струму його питомий опір падає. Це дозволяє вихідною напругою на стабілітроні залишатися постійним при змінах вхідної напруги. Зміна вхідного напруги проявляється тільки у зміні падіння напруги на послідовно включеному резисторі. Сума падінь напруги на цьому резисторі і стабілітроні дорівнює вхідній напрузі. Вихідна напруга знімається з стабілітрона. Вихідна напруга може бути збільшено або зменшено шляхом заміни стабілітрона і включеного послідовно з ним резистора.

Описана ланцюг видає постійну напругу. При розрахунку ланцюга повинні враховуватися як струм, так і напругу. Зовнішня навантаження споживає струм, який визначається її опором і вихідною напругою. Через резистор, включений послідовно з стабілітроном, протікає і струм навантаження і струм стабілізації. Цей резистор повинен бути підібраний таким чином, щоб через стабілітрон йшов струм стабілізації, і він знаходився в області пробою.

При збільшенні резистивної навантаження, що йде через неї струм зменшується, що має викликати збільшення падіння напруги на навантаженні. Але стабілітрон перешкоджає будь-якої зміни напруги. Сума струму стабілізації і струму навантаження через послідовно включений резистор залишається постійною. Це забезпечує сталість падіння напруги на послідовно включеному резисторі. Аналогічно, коли струм через навантаження збільшується, струм стабілізації зменшується, забезпечуючи постійність напруги. Це дозволяє ланцюга підтримувати постійним вихідна напруга при коливаннях вхідного.

2.3. Тиристори

Тиристори - це великий клас напівпровідникових приладів, що використовуються для електронного перемикання. Ці напівпровідникові пристрої володіють двома стійкими станами, і мають три або більше p - n переходів. Тиристори охоплені внутрішньої позитивним зворотним зв'язком, що дозволяє збільшувати амплітуду вихідного сигналу шляхом подачі на вхід частини вихідного напруги.

Тиристори широко використовуються при управлінні потужністю постійного і змінного струму. Вони застосовуються для включення і виключення потужності, що подається на навантаження, а також для регулювання її величини, наприклад, для управління освітленістю або швидкістю обертання двигуна.

Тиристори виготовляються з кремнію дифузійним або дифузійно-сплавним методом і складаються з чотирьох напівпровідникових шарів p-типу і n-типу, розташованих по черзі. На малюнках 2.13, 2.14 та 2.15 зображені спрощена схема тиристора, його вольтамперная характеристика і його схематичне позначення відповідно.

Чотири шару прилягають один до одного, утворюючи три p - n-переходу. Два крайніх виведення - це анод і катод, а до одного з середніх шарів може бути підключений керуючий електрод. Даний тиристор не містить керуючого електрода, і управління його відкриванням і закриванням здійснюється шляхом зміни прикладеної до нього напруги. Такі тиристори називаються динисторах.

При зазначеній на малюнку 2.13 полярності прикладеної до тиристору напруги, основна його частина припаде на закритий p - n-перехід 2, тоді як переходи 1 і 3 виявляться відкритими. При цьому дірки, які переходять із шару p 1 у шар p 2, частково рекомбінують з електронами в шарі n 1. Їх нескомпенсований заряд у шарі p 2 викличе вторинну зустрічну інжекції електронів з шару n 2, і електрони з шару n 2 пройдуть через шар p 2 в шар n 1, частково рекомбініруя з дірками в шарі p 2. Вони викличуть вторинну зустрічну інжекції дірок із шару p 1. Ці явища створять необхідні умови для розвитку лавинного процесу. Однак лавинний процес почнеться тільки при деякому досить великому зовнішньому напрузі U пер. При цьому тиристор перейде з точки A вольтамперной характеристики на ділянку BC (рис. 2.14), і струм через нього різко зросте. При цьому, завдяки великій кількості зарядів у переході 2, напруга на ньому сильно впаде (приблизно до 1 В), і енергія, що виділяється в цьому переході, виявиться недостатньою для розвитку необоротних процесів в структурі приладу.

