Резистори.

Резистори – це елементи електричного кола, що мають активний опір і призначені для обмеження струму, напруги і т.д.

Резистори виготовляють з матеріалів із високим питомим опором, високою температурою плавлення, незначним температурним коефіцієнтом питомого електричного опору. Матеріалом для виготовлення резисторів є сплави металів (константан, ніхром, фехраль та ін.), литий чавун, легована кремнієм сталь, електроліти тощо.

Резистори виготовляють безкаркасні, з каркасом, чавунні литі та стальні штамповані. Резистори, зібрані в один конструктивний вузол, з’єднані за певною схемою називаються ящиком резисторів. Безкаркасні резистори у вигляді спіралей виготовляють із дроту або стрічки намотуванням витка до витка і закріплюють на фарфорових ізоляторах з деяким натягом, що необхідний зазор між витками. Їх недоліком є низька жорсткість внаслідок чого при нагріванні спіраль провисає, що може викликати замикання між сусідніми елементами.

Щоб зменшити провисання, робочу температуру резистора обмежують ( наприклад, для константана до 100*С) .

Для збільшення жорсткості та підвищення робочої температури резисторів дріт і стрічку намотують на циліндричний або рамочний каркас, що має підвищену теплостійкість і високу діелектричну проникність. Циліндричний каркас виготовляють із фарфору або стеатиту.

Циліндричний каркас, призначений для намотування стрічки або дроту діаметром більше 0,3 мм, виконують з канавкою у вигляді спіралі, що запобігає замиканню між витками. Дріт меншого діаметра намотують на каркас без канавки. Ізоляція між витками дроту створюється плівкою окису. Після намотування резистори покривають шаром склоемалі.

У резисторів частина поверхні не покрита склоемаллю. Хомутик, який знаходиться на середній частині елемента, служить допоміжним виводом, що дає змогу змінити величину опору.

Рамочний каркас складається з металічної основи і закріплених на ній (наприклад, гіпсом) фарфорових або стеатитових ізоляторів , що мають заглиблення, в які укладають константановий дріт або стрічку.

Резистори на великі потужності відносно невеликих габаритів виготовляють із фехралевої стрічки. На штампованому металічному каркасі 1 встановлюють фарфорові ізолятори , що мають заглиблення по профілю каркаса. Ізолятори утримуються на каркасі стрічкою резистора і загнутими упорами . Фехралеву стрічку намотують на ребро. Виводи і виготовляють із мідних пластин і припаюють до стрічки твердим припоєм.

Збирають резистор в ящики за допомогою ізольованих стержнів , які закріплюють на металічній основі, що є каркасом ящика.

Залежно від характеру змін опору резистори поділяються а постійні та змінні. Опір перших фіксований, а других може змінюватися у заданих межах.

За призначенням резистори бувають загального та спеціального призначення. Резистори загального призначення широко застосовують в електронній апаратурі як навантаження активних елементів, подільники кіл живлення, елементи фільтрів, регулятори гучності та тембру, елементи вимірювальних приладів. Межі номінального опору цих резисторів становлять від 10 Ом до 10 МОм.

До резисторів спеціального призначення належать високоомні, високовольтні, високочастотні, прецизійні та понад прецизійні резистори.

За видом матеріалу, з якого виготовлено струмопровідний елемент, резистори поділяються на дротяні, недротяні та метало фольгові. У дротяних резисторів таким елементом є високоомний дріт, виготовлений з константану, ніхрому, нікелю.

У недротяних резисторів струмопровідним елементом є плівка або об’ємні композиції з високим питомим опором; у метало фольгових резисторів – фольга певної конфігурації.

Розділ 3. Основні типи напівпровідникових розмикачів струму.

3.1. Дрейфовий діод з різким відновленням.

