Нелинейность - вольт-амперная характеристика - варистор
Cтраница 1
 |
Вольт-амперная характеристика варистора. [1] |
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на контактах между кристаллами карбида кремния. Приводящие к нелинейности явления на контактах можно свести к эффектам сильного поля и к тепловым эффектам. Эффекты сильного поля проявляются в виде лавинного или туннельного пробоя областей объемного заряда либо оксидных пленок на поверхности кристаллов карбида кремния, тепловые эффекты - в виде нагрева точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния. Через эти активные области кристаллов проходят токи большой плотности, что влечет за собой локальный разогрев. При повышении температуры сопротивление активных областей уменьшается, что вызывает нелинейность вольт-амперной характеристики варистора. Следует отметить, что нагрев активных областей практически не приводит к повышению температуры всего варистора в целом. При этом инерционность тепловых процессов, протекающих в очень малых объемах активных областей, может быть сравнима с инерционностью электронных процессов. [2]
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния: увеличение в сильных электрических полях проводимости поверхностных потенциальных барьеров или окисных пленок на кристаллах карбида кремния и увеличение проводимости точечных контактов между кристаллами из-за разогрева в связи с выделяющейся на контактах мощностью. [3]
 |
Вольт-амперные характеристики двух варисторов. [4] |
Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с процессами, происходящими на контактах и поверхности кристаллов при протекании тока. Кристаллы имеют разнообразную форму. При малом приложенном напряжении ток протекает через участки соприкосновения кристаллов. С возрастанием напряжения пропорционально увеличивается ток через эти участки и начинает протекать ток через участки с малыми зазорами между кристаллами. Чем выше напряжение, тем с большими зазорами между кристаллами подключаются участки. Новые проводящие цепочки включаются параллельно. В результате эффективное сечение, по которому протекает ток, возрастает, сопротивление уменьшается. Электропроводность такой структуры связана с несколькими механизмами: с замыканием кристаллов карбида кремния, с пробоем оксидных поверхностных пленок на кристаллах и с нагревом контактирующих точек между кристаллами. [5]
В первом приближении можно считать, что нелинейность вольт-амперной характеристики варистора зависит от степени нагрева точечных контактов. В области этих контактов, имеющих малое сечение, проходят токи большой плотности, что приводит к их местному перегреву. Типичной особенностью этой характеристики является ее симметричность. Дополнительная нелинейность характеристики имеет место из-за влияния эффекта лавинного пробоя областей объемного заряда на поверхности кристаллов. [6]
Считая, что одним из основных процессов, приводящих к нелинейности вольт-амперной характеристики варисторов в рабочем диапазоне изменения напряжений и токов, является нагрев точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варисторов. [7]
Необходимо различать статический ( ( 5СТ) и динамический ( 0Д) коэффициенты нелинейности вольт-амперной характеристики варистора. Динамический коэффициент нелинейности получится, если в выражении ( 1) под dUm dl понимать малые переменные напряжения и токи, измеренные тем или иным способом. [8]
Для изготовления варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варисто-ра почти вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами или зернами йолупроводника. При этом должна отсутствовать ионная составляющая элек-тропроводноети полупроводника, поскольку с ней связана нестабильность параметров вследствие / явлений электролиза, а значит, и постоянного изменения состава полупроводника при прохождении тока. Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов может быть существенно увеличена при увеличении температурного коэффициента сопротивления поверхностных слоев кристаллов, из которых состоит варистор. [9]
Для варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варистора практически вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами полупроводника. По расчетам перегрев активных областей достигает нескольких сотен градусов. При этом особо важное значение приобретает требование, согласно которому должна отсутствовать ионная составляющая электропроводности полупроводникового материала, поскольку с ней связана нестабильность параметров вследствие явлений электролиза, а значит, и постоянного изменения состава материала при прохождении тока. Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов может быть существенно повышена при условии увеличения коэффициента температурной чувствительности поверхностных слоев полупроводниковых кристаллов, из которых состоит варистор. [10]
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на контактах между кристаллами карбида кремния. Приводящие к нелинейности явления на контактах можно свести к эффектам сильного поля и к тепловым эффектам. Эффекты сильного поля проявляются в виде лавинного или туннельного пробоя областей объемного заряда либо оксидных пленок на поверхности кристаллов карбида кремния, тепловые эффекты - в виде нагрева точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния. Через эти активные области кристаллов проходят токи большой плотности, что влечет за собой локальный разогрев. При повышении температуры сопротивление активных областей уменьшается, что вызывает нелинейность вольт-амперной характеристики варистора. Следует отметить, что нагрев активных областей практически не приводит к повышению температуры всего варистора в целом. При этом инерционность тепловых процессов, протекающих в очень малых объемах активных областей, может быть сравнима с инерционностью электронных процессов. [11]
Цепь стабилизации режима работы лампы Л1 выполняет одновременно функции стабилизации размера изображения по горизонтали. Импульсное напряжение, снимаемое со строчного трансформатора, через разделительный конденсатор GS подается на варистор Re, работающий в качестве детектора. Под действием импульсов обратного хода конденсатор Cz заряжается через варистор, сопротивление которого мало при воздействии высокого напряжения. В промежутках между импульсами сопротивление варистора возрастает и соответственно увеличивается постоянная времени разряда конденсатора Cz. Увеличение постоянной времени разряда приводит к тому, что конденсатор не успевает разрядиться к моменту появления следующего импульса, вновь заряжающего его. Таким образом, за счет нелинейности вольт-амперной характеристики варистора в процессе последовательных зарядов и разрядов конденсатора Cz на нем накапливается остаточный заряд, величина напряжения которого зависит от амплитуды импульсов обратного хода. Положительное смещение, подаваемое с делителя напряжения вольто-добавки Ri - Rb, компенсирует часть вырабатываемого схемой отрицательного напряжения. [12]
Страницы: 1