Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В отличие от конденсаторов, в ионисторах нет специально введенного диэлектрического слоя между электродами. Вместо этого электроды ионисторов выполняют из веществ, которые обладают взаимно противоположными типами носителей зарядов. Обычно электроды выполняют из активированного угля или вспененного углерода, чтобы получить как можно большую площадь поверхности, между которыми размещают сепаратор. Как сепаратор, так и электроды находятся в электролите.
Электролит может быть апротонным, твердым кристаллическим, выполненным на основе растворов щелочей или кислот. Апротонный электролит позволяет создавать ионисторы наиболее высокой электроемкости, однако внутреннее сопротивление таких приборов велико. Твердый кристаллический электролит (например, рубидий-серебро пентайодистый <КЬА843~>) позволяет создавать ионисторы с малым саморазрядом, с высокой энергоемкостью, с возможностью работы при низких температурах. Электролиты растворов таких кислот как НзЯОз, позволяют создавать ионисторы с малым внутренним сопротивлением, но низким рабочим напряжением, которое ограничено примерно 1 В. Ионисторы с электролитами на основе растворов сейчас практически не изготовляют. Ионисторы с электролитом из растворов кислот и щелочей содержат токсичные соединения.
Сепаратор не задерживает ионы электролита и необходим сугубо для предотвращения замыкания электродов. Всю систему размещают в герметичном корпусе. Некоторая часть электронов покидает электроды, которые от этого приобретают положительный заряд. Находящиеся в электролите отрицательные ионы притягиваются положительно заряженным электродам, в результате чего и возникает электрический слой. Двойной электрический слой, образованный анионами и катионами, может обладать толщиной всего в одну молекулу: обычно 1..5 нм. Известно, что чем меньше расстояние между электродами и чем больше площадь электродов, тем больше емкость.
Поверхность электродов может составлять 26 Общее представление об источниках питания ориентировочно 2000..4000 ем~/г для ионисторов емкостью в десятки фарад. Ионисторы обладают исключительно высокой емкостью, составляющей у отдельных компонентов несколько тысяч фарад, что является их бесспорным достоинством. Обычно ионисторы способны функционировать в температурном диапазоне от -40 до +70 'С. При большей температуре ионисторы обычно разрушаются.
Ионисторам не страшен глубокий разряд, а вот включение в неверной полярности они не выдерживают и выходят из строя. Число циклов заряда-разряда ионисторов может составлять 500 000 — 1 000 000 раз. Если рабочее напряжение ионисторов не превышает 0,5 от номинального, то при таком режиме работы отдельные ионисторы способны функционировать в течение примерно 100 000 часов. Ионисторы не требуют обслуживания, способны работать как на постоянном, так и на пульсирующем токе.
Недостатком всех разновидностей ионисторов является малое номинальное напряжение, составляющее единицы вольт. Для увеличения номинального напряжения отдельные ионисторы соединяют последовательно. Поскольку напряжения на соединенных в батарею ионисторах несколько отличаются, их приходится выравнивать, включив параллельно каждому ионистору резисторы.
Ток через каждый выравнивающий резистор должен превышать ток угечки ионистора как минимум в несколько раз. Типичный ток утечки маломощных ионисторов — десятки микроампер. При коротком замыкании выводов ионисторов они могут быть выведены из строя только из-за теплового действия тока ввиду повышения температуры сверх максимально допустимой. Если температура компонента гарантированно не превысит максимально допустимую, то такому ионистору короткое замыкание не страшно.
Если через ионистор будет протекать пульсирующий ток высокой частоты, то для такого тока ионистор обладает высоким внутренним сопротивлением, что обуславливает выделение в нем тепла, которое может разрушить компонент. На постоянном токе внутреннее сопротивление ионисторов обычно составляет от единиц миллиом до десятков ом. Ионисторы используют в устройствах запуска электродвигателей, стартерах, как резервные источники электроэнергии на случай внезапного отключения электроэнергии (ПРЯ). Для этих целей обычно применяют мощные ионисторы, ток которых достигает 1 кА.
