Температуры свободных

пустимое значение температуры структуры (предельная температура) Т/тах, определяющее положение отрезка CD ОБР, составляет 150—200 °С и задается с запасом. Поэтому превышение значения Т, тах при эксплуатации транзистора, как и переход токовой границы, не вызывает мгновенного отказа, однако увеличивает его вероятность.

В результате переходный процесс включения тиристоров в таких режимах характеризуется изменением уровня ин-жекции (плотности анодного тока) и температуры структуры в широких пределах. Так, вблизи центрального перехода р-п-р-п структуры плотность тока в области начального включения может изменяться в диапазоне 1—100 А/см2, а температура от начального уровня может возрастать до температуры, близкой к температуре плавления кремния (~1000°С).

Высокая теплостойкость: рост температуры структуры приводит к увеличению сопротивления канала, и ток уменьшается

Однако МДП-транзисторы имеют и недостатки. Во-первых, вследствие относительно высокого сопротивления канала в открытом состоянии падение напряжения на открытом МДП-транзисторе заметно больше, чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе. Этот недостаток усугубляется еще и тем, что температурная зависимость сопротивления канала сильнее, чем зависимость от температуры напряжения насыщения биполярного транзистора (сопротивление канала открытого МДП-транзистора в диапазоне температур 25—150°С увеличивается в 2 раза, а напряжение насыщения биполярного транзистора — примерно Б 1,5 раза). Во-вторых, МДП-транзисторы имеют существенно меньшее значение предельной температуры структуры Т,- max, равное 150 °С (для кремниевых биполяр-ных транзисторов Т, таж=200 °С). Этот факт ограничивает применение МДП-транзисторов в режимах эксплуатации с повышенной температурой окружающей среды (около 100 °С), в частности, в автомобильных двигателях, металлургии и т. д.

Широкий диапазон изменения токов, напряжений и температуры структуры при переключении тиристора значительно усложняет построение динамической модели тиристора, так как для получения приемлемой точности модели вычислительные затраты (прежде всего связанные с определением параметров модели) неоправданно возрастают. Следует подчеркнуть, что инерционность тиристоров при переключении больших токов и напряжений сказывается уже на промышленной частоте 50 Гц: высоковольтные тиристоры, например, на напряжения 3 кВ имеют время включения на ток 1 кА более 2 мс. Параметры модели таких приборов имеют большой разброс и нелинейно зависят от режима (прежде всего от плотности тока, которая в таких режимах изменяется на несколько порядков).

Кривые на 7.1 показывают, как изменяется интенсивность отказов К полупроводниковых приборов с ростом температуры структуры: уже при температуре около 100°С надежность работы приборов снижается в 5—10 раз по сравнению с надежностью при температуре 25 °С. Если при этом прибор одновременно предельно используется по какому-либо электрическому параметру, то интенсивность отказов может возрасти в 100 раз и более ( 7.1). Следует

вых приборов от температуры структуры

Применение для анализа тепловых режимов тепловой модели в приведенных параметрах может упростить определение параметров модели. При необходимости оценки температуры других изотермических поверхностей конструкции полупроводникового прибора (не только температуры структуры) используют формулы перехода от приведенных параметров к истинным [28].

26 Импульсный высокочастотный режим—с ростом рабочей частоты увеличивается «удельный вес» коммутационных потерь, так как длительность открытого состояния сокращается ( 7.5). Хотя колебания температуры структуры с ростом частоты обычно уменьшаются, расчет мощ-

Выделение тепла в полупроводниковом приборе—неотделимый от режима его эксплуатации процесс, вызывающий изменение температуры структуры; температурная зависимость параметров структуры приводит к изменению электрического режима прибора и далее, через электрическую мощность потерь, к новым изменениям температуры. Такую взаимозависимость теплового и электрического режимов полупроводникового прибора называют тепловой обратной связью; механизм ее действия поясняет 7.6. Электрическая энергия источника питания Ри передается в нагрузку Рн, частично Р рассеивается в структуре прибора и преобразуется в тепло Q. Тепловое сопротивление /?т определяет нагрев структуры A7'y- = Q/?T; под действием температурной зависимости параметров структуры, которая отражена на 7.6, блоком P(Tj) замыкается цепь тепловой обратной связи, В зависимости от глубины обратной

становится положительным ( 7.7), тогда при плотности тока выше точки А увеличение температуры структуры приводит к росту падения напряжения на приборе (ТКН>0), т. е. мощность потерь повышается, что вызывает дальнейшее увеличение температуры, и т. д. Для обеспечения теплостойкости прибора необходимо создать эффективный теплоотвод возрастающей тепловой энергии, температура структуры 7/ при этом возрастает до тех пор, пока не достигается тепловое равновесие, определяемое скоростью охлаждения прибора; максимально допустимое значение температуры структуры в этом режиме заметно ниже предельного значения Т/ тах.

