Лекция 1 - Конспекты (1095366), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Иоффе были проведены важные работы в области создания полупроводниковых диодов.В 1938 г. академик Б.И. Давыдов и его сотрудники предложили диффузионную теорию выпрямления переменного тока посредством кристаллическихдетекторов, в соответствии с которой оно имеет место на границе между двумяслоями проводников, обладающих p- и n-проводимостью. А в начале 1940-х гг.В.Е. Лашкарев открыл механизм инжекции (переноса носителей тока) – явления, составляющего основу действия полупроводниковых диодов и транзисторов.Предложенная Б.И.
Давыдовым теория p-n-перехода впоследствии быларазвита У. Шокли в США. В 1947 г. В. Браттейн и Дж. Бардин, работавшие подруководством У. Шокли в лаборатории "Bell", открыли транзисторный эффект15Электропитание РЭАГлава 1в детекторах, основанных на кристаллах германия (любопытно, что их эксперименты походили на довоенные опыты немецкого электротехника Р.В.
Поля,создавшего в 1937 г. совместно с Р. Хильшем усилитель на базе монокристаллабромида галлия). В 1948 г. были опубликованы результаты исследований Шокли и изготовлены первые германиевые транзисторы с точечным контактом (рисунок 1.6б). Характеристики первых транзисторов отличались неустойчивостьюи непредсказуемостью, и поэтому их реальное практическое применение началось уже после 1951 г., когда У. Шокли создал более надёжный транзистор –планарный, состоявший из трёх слоев германия типа n-p-n. За открытия в области полупроводников и изобретение транзистора У. Шокли, Дж.
Бардин и В.Браттейн в 1956 г. разделили Нобелевскую премию по физике. Уже в 1952 г. в"General Electric" изготовили первый германиевый диод, а в 1954 г. в "Texas Instruments" разработали кремниевый транзистор, который имел лучшие характеристики по сравнению с германиевым.а)б)Рисунок 1.6 – Кристадин О.В.
Лосева (1922 г.) (а) имакет первого транзистора (1947 г.) (б)В СССР работа по транзисторам велась почти в таком же темпе, что и зарубежом. Параллельно с киевской лабораторией В.Е. Лашкарева исследовательская группа московского инженера А.В. Красилова в 1948 г. создала герма16Электропитание РЭАГлава 1ниевые диоды для РЛС. В начале 1949 г. А.В. Красилов и его помощницаС.Г.
Мадоян опубликовали первую в СССР статью о транзисторах, называвшуюся "Кристаллический триод".Приблизительно в то же время точечные транзисторы были разработаныи в других лабораториях страны. Так, в 1950 г. экспериментальные образцыгерманиевых транзисторов были созданы в Физическом институте Академиинаук СССР и Ленинградском физико-техническом институте.С образованием сети специальных научно-исследовательских организаций развитие транзисторов постоянно ускорялось. В начале 1950-х гг. в СССРежедневно выпускали десятки точечных транзисторов типа С1-С4 и П1-П3 (рисунок 1.7).
В 1957 г. советская промышленность выпустила 2,7 млн. транзисторов.Рисунок 1.7 – Первые отечественные плоскостные транзисторы П2Би точечные С2Б (1954-1960 гг.)Уже в середине 1950-х и начале 1960-х гг. все РЭС стали переходить с вакуумных ламп на твердотельные приборы. Изобретение интегральных схем в1958 г. Дж. Килби из компании "Texas Instruments" (США) только усилило этутенденцию.Эра силовых полупроводниковых приборов началась в 1956 г., когда американским исследовательским коллективом под руководством Я.
Молль былиизобретены кремниевые тиристоры. В СССР с 1958 г. начинается производство17Электропитание РЭАГлава 1собственных управляемых кремниевых тиристоров. Были созданы и многие типы силовых кремниевых диодов (экспортировались в 40 стран мира) и транзисторов (рисунок 1.8).Незапираемые тиристоры сыграли выдающуюся роль в развитии силовойэлектроники и широко используются и в наше время. Широкое распространение тиристоров обусловило популярность возникшего в то время термина "тиристорная техника", который использовали в том же смысле, что и сейчас термин "силовая электроника".
Но невозможность выключения с помощью импульсов управления часто затрудняло их применение. Десятилетиями разработчикам силовых устройств приходилось смиряться с этим недостатком, используя в ряде случаев довольно сложные узлы силовых схем для выключения тиристоров.Рисунок 1.8 – Одни из первых серийных отечественных германиевыхдиодов: точечные ДГ-Ц7 и плоскостные ДГ-Ц21,ДГ-Ц24, ДГ-Ц27 (середина 1950-х гг.)Вторым поколением силовых приборов стали биполярные и полевыетранзисторы, а третьим – биполярные транзисторы с изолированным затвором(IGBT). Разработанные в указанный период силовые биполярные транзисторынашли свою область применения, но радикально ситуацию в силовой электронике не изменили.