Рис. 2.13

Рис. 2.14

Рис. 2.15

Якщо струм через тиристор сильно зменшити до деякого значення I уд (струму утримання), то тиристор закриється і перейде в стан з низькою провідністю (ділянка ОА на мал. 2.14). Якщо до тиристору прикласти напругу зворотної полярності, то його вольтамперная характеристика буде такою ж, як у напівпровідникового діода (ділянка OD на рис 2.14).

Розглянутий некерований тиристор має істотний недолік: його відкривання і закривання можливе лише при великих змінах зовнішнього напруги та струму.

Значно частіше використовують тиристори, які мають керуючий електрод (рис. 2.16).

Рис. 2.16

3. Електроізоляційні матеріали

3.1. Основні визначення і класифікація діелектриків

Електроізоляційними матеріалами або діелектриками називаються речовини, за допомогою яких здійснюється ізоляція елементів або частин електроустаткування, що знаходяться під різними електричними потенціалами. У порівнянні з провідникові матеріали діелектрики володіють значно великим електричним опором. Характерною властивістю діелектриків є можливість створення в них сильних електричних полів і накопичення електричної енергії. Це властивість діелектриків використовується в електричних конденсаторах і інших пристроях.

Згідно агрегатному стану діелектрики діляться на газоподібні, рідкі та тверді. Особливо великою є група твердих діелектриків (високополімера, пластмаси, кераміка та ін.)

Згідно хімічним складом діелектрики діляться на органічні і неорганічні. Основним елементом у молекулах всіх органічних діелектриків є вуглець. У неорганічних діелектриках вуглецю не міститься. Найбільшою нагревостойкость володіють неорганічні діелектрики (слюда, кераміка та ін.)

За способом отримання діелектрики діляться на природні (природні) і синтетичні. Найбільш численною є група синтетичних ізоляційних матеріалів.

Численну групу твердих діелектриків зазвичай ділять на ряд підгруп в залежності від їх складу, структури та технологічних особливостей цих матеріалів. Так, виділяють керамічні діелектрики, воскоподібні, плівкові, мінеральні та ін

Всі діелектрики, хоча і в незначній мірі, володіють електропровідністю. На відміну від провідників у діелектриків спостерігається зміна струму з часом внаслідок спадання струму абсорбції. З деякого моменту під впливом постійного струму в діелектрику встановлюється тільки струм провідності. Величина останнього визначає провідність діелектрика.

При напруженості електричного поля, яка перевершує межу електричної міцності діелектрика, настає пробій. Пробій являє собою процес руйнування діелектрика, в результаті чого діелектрик втрачає електроізоляційні властивості в місці пробою.

Величину напруги, при якому відбувається пробій діелектрика, називають пробивним напругою U пр, а відповідне значення напруженості електричного поля називається електричною міцністю діелектрика E пр.

Пробій твердих діелектриків являє собою або чисто електричний процес (електрична форма пробою), або теплової процес (теплова форма пробою). В основі електричного пробою лежать явища, в результаті яких у твердих діелектриках має місце лавинне зростання електронного струму.

Характерними ознаками електричного пробою твердих діелектриків є:

незалежність або дуже слабка залежність електричної міцності діелектрика від температури і тривалості прикладеної напруги;

електрична міцність твердого діелектрика в однорідному полі не залежить від товщини діелектрика (до товщин 10 - - 10 - см);

електрична міцність твердих діелектриків знаходиться в порівняно вузьких межах: 10 -10 В / см; причому вона більше, ніж при тепловій формі пробою;

перед пробоєм струм у твердому діелектрику збільшується за експоненціальним законом, а безпосередньо перед настанням пробою спостерігається стрибкоподібне зростання струму;

за наявності неоднорідного поля електричний пробій відбувається в місці найбільшої напруженості поля (крайовий ефект).

