Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

сом — к катоду выпрямителя (через дроссель); минусом — к средней точке вторичной обмотки питающего трансформатора.

Для пуска выпрямителя включают питающий и вспомогательный трансформаторы. Затем слегка наклоняют колбу выпрямителя в сто­ рону анода зажигания (на рис. 10.12, влево) так, чтобы ртуть катода и отростка Л, соединилась, и нажимают кнопку П. В цепи анода за­

Трехфазный стеклянный ртутный выпрямитель работает по тому же принципу. Он имеет три главных анода и подключается к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, соединенной в звезду с выведен-

1G5

кой нейтралью. Пульсация выпрямленного тока у трехфазного выпря­

мителя более сглажена.

Стеклянные выпрямители выпускаются промышленностью на ве­ личину выпрямленного тока до 100 А. В условиях строительства та­ кие выпрямители применяют для зарядки аккумуляторов, для уста­ новок гальванических покрытий и т. д. вместо двигатель-генераторов.

Мощные экситроны выпускают в металлическом корпусе; принцип их действия'тот же, но конструкция сложнее. Обычно они снабжаются управляющей сеткой, которая служит для тех же целей, что и в тира­ тронах: регулирует момент зажигания дуги в вентиле. Для зажигания дуги в современных конструкциях мощных экситронов применяют спе­ циальные устройства — щелевые зажигатели, представляющие собой тонкую трубку с отверстиями, встроенную в катодный ввод вентиля. Представление о конструкции такого рода экситронов дает рис. 10.13. На нем показан металлический шестианодный экситрон типа РМ (6)- 500 на ток 500 А при напряжении выпрямленного тока 600 В.

Мощные управляемые (с управляющей сеткой) экситроны находят широкое применение в электроэнергетике. Они используются как пре­ образователи переменного тока в постоянный в промышленности и на электрифицированном транспорте, а также для снабжения элек­ троэнергией крупных электродвигателей постоянного тока в прокат­

ных и других установках (ионный электропривод).

166

гатель включают в ту же цепь параллельно, но через вентиль (элек­ тронный или полупроводниковый), пропускающий ток только в одну сторону.

При подаче напряжения на игнитрон в месте соприкосновения зажигателя с ртутью возникает искра, переходящая затем в дугу, которая так же, как и в экситронах, перебрасывается на анод. Дуга горит в течение одного полупериода, пока анод имеет положительный потенциал, затем гаснет и загорается вновь от зажигателя в начале следующего положительного полупериода. Таким образом, игнитрон как выпрямитель дает прерывистый пульсирующий ток. Для выпрям­ ления трехфазного тока необходима установка, состоящая из трех или шести игнитронов.

Свойство игнитрона прерывать ток через каждый полупериод (т. е.

ключателей), имеющих ряд преимуществ по сравнению с обычными электромагнитными контакторами: отсутствие движущихся частей; быстрота действия; отключение тока при прохождении его через нуль. В условиях строительства игнитронные контакторы устанавливают на электросварочных машинах, применяемых при изготовлении арма­ турных сеток и каркасов для железобетонных работ.

Мощные игнитроны в металлическом корпусе с более сложным уст­ ройством и управлением применяют в промышленных выпрямитель­ ных установках. Представление о наиболее простой конструкции металлического игнитрона дает рис. 10.14, б.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ И АППАРАТЫ

§ 10.9. Полупроводники и их свойства

Полупроводниками, как уже указывалось в начале учебника, на­ зывают вещества, занимающие по своей электропроводности промежу­ точное положение между проводниками и диэлектриками. В приборах и аппаратах электроники в настоящее время применяют главным обра­ зом три полупроводниковых элемента: германий, кремний и селен.

Полупроводники обладают своеобразными свойствами электропро­ водности. Наиболее существенными из этих свойств являются:

металлов — проводников) или п-типа, другая — д ы р о ч н а я или p-типа*, обусловленная перемещением в полупроводнике «дырок» (этот термин объяснен дальше).

2. Для изготовления полупроводниковых приборов применяют указанные выше вещества, химически особо чистые (сверхчистые); вместе с тем добавка к ним некоторых примесей в чрезвычайно малых количествах оказывает огромное влияние на проводимость полупро-

* Латинские буквы п и р — первые буквы слов: «негативный» и «позитив­ ный» (отрицательный и положительный).

167

Еодника, не только увеличивая ее во много раз, но даже меняя ее ха­ рактер: с одной примесью полупроводник может иметь электропро­ водность электронную, а с другой примесью — дырочную.

3. В контактном соединении двух полупроводников, из которых оди имеет электропроводность р-типа, а другой л-типа, возникает тон­ кий слой: р-л-переход, имеющий вентильное свойство

Два типа электропроводности

Все три упомянутых выше вещества — германий, кремний и селен — имеют кристаллическую структуру. Следовательно, как известно из физики, атомы-в их кристаллах постоянно сохраняют определенное, геометрически правильное расположение, размещаясь по узлам так

Рис. 10.15. Схема образования «дырки»

Кристаллические решетки металлов-проводников состоят глав­ ным образом из положительных ионов, т. е. атомов, потерявших один электрон. Как уже говорилось в начале учебника при рассмотрении строения атома, металлы-проводники характеризуются очень большим количеством свободных электронов, приближающихся к числу ато­ мов, и потому обладают высокой электропроводностью.

У полупроводников же кристаллическая решетка состоит в основ­ ном из нейтральных атомов. Лишь немногие из них «теряют» элек­ троны, становясь положительными ионами. Поэтому количество сво­ бодных электронов в полупроводниковых веществах невелико.

168

Электропроводность, обусловленная наличием свободных элек­

электропроводность полупроводников (чистых, без примесей) невели­ ка, значительно меньше, чем у металлов-проводников.

На рис. 10.15 представлена схема строения атома одного из полу­ проводников— кремния. У атома кремния 14 электронов, из которых четыре валентных. Предположим, что один из этих валентных элек­ тронов (на рис. 10.15 верхний) под влиянием тех или иных причин по­ кинул атом (на рисунке это показано стрелкой). В этом случае в элек­ тронной оболочке атома появится незамещенное, пустое место (на ри­ сунке буква д). Это незамещенное место в валентной орбите атома получило название дырки. Сам атом при наличии дырки становится положительным ионом и приобретает положительный заряд.

На схеме рис. 10.16 показано состояние шести атомов кремния (или любого другого полупроводника) в шесть моментов времени, обозна­ ченных на рисунке цифрами от 1до 6; межатомные связи для простоты на схеме не показаны; у атомов показан только один электрон.

В первый момент времени все шесть атомов, занимающих определен­ ные места в кристаллической решетке, нейтральны [слева на рисунке находится положительный полюс (+), справа —отрицательный (—)].

Во второй момент времени при воздействии электрического поля у одного из атомов отщепляется один электрон — переходит в разряд свободных. В электронной оболочке атома появляется дырка, а сам

В результате атом, ранее потерявший электрон, вновь делается ней­ тральным. Теперь появляется дырка у соседнего атома и он становится положительным ионом.

В четвертый, пятый и шестой моменты времени продолжается тот же процесс; электроны перемещаются от атома к атому в сторону поло­ жительного полюса (на рисунке — влево), а дырки смещаются в сто­ рону отрицательного полюса (на рисунке — вправо); в ту же сторону смещаются и положительные заряды ионов, хотя сами ионы остаются на своих прежних местах. Это явление и называется д ы р о ч н о й электропроводностью полупроводников.

Влияние примесей

Обе рассмотренные электропроводности—электронная и дырочная— чистых полупроводников невелики и потому практически не могут быть

169