На даний час створено декілька основних типів напівпровідникових розмикачів великих струмів. У даній роботі ми розглянемо їх основні види. І почнемо даний розгляд із дрейфових діодів із різким відновленням

Цілеспрямована робота зі створення потужного діодного наносекундного розмикача була розпочата на початку 80-х років минулого століття у Фізико-технічному інституті ім. А.Ф. Іоффе РАН (ФТІ РАН). Поштовхом послужили результати роботи [11], у якій досліджувалася можливість створення високовольтного силового діода із накопиченням заряду і було показано, що тривалість фази ВЗП збільшується, а фази ВЗО зменшується до величини менше 0,1 мкс у міру збільшення глибини залягання дифузійного р⁺п-переходу.

Залежність t_взо (1, 2) і t_взп (3, 4) від глибини залягання рп-перехода х_р. Параметри діодів: питомий опір бази 50 Ом/см, товщина бази 100 мкм, час життя носіїв т_р = 20 мкс. Тут слід зазначити, що діоди в цій роботі були створені за технологією для силового напівпровідникового приладобудування. Основною особливістю технології є те, що глибокі р⁺п-переходи виготовляються за допомогою спільної дифузії в повітряному середовищі бору й алюмінію з їхніх оксидів. Поверхнева концентрація А1 у цьому процесі має строго визначену величину (5-7)·10¹⁶см^-3, і тому дифузійний шар складається із двох областей: сильно легованої (~ 10¹⁹ см^-3) "борної" р⁺-області глибиною 10-20 мкм і протяжної (80-120 мкм), відносно слабко легованої "алюмінієвої" області із плавно зменшуваним градієнтом концентрації домішки. Шоклі-рідовський час життя неосновних носіїв t_п у цій області зменшується з ростом концентрації основних носіїв р і описується формулою (3.1):

(3.1)

Значення часу життя рівне порядку десятка мікросекунд. Тому при протіканні прямого струму через такий р⁺рпп⁺-діод р-область виявляється "залитою" електронно-дірковою плазмою. При перемиканні відбувається швидке зменшення концентрації плазми в р⁺р-переході, однак, на відміну від ситуації з різким р⁺п-переходом, це не приводить до утворення ООЗ, оскільки в проведенні струму беруть участь основні носії р-шару. Плазмовий фронт переміщається по р-шару в бік рп-переходу, і лише при наближенні до нього цього фронту починає формуватися ООЗ і зменшуватися зворотній струм. Таким чином, збільшення глибини р⁺рп-переходу приводить до збільшення тривалості фази ВЗП і зменшенню тривалості ВЗО, оскільки до моменту утворення ООЗ значна частина заряду виявляється виведеною з діода. Саме така конструкція р⁺р-переходу надалі використовувалася у всіх потужних наносекундних діодних розмикачах.

Як вже відзначалося вище, присутність електронно-діркової плазми на зростаючій границі ООЗ, гальмує процес розширення, тобто зменшує швидкість наростання напруги на діоді й затягує спад струму. Тому, відповідно до сучасних уявлень, процес відновлення повинен протікати так, щоб рухомий плазмовий фронт в р-области від р⁺р- до рп-переходу, і фронт, що рухається по п-базе від п⁺п- до рп-переходу, зустрілися точно в площині рп-переходу. У цьому й тільки в цьому випадку протікання зворотного струму й розширення ООЗ буде відбуватися за рахунок швидкого руху тільки основних носіїв у протилежних напрямках від рп-переходу.

Однак тільки конструктивними засобами це здійснити досить складно. Так, якщо конструювати прилад з робочою напругою, наприклад, 1,7 кВ на основі кремнію п-типа провідності, звичайно використовуваного для потужних приладів, то максимальна ширина ООЗ й, отже, товщина п-бази повинна бути більше 140 мкм, а товщина р-області, виконаної дифузійним методом, не може бути більше, ніж 100-120 мкм. Тоді при більш-менш однорідному розподілі плазми в р- і п-областях приладу зустріч фронтів відбудеться в п-базі (оскільки швидкість руху фронту в р-області втроє більше), і обрив струму буде досить повільним. Наносекундний обрив струму в кремнієвому р⁺рпп⁺-діоді можна здійснити, якщо зробити тривалість імпульсу прямого струму досить малою для того, щоб більша частина загальної кількості виведеної плазми була зосереджена в р-області.