Тепловий пробій має місце при підвищеній провідності твердих діелектриків і великих діелектричних втрати, а також при підігріві діелектрика сторонніми джерелами тепла або при поганому теплоотводе. Внаслідок неоднорідності складу окремі частини обсягу діелектрика володіють підвищеною провідністю. Вони представляють собою тонкі канали, що проходять через всю товщина діелектрика. Внаслідок підвищеної щільності струму в одному з таких каналів будуть виділятись значна кількість тепла. Це спричинить за собою ще більше наростання струму внаслідок різкого зменшення опору цієї ділянки в діелектрику. Процес наростання тепла буде тривати до тих пір, поки не відбудеться теплове руйнування матеріалу (розплавлення, коксування) по всій його товщині - по ослабленому місцем.

Характерними ознаками теплового пробою твердих діелектриків є:

пробою спостерігається в місці найгіршого тепловідведення від діелектрика в навколишнє середовище;

пробивну напругу діелектрика знижується з підвищенням температури навколишнього середовища;

пробивна напруга знижується зі збільшенням тривалості прикладеної напруги;

електрична міцність зменшується зі збільшенням товщини діелектрика;

електрична міцність твердого діелектрика зменшується із зростанням частоти прикладеної змінної напруги.

При пробої твердих діелектриків часто спостерігаються випадки, коли до певної температури має місце електричний пробій, а потім у зв'язку з додатковим нагріванням діелектрика настає процес теплового пробою діелектрика.

3.2. Характеристики електроізоляційних матеріалів

Рідкі і напіврідкі діелектрики - до них відносяться мінеральні масла (трансформаторне, конденсаторне та ін), рослинні масла (касторове) і синтетичні рідини (Соволя, совтола, ПЕМ-Д та ін), вазеліни.

Мінеральні олії є продуктами перегонки нафти. Окремі види мінеральних електроізоляційних масел відрізняються один від одного в'язкістю і рівнем електричних характеристик у зв'язку з кращого очищенням деяких з них (конденсаторне, кабельне). Решта ж характеристики масел знаходяться практично на однаковому рівні.

Рицинова олія отримують з насіння рослини рицини.

Соволя і совтола - негорючі синтетичні рідини. Соволя отримують в результаті хлорування кристалічного речовини - дифенілу.

Соволя представляє собою прозору в'язку рідину. Соволя токсичний, дратує слизові оболонки, тому робота з ним вимагає дотримання правил техніки безпеки. Совтола є сумішшю совола і трихлорбензол, внаслідок чого він має значно меншу в'язкість. Соволя і совтола застосовуються для просочення паперових конденсаторів для установок постійного струму і змінного струму промислової частоти.

ПЕМ-Д є рідким кремнійорганічним діелектриком і має підвищену нагревостойкость і морозостійкістю. Кремнійорганічні рідини нетоксичні, не володіють корозійною активністю.

Вазеліни представляють собою напіврідкі маси. Застосовуються для просочення паперових конденсаторів.

Високополімерні органічні діелектрики складаються з молекул, утворених десятками, сотнями тисяч молекул вихідної речовини - мономера. Полімери можуть бути природними (натуральний каучук, бурштин і ін) і синтетичними. Характерною особливістю високополімерних матеріалів є їх високі діелектричні властивості.

Воскоподібні діелектрики: парафін, церезин і інші представляють собою речовини полікристалічного будови з чітко вираженою температурою плавлення.

Електротехнічні пластмаси - пластичні маси (пластмаси) представляють собою композиційні матеріали, що складаються з будь-якого зв'язує речовини (смоли, полімери), наповнювачів, пластифікуючих і стабілізуючих речовин і барвників.

По відношенню до нагрівання розрізняють термореактивні і термопластичні пластмаси. Перші в процесі гарячого пресування або подальшого нагріву стають неплавких і нерозчинними. Термопластичні пластмаси (термопласти) після нагрівання в процесі пресування здатні розм'якшуватися при подальшому нагріванні.