В маломощных устройствах, таких как телефоны, часы, фонарики, КПК, микрокалькуляторы и др., ионисторы используют вместо аккумуляторов или вместе с ними. Также, ионисторы запасают энергию от солнечных батарей и ветряных генераторов, чтобы при отсутствии света или ветра продолжать обеспечивать нагрузку электроэнергией. глдь~ Компоненты источников питания 2.1. Диоды, стабилитроны, стабисторы, 1гапвИ 2.1.1. Диоды Диодом называют компонент, имеющий электронно-дырочный р-п-переход, который обладает свойством односторонней проводимости. Это значит, что ток протекает через идеальный диод в прямом включении без потерь и не течет при обратном включении диода.
Идеальный диод выдерживает бесконечно большой прямой ток и бесконечно большое обратное напряжение. Зто отражено на вольтамперной характеристике идеального диода, изображенной на рис. 2. К Рис. 2.1. Вольтамлерная харантеристииа идеального диода Кроме того, инерционность идеального диода равна нулю. Создать на практике идеальный диод невозможно. В прямом включении падение напряжения на реальном диоде невелико, и мало дифференциальное сопротивление. В обратном включении на диоде падает почти все приложенное к нему напряжение. Дифференциальное сопротивление реального диода велико и многократно превышает сопротивление диода в прямом включении. Полупроводниковые диоды, диодные сборки и выпрямительные столбы производят на основе кремния, германия, селена, арсенида галлия и других веществ.
Следует отметить, что селеновые столбы недолговечны, со временем деградируют, и их параметры ухудшаются. В простейшем случае выпрямительные диоды малой мощности изготовляют следующим образом. На полупроводник с и-типом проводимости помещают подготовленный материал акцепторной примеси, в качестве которой используют бор, индий, алюминий и некоторые другие вещества. К исходному полупроводнику и к материалу примести подключают выводы и по ним пропускают импульсы тока, которые могут, в зависимости от мощности создаваемого диода, достигать величины в несколько ампер. Вывод от кристалла из полупроводникового материала называют анодом, а вывод от области, легированной акцепторной примесью, именуют катодом.
В резуль- 28 Компоненты истсчникоа питания тате действия тока примесь проникает вглубь полупроводника, образуя злектроннодырочный р-и-переход. Для защиты от негативного воздействия окружающей среды р-п-переход заключают в стеклянный, керамический или металлический корпус, который герметизируют и маркируют. Металлическими корпусами обычно снабжают мошные диоды, которые предназначены для монтажа на охладители. Керамическими и стеклянными корпусами снабжают диоды малой и средней мощности. Микроминиатюрные диоды, предназначенные для монтажа в гибридные интегральные микросхемы, изготавливают без корпусов. Для защиты от влаги на полупроводниковые кристаллы таких бескорпусных диодов наносят слой защитного лака или компаунда.
Типовая вольтамперная характеристика реального диода показана на рис. 2.2. Рис. 2.2. Вольтамперная характеристика реального диода Рассмотрим основные параметры диодов. ° 1пр — прямой ток через диод, зависящий от площади р-и-перехода (размерность — амперы). Прямой ток различают двух видов: постоянный и импульсный. Импульсный ток обычно в несколько раз превышает постоянный, поскольку за время паузы кристалл полупроводника успевает остыть. ° ()пр — падение напряжения на диоде в прямом включении (размерность— вольты). Прямой ток через реальный диод начинает течь при небольшом прямом напряжении, составляющим для кремниевых диодов примерно 0,5..1,2 В, а для германиевых — ориентировочно 0,2..0,6 В.
Кроме этого, падение напряжения на диоде в прямом включении зависит от силы прямого тока. ° 1обр — ток через диод в обратном включении, являющийся, в основном, следствием протекания неосновных носителей заряда (размерность — амперы), Пока частота значительно меньше максимально допустимой, обратный ток чрезвычайно мал и обычно составляет тысячные доли процента от величины прямого тока. Однако с ростом частоты обратный ток возрастает, и на определенной частоте сравнивается с прямым током, т.е.
р-и-переход теряет свойство односторонней проводимости. Кроме того, обратный ток через диод возрастает при повышении температуры кристалла. Максимальная частота различна для диодов конкретных марок и зависит от технологии изготовления, конструкции и материала кристалла полупроводника. Так, например, диоды из арсенида галлия обычно более высокочастотны, чем кремниевые, а обратный ток кремниевых диодов обычно на несколько порядков меньше, чем у диодов на основе германия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
