Электрические аппараты автоматического управления - Бесконтактные аппараты автоматического управления, диоды

§ 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В настоящее время все большее распространение получают статические бесконтактные аппараты автоматического управления. К ним можно отнести: 1) бесконтактные электромагнитные устройства автоматики, 2) бесконтактные реле, 3) стабилизаторы тока и напряжения, 4) бесконтактные командные аппараты, 5) элементы логического действия, 6) элементы структурных математических моделей, 7) элементы суммирующих устройств и элементы устройства памяти электронных цифровых машин, 8) защитные устройства от перенапряжений и многие другие.

Автоматизация производственных процессов требует весьма сложных, разнообразных и надежных схем. В этих условиях контактные элементы не могут решить полностью эту задачу. Поэтому наряду с контактными элементами широко внедряются бесконтактные. Они имеют то преимущество, что в обусловленных режимах имеют очень продолжительный срок службы, особенно при большой частоте срабатывания. Этого не могут обеспечить контактные элементы, срок службы которых всегда ограничен. Бесконтактные элементы не требуют ухода, они лишь требуют определенных условий, которые не должны нарушаться. Многие бесконтактные элементы обладают большим быстродействием, практически почти неограниченным. Все эти особенности выдвигают бесконтактные элементы на первый план, а в ряде схем на исключительное место.

§ 9.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

В практике используются различные полупроводниковые приборы: диоды, триоды или иначе их называют транзисторами, терморезисторы, варисторы, тиристоры и др.
Полупроводниковые диоды бывают селеновые, меднозакисные (купроксные), германиевые и кремниевые. Но большее распространение получили германиевые и кремниевые диоды.

Диоды

Германиевые диоды изготовляются из полупроводника германия. Их рабочим элементом служат р—п или п—р переходы. Структура р—п (рис. 9.1, а) состоит из двух областей: р — область с дырочной проводимостью и η — область с электронной проводимостью. В зависимости от полярности приложенного напряжения через р—п переход может протекать или малый обратный ток, или большой прямой ток. Прямое направление соответствует положительному смещению области р относительно области п.

Если к р—п переходу приложить переменное напряжение, то ток будет проходить в одном направлении в период полуволны напряжения прямого направления. В этом и состоит выпрямительное действие р—п перехода. На рис. 9.1, б приведено условное обозначение диода. Основной характеристикой диода является его вольт-амперная характеристика (рис. 9.1, в). Имеется большое разнообразие конструкций германиевых диодов, а также широкая классификация их по назначению.
В табл. 9.1 приведены характеристики некоторых типов из них, даны основные параметры, характеризующие диод. Пользуясь этими данными, можно подобрать тот или иной тип диода в зависимости от параметров схемы, в которой диод должен работать.

Табл. 9.1. Диоды германиевые выпрямительные сплавные

Диоды, перечисленные в таблице, предназначены для выпрямления переменного тока частотой до 20 кгц. Оформлены в металлическом сварном корпусе. Вес без радиатора не более 1,4 г. В зависимости от способа и геометрии перехода различают диоды точечные и плоскостные.
Кремниевые диоды (табл. 9.2) называются так потому, что их рабочим элементом служит полупроводник кремний. Они имеют более высокие предельные температуры и, как правило, более стабильны в сравнении с германиевыми диодами по этому параметру.
Предназначены для работы в схемах радиоэлектронных устройств на частотах до 20 Мгц. Оформлены в металлостеклянном герметичном корпусе и имеют гибкие выводы.
Маркировка диодов производится нанесением красных точек на корпус: Д223 — четырех, Д223А — двух, Д223Б — трех. Для указания полярности диода утолщенная часть его плюсового вывода окрашена в красный, а минусового — в черный цвет.

Вес диода без радиатора 0,3 г.
Табл. 9.2. Диоды кремниевые микросплавные

Селеновые диоды изготовляются из селена в виде шайб-элементов (рис. 9.2, а), из которых набирается столбик на нужное напряжение. Один элемент селенового диода типов ВС и АВС имеет обратное напряжение 18 в, а типа ТВС — 36 в. На рис. 9.2. а: 1 — болт, 2 — гайка, 3 — шайба, 4 — изолирующая шайба, 5 — железный электрод, 5 —слой селена (анод), 7 — катодный слой, 8 — контактная латунная шайба, 9 — изолирующая трубка, 10 — контактная шина.
Исходя из параметров, набирают необходимое число элементов шайб в столбик. Длительные токи должны быть такими, чтобы температура шайб не превышала 75° С. Плотность тока шайбы не должна превышать 30 ма/см2 при окружающей температуре 20° С. Недостаток селеновых выпрямителей заключается в нестабильности характеристик, зависящей от времени и режима работы. На рис. 9.2, б приведена вольт-амперная характеристика селенового диода.

Меднозакисные (купроксные) диоды конструктивно похожи на селеновые, изготовляются также в виде шайб-элементов, из которых собирается столбик на нужное напряжение.

Отличаются  они тем, что в качестве рабочего элемента в них применяют слой закиси меди. На рис. 9.3 приведен элемент — шайба меднозакисного диода: 1 — болт, 2 — гайка, 3 — шайба, 4 — изолирующая шайба, 5 — радиатор, 6 — медь (катод), 7 — слой закиси меди (анод), 8 — свинцовая шайба, 9 — дистанционная шайба, 10 — изолирующая трубка.
Меднозакисные диоды имеют стабильные характеристики, но малое обратное напряжение (8—10 в) и низкую стабильную температуру (45—50°С). Это часто ограничивает их применение.