Електроізоляційні папери та картони відносяться до волокнистих матеріалів, які добувають з хімічно оброблених рослинних волокон: деревини і бавовни.

Електрокартону для роботи в повітряному середовищі володіють більш щільною структурою в порівнянні з картонами, призначеними для роботи в олії.

Фібра - монолітний матеріал, що отримується пресуванням листів паперу, попередньо оброблених розчином хлористого цинку. Фібра піддається всім видам механічної обробки і штампування. Листова фібра піддається формуванню після розм'якшення її заготовок в гарячій воді.

Шаруваті електроізоляційні пластмаси - до них відносяться гетинакс, текстоліт і склотекстоліт. Ці матеріали являють собою шаруваті пластмаси, в ​​яких як зв'язує речовини застосовуються бакелітові (резольной) або кремнійорганічні смоли, переведені в неплавкое і нерозчинний стан.

В якості наповнювачів у шаруватих електроізоляційних матеріалах застосовують спеціальні сорти просочувальної папери (гетинакс), а також бавовняні тканини (текстоліт) і бесщелочного скляні тканини (склотекстоліт).

Заливальні і просочувальні електроізоляційні склади (компаунди). Компаундами називаються електроізоляційні склади, рідкі в момент їх застосування, які потім тверднуть і в кінцевому (робочому) стані являють собою тверді речовини.

Згідно зі своїм призначенням компаунди діляться на просочувальні і заливальні. Перші застосовуються для просочення обмоток електричних машин та апаратів, другі - для заливки порожнин в кабельних муфтах, а також у корпусах електричних апаратів і приладів (трансформатори, дроселі та ін.)

Компаунди можуть бути термореактивними, не розм'якшується після свого затвердіння, або термопластичними, розм'якшуються при подальших нагревах. До термопластичних відносяться компаунди на основі епоксидних, поліефірних і деяких інших смол. До термопластичних - компаунди на основі бітумів, воскоподібні діелектриків і термопластичних полімерів (полістирол, поліізобутилен та ін.)

Широке застосування отримали компаунди на основі бітумів як найбільш дешеві і хімічно інертні речовини, що володіють високою стійкістю до води і гарними електричними характеристиками.

Електроізоляційні лаки і емалі.

Лаки представляють собою розчини плівкоутворювальних речовин: смол, бітумів, олій, що висихають (льняне, тунгове), ефірів целюлози або композицій цих матеріалів в органічних розчинниках. У процесі сушіння лаку з нього випаровуються розчинники, а в лакової основі відбуваються фізико-хімічні процеси, що призводять до утворення лакової плівки.

Просочувальні лаки застосовуються для просочення обмоток електричних машин і апаратів з метою цементації їх витків, збільшення коефіцієнта теплопровідності обмоток і підвищення їх вологостійкості. За допомогою покривних лаків створюють захисні вологостійкі, маслостойкие та інші покриття на поверхні обмоток або пластмасових і інших ізоляційних деталей. Склеювальні лаки призначаються для склеювання листочків слюди один з одним або з папером і тканинами (міканіти, мікаленти), а також для склеювання плівкових матеріалів з ​​папером, картоном, тканинами і для інших цілей.

Емалі представляють собою лаки з введеними в них пігментами - неорганічними наповнювачами (окисел цинку, двоокис титану, залізний сурик). Пігментуючих речовини вводяться з метою підвищення твердості, механічної міцності, вологостійкості, дугостойкості та інших властивостей емалевих плівок. Емалі є покривними матеріалами.

За способом сушіння розрізняють лаки і емалі гарячої (пічний) і холодної (повітряної) сушіння. Перші вимагають для свого затвердіння 80 - 180 ° C, а другі висихають при кімнатній температурі.