Для обеспечения правильных показаний измерительного прибора применяют также специальные компенсирующие устройства. Например, коробку автоматической компенсации температуры свободных концов (холодных спаев) термопары, включаемую между термопарой и измерительным прибором.

7. Электрическая схема коробки автомагической компенсации температуры свободных концов термопары:

Точность показаний милливольтметров находится в зависимости от постоянства температуры свободных концов термопары и от постоянства температуры, окружающей комплект. Кроме того, эти приборы боятся вибрации.

Основными причинами погрешностей термоэлектрических преобразователей температуры являются неоднородность материалов термоэлектродов, изменения температуры свободных концов, шунтирующее влияние сопротивления межэлектродной изоляции, временные изменения свойств термоэлектродов и т. п.

Погрешность от изменения температуры свободных концов уменьшают путем ее термостабилизации или автоматическим введением поправок, а погрешность от шунтирующего действия сопротивления межэлектродной изоляции — подбором соответствующих изоляционных материалов.

На 13.9, в приведена схема, применение которой позволяет автоматически осуществлять коррекцию температуры свободных концов. В этой схеме между термопарой и вторичным прибором включен неуравновешенный мост, состоящий из манганиновых резисторов R2, R3, R4 и медного резистора RI, который находится в таких же температурных условиях, как и свободные концы термопары. Параметры моста подбирают таким образом, чтобы при значении температуры свободных концов, равном нулю, мост находился в равновесии, а при отклонении температуры свободных концов от нуля между вершинами А — Б моста возникала разность напряжений Af/K, равная по значению изменению термо-э. д. с. термопары, вызванному изменением температуры свободных концов. Значение At/K может быть определено из выражения

40. Приведите основные характеристики промышленных термоэлектрических преобразователей температуры, их измерительные цепи. Укажите способы устранения погрешностей от влияния температуры свободных концов термопары.

Первичным преобразователям температуры кроме методических погрешностей присущи инструментальные погрешности, возникающие при преобразовании температуры чувствительного элемента в выходной электрический сигнал. Они обусловлены отклонением реальной функции преобразования от номинальной (градуировочной), а также ее временной нестабильностью, изменением температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, несоответствием термоэлектрических характеристик удлинительных проводов характеристикам термоэлектродов, шунтирующим действием изоляции чувствительных элементов, изменением напряжения питания термопреобразователя сопротивления и др.

Для автоматической компенсации влияния изменений температуры свободных концов ТП или удлинительных проводов применяют тем-пературозависимые компенсационные схемы, термочувствительный элемент которых размещают в месте подключения свободных концов ко вторичному измерительному прибору.

Один из способов автоматического введения поправок в зависимости от температуры свободных концов ТП приведен на схеме 22.1. Здесь между ТП и вторичным прибором включают неуравновешенный мост, состоящий из манганиновых резисторов R2, JR3, R4 и медного резистора R1, который находится в одинаковых температурных условиях со свободными концами ТП. Параметры моста подбирают так, чтобы при определенном значении температуры свободных концов (например, О °С) он находился в равновесии, а при отклонении температуры свободных концов от этого значения в диагонали А — В возникало напряжение UAB, равное поправке на э. д. с. свободных концов А? = Ев — Ев, где Ев, Ев — термо-э. д. с. термопары при температуре горячего спая в и температуре свободных концов соответственно 6СВ и О °С (для которой составлены градуировочные таблицы ТП и рассчитана схема милливольтметра). Расчет схемы ведут согласно выражению

В качестве первичного преобразователя пирометров полного излучения используют зачерненные термоэлектрические преобразователи, чувствительные ко всем длинам волн. Оптическая система предназначена для концентрации потока энергии на чувствительный элемент и выполняется самым различным образом. Чаще всего применяют пирометры следующей структуры ( 22.3). Поток излучения от объекта 1 концентрируется на термоэлектрическом приемнике 5 с помощью вогнутого зеркала 3. Диафрагма 2 служит для создания необходимого уровня выходного сигнала, соответствующего верхнему диапазону измерения. Схема 6 предназначена для компенсации влияния изменений температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя. Для уменьшения влияния температуры корпуса на чувствительный элемент он защищен экраном 4, а внутренняя поверхность трубы выполнена ребристой и зачернена. Для повышения чувствительности пирометров применяют более сложную' оптическую систему, например с двумя зеркалами.