лекция по пра, страница 5

е! Б полупроводниковой лампе опи останутся того же порядка по абсолютной величине, так как геометрические условия остаются прежними, но роль их воарастет, поскольку прп том псе световом потоке общее потребление энерпш лаьшой будет меньше. Наличие этих потерь приводит к тому, что кривая теплоотдачн И'„„и (ее больше пельэя назвать И"н~, так как сюда включаются и потери, не свяаапные с излучением) идет более полого, чем И'и,т. На Рис. 7, б нэобРажепа такксе кРиваЯ Игнсии длЯ )т" = = 10" см и, вычисленная при следующих предполоткениях. Потери при 2500' К приняты равными 0,25 от мощности, ивлучаемой абсолютно черным телом при этой температуре. Это примерно соответствует потерям в вольфрамовой лампе накаливания, Предполагается также, что потери пропорциональны раэностн температур между телом накала и окружающей лампу средой (300' К). Как видно, кривая Ити,н также идет круче Ивп, однако раэнооть наклонов адесь значительно меньше.

Отсюда следует, что данте небольшое снижение концентрации легнрующей примеси может впивать нарушение устойчивости режима нагрева '. Повьппенпе концентрацпп примеси нежелательно еше к потому, что оно может выэвать уменьшение прозрачности в инфракрасной области иэ-эа воарастанпя поглощепяя свободнывш электронами. Мы провели расчет устойчивости применительно к нокоторому определенному полупроводнику,по результаты его можно отнести и к другиат реальным полупроводникам, пригодным для испольаовання в качестве тела какала, так как при рабочей температуре 1пирипа накрошенной воны у нпх должна быть примерно одинаковой, опа определяется красной гранпцей видимой области спектра, Поэтому и зависимость проводимости от температурм у них не будет сильно различаться, а следовательно, будет того же порядка желательная концентрация примеси.

При этом примесь, конечно, не обязательно должна быть донорной. Если подвижности влектро~ов и дырок близки, то тот же реаультат получится с акцепторной примесью, дающей уровни той же глубины. Остановимся теперь еще на одном вопросе, связанном с реп!имом работы полупроводниковой лампы накаливания. Иэвестно, что с понижеппез! температуры проводимость полупроводников реэко уменьшается.

Поэтому может случиться, что при исходной температуре (комнаткой или, может быть, па морозе) проводиьюсть тела накала будет настолько мала, .что ток, проходящий через пего при рабочем напряятении, не сможет его разогреть до нужной температуры. Тогда пркшлось бы либо делать какието обогреватели,:птбо прн включении временно подавать на лампу повышенное напрюкенпе. И то и другое требует специальных пусковых устройств.

Расчет, однако, показал, что всего этого можно нзбекьать, если поль.зоваться примесью, дающей ке слншкоьт глубокие уровни. Для полупроводняка с Ео = 3 ээ предельная глубина составляет О,З вЂ” 0,4 вв, в эави.спмостк от исходной температуры, прп условии, что концентрация примеси Лостаточн» для создания устойчивого режима нагрева прн высокой температуре. На рис.

8 изображена зависимость джоулева тепла и мощности, отводимой путем лучепспускания, теплопроводпости и копвекцви во всем температурном интервале от исходной до рабочей температуры. Кривые е и 3 и относятся к допориым примесям в концентрации 10" сп ' и с гчубпнэми уровней 0„12 н 0,3 во соответственно. При высокой температуре ошт сливаются друг с другом. Кривые 3 н б пэобраптают температурную ' !.ввуыеетгл, ири домовин бииивстпота сопротнидеипи пои<по ствбндпвиронвть пвтрен о девон случае, ио вто вмвминст усдотнневие нн~струндип двины и потому е!енесдетоньие. Ш, К( 23еС щк к прн темууературе окружаипцей среды зависимость отдаваемой мощности п н ( — ) и 250' К ( — 23' С) соответстпеппо. Как видно, прн глупке уровней 0,12 эв джоулеэо тепло презооходнт теплоотдач п к температурах а прп 0 3 эв — только п п 250'К.

Э ходная отрепных случаях, кроме того, когда глубина доноро 0,3 э, эв,апсщяич е температура нкзкая, тело накала может быть ра реэ пего током без каких-лпбо пускокых устройств. ь разогрето проходяТакпи обравом, прн правильно подобранной легпрующей прпиесп пускокых устройстк не потребуется. Прп атом если прп кс .

то полуп оэ р рабочей, джоулеко тепло значительно превосходи т теплоотдачу, тельно и . р однпкоэая лампа будет раэогрекатьея быстро лнш ь незначпмакс едленнее польфрамоэой (нв-за того что через нее не нмальпый ток). Достигнуть атого можно будет применяя примесь„ Ф дающую достаточно иеякке доноры (нлп акцепторы). поте ила Вернемся теперь к попросу об зффектпэностп. Как уж а уже отмечалось, калпиання еостакляю р а теплопроэодность и конзекцшо п полупроподпнк роподпнковок лампе ная еостакляют большую долю, чеи и вольфрамовой лампе. Чеи ныше скетоотдача полупроэоднпкоэой лампы тем меньше у нне и, следовательно, теи ббльшую долю энергии уносят теплопрозодность н конэекцпя. На рпс: 9 лзображена теь)пературпая зависимость эффектнэностп полупрозодппкопой лампы н обычной ф й уч оуерь. На том же рисунке прпэедены акалогпчпые данные беэ до сильнее учета потерь.