Електроізоляційні лаковані тканини (лакоткани) представляють собою гнучкі матеріали, що складаються з тканини, просоченої лаком або яких-небудь рідким електроізоляційним складом. Лак або інший просочувальний склад після твердіння утворює гнучку плівку, яка забезпечує електроізоляційні властивості лакоткани.

У залежності від тканинної основи лакоткани діляться на бавовняні, шовкові, капронові і скляні (стеклолакоткані). Як просочувальних складів для Лакотканини застосовуються масляні, масляно-бітумні, поліефірні. Ескапоновие або кремнійорганічні лаки, а також розчини латексів кремнійорганічних каучуків або суспензії фторопластів.

Липкі склотканини і резіностеклоткані, просочені термореактивними складами з підвищеною липкостью, забезпечують монолітність ізоляції, виконаної з цих матеріалів.

Основними областями застосування Лакотканини є: електричні машини, аппврати і прилади низької напруги. Лакотканини застосовуються для гнучкої межвітковой та пазової ізоляції, а також в якості різних електроізоляційних прокладок.

Для ізолювання лобових частин обмоток і інших струмоведучих елементів неправильної форми застосовують Лакотканини стрічки, вирізані під кутом 45 ° по відношенню до основи лакоткани.

Плівкові електроізоляційні матеріали являють собою тонкі (від 10 до 200 мкм) гнучкі плівки, безбарвні або пофарбовані.

Застосування плівкових матеріалів для пазової ізоляції в електричних машинах дозволяє зменшити товщину ізоляції. Плівкові електроізоляційні матеріали отримують переважно з синтетичних високомолекулярних діелектриків (лавсан, фторопласт-4 та ін.)

Електроізоляційні слюди. Для електричної ізоляції застосовується переважно природна слюда. Із синтетичних слюд знаходить застосування фторфлогопіт.

Слюди є речовини з характерним листовим складанням. Це дозволяє розщеплювати кристали слюди на тонкі листочки - від 6 до 45 мкм і більше. З усіх природних слюд в якості діелектриків застосовуються тільки мусковіт і флогопіт. Ці слюди добре розщеплюються і володіють високими електричними властивостями.

В електротехніці застосовуються такі різновиди слюд.

Щипана слюда - тонкі листочки довільного контуру. У залежності від площі прямокутника, який можна вписати контур листочка, щипана слюда ділиться на дев'ять розмірів. За товщиною листочків щипана слюду ділять на чотири групи. Щипана слюда застосовується для виготовлення клеєних слюдяних електроізоляційних матеріалів (міканіти, мікафолій, мікаленти та ін.)

Конденсаторна слюда - листочки прямокутної форми, одержувані штампуванням (вирубкою) з пластинок слюди (полбори). Конденсаторна слюда застосовується у виробництві слюдяних конденсаторів в якості основного діелектрика, а також в якості захисних пластин.

Слюда для електровакуумних приладів - плоскі деталі різної форми, забезпечені заданими отворами. Ці вироби отримують вирубкою з платівок слюди мусковіт. Товщина слюдяних деталей знаходиться в межах 0,1 - 0,5 мм.

Гільотіновая слюда - пластини прямокутної форми різної площі і товщиною 0,08 - 0,6 мм. Цей рід слюдяних виробів застосовується як різного роду електроізоляційних прокладок в електричних машинах і апаратах малої потужності.

Електроізоляційні матеріали на основі слюди виготовляються з щипаної слюди і в'яжучих речовин; міканіти, мікафолій і мікаленти. Вони являють собою композиційні матеріали, що складаються з листочків слюди, склеєних один з одним за допомогою якої-небудь смоли або лаку. Основною областю застосування клеєних слюдяних матеріалів є ізоляція обмоток електричних машин високої напруги (пазова, віткових та ін), а також машин низької напруги нагрівостійкості виконання.