Только с появлением силовых полевых транзисторов и IGВТв руках инженеров оказались полностью управляемые электронные ключи,18Электропитание РЭАГлава 1приближающиеся по своим свойствам к идеальным. Это резко облегчило решение самых различных задач по управлению мощными электрическими процессами.Наличие достаточно совершенных электронных ключей даёт возможность не только мгновенно подключать нагрузку к источнику постоянного илипеременного напряжения и отключать её, но и формировать для неё оченьбольшие сигналы тока или напряжения практически любой требуемой формы.Огромный вклад в формирование имиджа силовой электроники в нашейстране внёс выдающийся советский ученый и инженер Юрий Иванович Конев.В 1970-1980-е гг. им был открыт целый ряд программ, в результате реализациикоторых изучалась и разрабатывалась новая элементная база, создавались основы схемотехники устройств силовой электроники, появились новые научныешколы.
При этом зачастую схемотехнические решения, предложенные 30-40лет назад и невостребованные при их появлении, получали второе дыханиемного лет спустя, когда технологии позволяли их реализовать в должной мере.1.3 Силовая электроника в наши дни и тенденции её развитияНа сегодняшний день силовая электроника является одной из наиболеединамично развивающихся областей науки и техники, в рамках которой во всёммире ведутся активные исследования. Сейчас наблюдаются как эволюционныеизменения, так и прорывы в области физики силовых электронных приборов, вобласти принципов преобразования электроэнергии и методов управления силовыми электронными приборами.Кроме того, стало очевидным, что для силовой электроники нужны устройства с более высокой компактностью, лучшей технологичностью, более совершенными характеристиками, нежели чем у широко применяемых до сих поркремниевых приборов. Поэтому значительные изменения могут быть достигнуты только при применении новых материалов с улучшенными характеристиками электрического поля.
Такими материалами являются карбид кремния и нит19Электропитание РЭАГлава 1рид галлия. Они подходят для приборов, работающих с большой выходноймощностью, при высоких температурах и на очень высоких частотах. Следовательно, можно достичь более высокого предельного напряжения в приборе применьшей толщине материала.В настоящее время созданы реальные образцы силовой техники, работающей на частотах до единиц и десятков гигагерц. Возрастание частоты переключения снижает требования к уровню запасаемой энергии в магнитных компонентах, позволяет значительно улучшить переходные процессы. Принципиально происходит как миниатюризация, так и лучшая интеграция магнитныхкомпонентов в силовые устройства.Развитие силовой электроники изменяет и сами подходы к решению технических задач.
К примеру, создание силовых полевых транзисторов существенно способствует расширению области применения индукторных двигателей,которые в ряде областей вытесняют коллекторные двигатели.Существенным фактором, благотворно влияющим на распространениеустройств силовой электроники, являются успехи информационной электроники и, в частности, микропроцессорной техники. Для управления мощнымиэлектрическими процессами используют всё более сложные алгоритмы, которые могут быть рационально реализованы только при применении достаточносовершенных цифровых устройств.Для получения электрической энергии уже длительное время используюти так называемые альтернативные источники тока: например, солнечные элементы.
В настоящее время доля этой энергии в общем объёме электроэнергииневелика. Однако многие учёные, к которым относится и лауреат Нобелевскойпремии академик Ж.И. Алфёров, считают солнечные элементы очень перспективными источниками электрической энергии, не нарушающими энергетический баланс на Земле.20Электропитание РЭАГлава 1Вызывают интерес и другие примеры использования альтернативнойэнергии. Так, например, на юго-восточном побережье Австралии запущенапервая в мире электросиловая установка, использующая в качестве топливаореховую скорлупу. Строительство такого генератора обошлось австралийцамв три миллиона местных долларов. Однако высокая производительность электростанции, которая будет перерабатывать до 1680 кг ненужной ореховойскорлупы в час, производя при этом 1,5 МВт электричества, позволяет надеяться на её быструю окупаемость.Индийские учёные придумали ещё один альтернативный источник тока.Они решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для электропитаниябытовой техники.
Внутри такие источники тока содержат пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которойразмещены электроды из цинка и меди. От четырёх таких источников могут работать настенные часы, электронная игра или карманный калькулятор. Новинкарассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут самизаготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных источников тока.Не за горами тот день, когда человек сможет самостоятельно вырабатывать электричество во время повседневной деятельности.
Американские исследователи разрабатывают специальную обувь с пластмассовыми вставками: вовремя ходьбы нога будет давить на пластинки, заставляя их сжиматься и растягиваться, что позволит вырабатывать до 3 Вт электрической мощности. Этоговполне хватит, чтобы послушать на ходу радио или музыку, сэкономив, такимобразом, на батарейках.Несколько лет назад компания "Vodafone" спонсировала разработку необычной технологии с названием "Power Pocket".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
