Градиента напряжения

Электроны 4е" поступают к катоду через сопротивление Rn нагрузки ТЭ. Полученная вода (Н2О)„ под действием градиента концентрации возвращается к аноду. Две молекулы воды (2Н2О). образовавшиеся в элементарном акте результирующей реакции, необходимо отводить из зоны реакции. Отвод воды осуществляется дренажным устройством. При работе ТЭ гель в ИОМ иод влиянием воды набухает и находится, как указывалось, в квазитвердом состоянии.

те в генераторном (разрядном) режиме. При электролизе (зарядном режиме) эта масса снабжает водой электроды до тех пор, пока раствор электролита не становится высококонцептри-рованным, а асбест достаточно осушенным. Перенос воды осуществляется ее диффузией в жидком состоянии под влиянием градиента концентрации и перемещением паровой фазы под действием градиента давления, причем второй механизм переноса преобладает в диапазоне рабочих температур Г=373 -н 433 К. Местоположение жидкой фазы внутри РТЭ регулируется капиллярными силами, которые намного превосходят гравитационные воздействия. Это обстоятельство облегчает применение данного РТЭ в условиях невесомости на КЛА [1.7].

Наряду с дрейфовой возникает диффузионная составляющая тока, которая является следствием теплового движения электронов. При неравномерной концентрации носителей тепловое движение приобретает определенную направленность из области с большей в область с меньшей концентрацией электронов. Это объясняется тем, что в области, где концентрация электронов выше, вероятность столкновения электронов также выше. В результате электрон при хаотическом тепловом движении стремится отклониться в область с меньшей концентрацией, где будет испытывать меньше столкновений. Это направленное перемещение электронов в результате хаотического теплового движения называется диффузией и зависит от величины градиента концентрации.

Для уяснения физического смысла градиента концентрации рассмотрим неоднородный полупроводник с изменяющейся, концентра-. цией электронов по оси X ( 1.6), Будем рассматривать лроцесс перемещения электронов через плоскость, перпендикулярную^ оси X. В результате диффузии носители зарядов смещаются в направлении уменьшения их концентрации.

смысла градиента концентрации и /7' процесса образования диффузи-рнного тока, "

Величины /э и /к зависят от градиента концентрации дырок на границе области базы. Рассмотрим закон распределения носителей, инжектированных эмиттером в базу.

Токи /э и /к зависят от градиента концентрации дырок на границах области базы. Для этих токов получены упрощенные выражения, выведенные при следующих допущениях: концентрация неравновесных неосновных носителей заряда значительно меньше концентрации основных носителей и все приложенное к транзистору напряжение падает только на р — n-переходе. При этих допущениях можно считать, что неосновные носители движутся от эмиттера к коллектору только за счет диффузии.

Электрическое поле в базе, создаваемое источником коллекторного напряжения, невелико, так как это Напряжение в основном падает на коллекторном переходе. В результате можно считать, что перемещение дырок от эмиттера к коллектору через тонкую базу представляет собой диффузионный процесс, возникающий из-за наличия градиента концентрации дырок в базе dp/dx.

Поскольку предельные частоты связаны с подвижностью носителей заряда, то при прочих равных условиях германиевые транзисторы выгодно отличаются от кремниевых. Наиболее высокие граничные частоты присущи так называемым дрейфовым транзисторам, у которых область базы (w= 2—3 мкм) имеет неравномерную концентрацию примесных атомов. Изменение градиента концентрации на два-три порядка по направлению от эмиттера к коллектору вызывает ускоренный дрейф неосновных носителей заряда главным образом за счет электрического поля, а не диффузии. Вместе с тем транзисторам дрейфового типа присущи низкие рабочие иапряжешя.

Наличие градиента концентрации и внешнего поля в направлении оси х приведет к тому, что поток электронов

( 3.25, г). Возрастание тока эмиттера с повышением обратного эмиттерного напряжения вызвано увеличением градиента концентрации электронов dn/dx в базе (эффект Ирли при инверсном включении).