Слюдінітовие і слюдопластовие електроізоляційні матеріали - при розробці природного слюди і виготовленні електроізоляційних матеріалів на основі щипаної слюди утворюється близько 90% різних відходів. Утилізація відходів привела до отримання нових електроізоляційних матеріалів - слюдінітов і слюдопластов.

Слюдінітовие матеріали одержують з слюдінітовой паперу або картону, попередньо оброблених будь-яким зв'язують складом (смоли, лаки).

Для отримання слюдінітовой папери відходи слюди у вигляді чистих обрізків піддають термічній обробці при 750 - 800 ° C. У результаті цього вони зазнають значне спучування і діляться на дрібні частинки. Після промивання їх водою утворюється слюдяна суспензія, з якої виготовляють слюдяну папір і картон.

Електрокерамічних матеріали являють собою тверді речовини, одержувані в результаті термічної обробки - випалу вихідних керамічних мас, які складаються з різних мінералів, взятих у певному співвідношенні.

Основною частиною багатьох електрокерамічних матеріалів (порцеляна, стеатит та ін) є природні глинисті речовини (глини, каоліни). Крім глинистих матеріалів у електрокерамічних маси вводять кварц, польовий шпат (електрофарфор), а також тальк, вуглекислий барій або вуглекислий кальцій (стеатит) і ін

Висновок

До створення квантової механіки провідність речовин пояснювали, розглядаючи рух електронного газу. Частинки цього газу - електрони - зіштовхуються з іонами кристалічної решітки речовини. За квантової теорії провідності, яка розглядає рух електронів крізь кристалічну решітку як поширення електронних хвиль де Бойля, вузли решітки не можуть бути для електронної хвилі перешкодою. Квантова теорія провідності твердих тіл грунтується на зонної теорії. У твердих тілах електрони приймають тільки певні значення енергії. Кожне таке значення представлено енергетичним рівнем. Рівні групуються в зони, відокремлені один від одного енергетичними проміжками, що належать зоні.

У металів зони або перекриваються між собою, або не цілком заповнені електронами. І в металі під дією електричного поля електрон вільно переходить з рівня на рівень. Легка можливість переходу з рівня на рівень і означає вільний рух електрона.

У напівпровідниках та ізоляторах заповнена зона відокремлюється від вільної енергетичної щілиною. Через цю заборонену зону електрони можуть переходити за рахунок теплової енергії. Ймовірність таких переходів збільшується із зростанням температури. Тому з підвищенням температури провідність напівпровідників і діелектриків зростає - це найважливіше їх відмінність від металів.

Список літератури

Синдєєв Ю.Г., Грановський В.Г. Електротехніка. Підручник для студентів педагогічних і технічних вузів. Ростов-на-Дону: «Фенікс», 1999.

Лихачов В.Л. Електротехніка. Довідник. Том 1./В.Л. Лихачов. - М.: СОЛОН-Прес, 2003.

Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів: Підручник. - 4-е вид., Испр. - М.: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури, 1984.

Ремізов О.М. Курс фізики: Підручник для вузів / О.М. Ремізов, А.Я. Потапенко. - М.: Дрофа, 2002.

Дмитрієва В.Ф. Фізика: Навчальний посібник для технікумов. / Под ред. В.Л. Прокоф'єва, - 4-е вид., Стер. - М.: Вищ. шк., 2001.

Грибов Л.А., Прокоф'єва Н.І. Основи фізики: Підручник. - 2-е вид. - М.: Наука. Фізматліт, 1995.

Яворський Б.М., Пінський А.А. Основи фізики: Навчальний посібник. У двох томах: Т.1. - 3-е вид. перераб. - М.: Наука. Фізматліт, 1981.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
154.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Провідники і напівпровідники
Активні діелектрики
Пасивні діелектрики
Напівпровідники в сучасній фізиці і техніці
Нейрони як провідники електрики
Нейрони як провідники електрики Фізіологія синапсів
Матеріали високої провідності Сплави та неметалеві провідники
© Усі права захищені
написати до нас