Динамо-машины  Конструкции радиаторов, полупроводниковые диоды 

1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

который в свою очоредь является основанием корпуса. К кристалло-держателю приваривается корпус 5 с изолятором 6, через который проходит вывод одного из электродов 3.

На рис. 1, б изображен мощный полупроводниковый диод, у которого кристаллодержатель представляет собой массивное теплоот-водящее основание. Основание имеет плоскую внешнюю поверхность с винтом, посредством которого осуществляется тепловой контакт с внешним теплоотводом. Рабочим элементом этого прибора является кристалл / полупроводника, который через припой 2 контактирует с кристалл оде ржателем 3. К кристаллодержателю приварен корпус 4 с изолятором 5, через который проходит вывод 6 одного raquo;из электродов.

На рис. 2 показаны конструкции маломощного (а) и мощного (б) кремниевых стабилитронов. По своему устройству кремниевые стабилитроны сходны с выпрямительными диодами.

Рис. 2. Конструкции кремниевых стабилитронов. а-маломощного; б-мощного.

Но/ментор

Рис. 3. Конструкция маломощного транзистора.

На рис. 3 схематически представлен маломощный транзистор с холодносвар-ным корпусом, кристаллодержатель данной конструкции предназначен для монтажа транзисторов типа П401-П403 и им аналогичных. С измененным кристал-лодержателем эта конструкция используется и для низ-

кочастотных транзисторов типа МП37-МП42 и др.

На рис. 4 показана конструкция мощных низкочастотных транзисторов типа П209-П210, Основные принципы конструкции используются для многих транзисторов средней и большой мощности.

Зависимость параметров полупроводниковых приборов от температуры

Параметры полупроводниковых приборов в значительной степени зависят от температуры р-п-переходов, корпуса прибора и окружающей среды. Оптимальной является температура окружающей

База

Эмиттер

Коппек -тор

Рис. 4. Конструкция мощных низкочастотных транзисторов.

среды в диапазоне -5-т- +40 deg;С. Рассмотрим изменения параметров некоторых полупроводниковых приборов при повышении температуры.

При работе в полупроводниковых приборах рассеивается часть подводимой к ним электрической мощности. Вследствие этого температура внутренних областей и корпуса полупроводникового прибора превышает температуру окружающей среды. Температура р- laquo;-переходов и внутренних областей полупроводниковых приборов является важным фактором, от которого зависит работоспособность этих приборов. Для полупроводниковых диодов, как правило, задается максимальная температура корпуса /к. макс при оговоренных величинах токов через прибор и обратных напряжений, так как переход, диода всегда имеет хороший тепловой контакт с корпусом.

Для транзисторов задается максимальная температура области коллекторного перехода /п. макс, так как там происходит выделение большей части рассеиваемой электрической

мощности. Повышение внутренней температуры р- laquo;-перехода приводит к постепенному старению транзистора, а также к необратимым изменениям, в результате которых транзистор может выйти из строя. Необратимые изменения в полупроводниковых приборах практически происходят при температурах перехода 100 deg;С для приборов, выполненных на основе германия, и 200 deg;С для приборов, выполненных на основе кремния.

Максимальная температура перехода указывается в спра-

вочниках. Под максимальной рабочей температурой следует понимать не среднюю, а мгновенную температуру, так как при импульсном режиме работы мгновенная температура может быть значительно выше средней.

Для нормальной работы полупроводниковых приборов необходимо, чтобы температура переходов была всегда ниже предельной. Как показала практика, число отказов уменьшается почти в 2 раза, если температура р-п-переходов ниже предельной на 10 deg;С.

При повышении температуры снижаются предельные данные полупроводниковых приборов. Так, у выпрямительных диодов при повышении температуры р- laquo;-перехода сильно увеличивается обратный ток, который может достичь такой величины, что диод потеряет свои выпрямительные свойства. С ростом температуры у германиевых диодов уменьшается величина пробивного напряжения.

У кремниевых стабилитронов при повышении температуры перехода падает напряжение стабилизации.

У тиристоров с повышением температуры возрастают токи утечки в выключенном состоянии, возрастает время и уменьшается ток

выключения. При повышении температуры некоторые тиристоры могут самопроизвольно включаться, что приведет к нарушению работы устройств, в которых они применяются.

При повышении температуры у транзисторов снижаются предельные данные (мощность, напряжение, ток) и изменяются почти все их параметры. Например, для маломощных транзисторов мощность рассеяния снижается на 10 мет при повышении температуры на каждые 5 deg;С.

Необходимо помнить, что приводимые в справочниках максимальные мощности рассеяния являются скорее предположительными, так как они могут быть реализованы только при определенных условиях - низкой температуре окружающей среды (до 20-25 deg;С), нормальном давлении и идеальных радиаторах, чего на практике почти никогда не бывает. Поэтому для обеспечения надежности полупроводниковых приборов должно уделяться серьезное внимание их охлаждению.

Теплопередача

При определенных мощностях рассеяния поверхность корпуса полупроводникового прибора не может обеспечить необходимую теплоотдачу в окружающую среду, поэтому для улучшения теплоотдачи применяют различные теплоотводящие устройства. Существует несколько способов отвода тепла от полупроводниковых приборов. Наиболее простым можно считать способ отвода тепла за счет естественной конвекции при искусственно увеличиваемой поверхности теплообмена путем использования радиаторов. При этом полупроводниковый прибор, установленный на радиатор, отдает последнему большую часть тепла. Нагретый воздух поднимается вверх, а на его место поступает холодный воздух. Таким образом осуществляется постоянный теплообмен между воздухом и радиатором.

Мощность, которая может быть передана конвекцией, определяется по формуле

Рк = laquo;к - с) 5 ,

где Рк - мощность, передаваемая в единицу времени конвекцией, вт\ ot - коэффициент теплопередачи конвекцией, вг/(ж2- deg;С); S - площадь поверхности теплообмена, м; г -температура охлаждаемой поверхности, deg;С; tc.-температура окружающей среды, deg;С.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией численно характеризует мощность, которую рассеивает или воспринимает единица поверхности охлаждаемого тела путем конвекции при разности температур между охлаждаемым телом и окружающей средой 1 deg;С.

Коэффициент йк можно рассчитать с достаточной для практики точностью по следующим упрощенным формулам:

для вертикально ориентированной поверхности высотой / или цилиндра диаметром / (в метрах)

ДЛЯ горизонтально ориентированной поверхности, обращенной нагретой стороной вверх.

Як = 1,301

где а - наименьшая сторона, ограничивающая поверхность, м;