Как пндпо, потери на теплопроэодпость у ко скнятают зффектпэпость полунроэоднпкоэой лампы, чем воль рамоэой. Однако прп-ксех температурах шике 3200 ' К она ос ьфр лампы прн топ же температуре. Максимальная зфктпэность полупроиодннкоэой лампы э этом случае несколько выше, чеи у вольфрамовой прн 3200' К, а достигается она прп 2600' К. Для этого пример» клят полупроводник с Ье,а = 3эв, (1 = 5,2-10 ' эв/'К н р = вовиожиостп аажитапин полупроводниковой лампи ирп ииавоа рис. 8. успении во иот леаелаоа т — Люоулеао тенло врн тл анне е вр у л норов Опт .;т- те~не,нуно,алла — етеолнналнеаиеетьнрн оо теннераауре 73' С, "е — те юе, нрн -аа' Е р„с З йлинвкв потерь иа теп лопроводвость и коиваииттв ка вффвктивиость полупроводниковой;ламии пвкввпввипи Штрвтовью ланов — Сее уучета ло. терь, ылоюние — е учетол потерь.

Маевпас во оен орнннатво ераанетюю е рне. В уаелнчен а а раа а уааа иаа паа лаа 4 я = 2 си'/в-гек. Раауиеется, прн р = 20см'/в.сеп зффекшшность будет 'еще выше. Сэетоотдачу гавонаполненпой полупроэоднпкозой лампы можно заметно козыснть, если сделать колбу с дэойпымн стенками по принципу сосуда Дьюара. Внутренняя стенка такой колбы будет поддержппаться прк более высокой температуре, чем у обычной лампы, у которой нет иакуумной рубапукп. Благодаря этому уиеныпаетея разность температур между телом накала и колбой. Во столько тке раз уменьшатся п потери энергии на теплопроподность и копэекцню. Поскольку энутрепняя стенка колбы лампы нзолпропапа от окруя'ающего пространства эакуултом, отвод тепла от кее может осущестэлятьея только путем лученспускапня (п пнфракраеной области, так как э эндпмой ока проврачна).

Расчет показывает, что стеклянная ' колба диаметром 5 сл, находшцаяся при температуре 600' К н окруженная эакуумной рубашкой, будет излучать э окружающее пространстэо около 40 вт, т. е. примерно столько, сколько должн» рассеивать колба полупроиоднпьоэой лампы, зкэнкалектной 100-затукой вольфрамовой. Обычно колба лампы находится прп температуре около 400' К.

Поэьипение ее температуры на 200' эызозет уменьшенпе потерь на теплопроэодяостьп конзекцию на 10% и соответственно поэышенне сзетоотдачн примерно на 6% от той пеличппы, которая быча без вакуумной рубашки (э полупроводниковой лампе на теплопроэодпоеть н конэекцпю расходуется порядка 60% всей подзодпмой эпергкп). Кварц проарачен э более далекой инфракрасной области (до 4,5 мк). Поэтому кэарцеэая колба того же размера будет э эакуумной рубашке иметь температуру около 850' К.

Это значит, что применение пакуумной рубашкп э этом случае попыснт спетоотдачу ка 16%. Если туче колба лампы имеет прпблпзительно вдвое меньшие размеры прн той яее иощностя, то попышенпе сэетоотдачп будет з 2 рава ббльшнм. Таким образом, для малогабаритных мощных ламп применение квкууиной рубвшкп иокаст оказлтьея целесообразным. Сформулируем кратко осяоэные выводи, касающиеся тепловых псточипьои спета, ' Ми считали етевло проарачиии до 2,5 лн. 1. Для ° . Для полуироводнпковои лаа<пы накаливания т еб ется п водник с шириной запрещенной эоны 2,5 — 3 эе, Р У ™ способны в е я<ать оны, — эе, кристаллы которого выдеря<ать без разрушения температуру 2000 — 2500' К.

В инфракрасной области он должен быть проарачен до 4 — 6 мя. оно 2. Этот полупроводнкк доля<си быть легиров д ряые (плп акцепторные) уровни с глубиной не б . 0,3 . )К рован примесью, дающей по выб олее, эа. елательгого зн рать примесь, увеличивающу<о кош<ентрацию р носнтелеи заряда ежи ака, подвижность которых больше.

Для доствж ения устоичивого р < ма нагрева концентрация примеси должна быть порядка 10" с»< ». стинк 3. Тело накала должно быть изготовлено в виде крис р таллическои плакн возможно меньшей толщины, во всяком случае пе свыше 0,1 зов '. Длина его будет определяться применяемым наиряжениеы, а ши ина— требуемым световым потопом. кениеы, а ширина— б Наготовленная таким о образом полупроводниковая ла»ша накаливания уЛет иметь эксплуата п ц онные характеристики, близкие к характеристикам лампы накаливания, за исключением одной, она б 2 — 3 более экономичной.