где «п — число пластин в дугогасительной решетке; «рк — число разрывных' контактов (прк = 2); иоэ — приэлектродное падение напряжения, В (для больших токов можно принять ыоэ«20 В); ?'(/дм, Ли) — зависимость градиента напряжения разделенных решеткой дуг от тока и давления; бпл — расстояние между пластинами решетки, м. -

Общее напряжение дуги определяется суммой околокатодного UK, околоанодного Ua падений напряжения и напряжения в основном столбе дуги, равного произведению градиента напряжения Гя на длину дуги /д:

а через мес — •• степень ионизации газа. На 6.3,а показана зависимость градиента напряжения дуги в масле от давлении газов.

5-4. Распределение напряжения и градиента напряжения в стационарной дуге постоянного тока

Падение напряжения на стационарной дуге распределяется неравномерно вдоль дуги. Картина изменения падения напряжения С/д и продольного градиента напряжения ?л вдоль дуги приведена на 5-4. Под градиентом напряжения понимают падение напряжения на единицу длины дуги. Как видно из рисунка, ход характеристик и.Л и ?д в приэлектродных областях резко отличается от хода характеристик на остальной части дуги. У электродов, в прикатодной и прианод-ной областях, на промежутке длины порядка 10"4 см имеет место резкое падение напряжения, называемое катодным UK и анодным t/a. Значение этого падения напряжения зависит от материала электродов и окружающего газа. Суммарное значение прианодного и прикатодного падений напряжения составляет 15-30 В, градиент напряжения достигает 105 —106 В/см.

изменение градиента напряжения по длине промежутка; в — распределение восстанавливающегося напряжения по промежутку

Движение открытой дуги. Для лучшего уяснения условий движения дуги в продольных щелях рассмотрим некоторые явления в движущейся открытой дуге. При сколько-нибудь значительных токах открытая дуга имеет высокую проводимость. Так, на постоянном токе при токе свыше 100 А продольный градиент напряжения в открытой дуге составляет 6 — 8 В/см (кривая v = 0 на 6-1), а для длинных дуг, где влияние паров металла электродов сказывается мало, градиент напряжения при тех же токах достигает 12 В/см. При переменном токе среднее значение градиента равно 15 В/см. Движение дуги с какой-то скоростью в неподвижном воздухе эквивалентно обдуву ее. Эффект интенсивного охлаждения приводит к существенному возрастанию продольного градиента напряжения, о чем можно судить по кривым 6-1.

Продольная щель с рядом ребер и уширений 4, за счет которых происходит возрастание продольного градиента напряжения, изображена на 6-5, г.

Градиент напряжения дуги в продольных щелях мало зависит от ее скорости. В открытой дуге эта зависимость (штриховые линии) выражена более резко, и при некоторых условиях градиент напряжения открытой дуги может превосходить значение градиента в узких щелях. В большинстве современных дугогасительных устройств с продольными щелями скорость движения дуги ниже 100 м/с. При этих условиях продольный градиент напряжения дуги в узких щелях существенно выше, чем у открытой дуги. Пока щель остается широкой (5 > 6 мм), заметного влияния ширины щели на значение продольного градиента напряжения не наблюдается. Заметное повышение градиента начинается в узких щелях (5 < 4 мм), и особенно оно значительно при переходе к совсем узким щелям (5 < 1 мм). Таким образом, для получения интенсивного гашения дуги в малом объеме следует применять возможно более узкие щели.

Учитывая, что градиент напряжения в узких щелях не зависит от скорости движения дуги, напряженность магнитного поля надо выбирать такой, чтобы при всех условиях дуга не останавливалась. В отличие от открытой дуги увеличение скорости движения дуги в узких щелях следует рассматривать не как. метод повышения градиента напряжения, а как способ уменьшения износа стенок камеры.

Наличие ребер и уширений мало влияет на скорость движения дуги. Значение же продольного градиента напряжения зависит от числа ребер и формы уширений. Наличие прорезей (ребер) повышает напряжение на дуге по сравнению с тем, что имеет место в щели с плоскопараллельными стенками. Зажатая и деформированная в узкой щели дуга будет давить на стенки и, при наличии прорези в стенке (уширения в щели), вдавливаться в промежуток, образованный прорезью. Деформация ствола дуги, вызванная наличием прорези, приводит, во-первых, к увеличению площади соприкосновения дуги с холодными стенками камеры; во-вторых (и это, видимо, главное), ребра, образующие прорезь, проникают внутрь дуги и способствуют ее интенсивному охлаждению. Указанные обстоятельства приводят к местному повышению градиента напряжения.