Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 6. 7 februari 1948 - Icke linjära motstånd av halvledande och spärrskiktbildande material, av Bertil Stålhane
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
70
TEKNISK TIDSKRIFT
nära konstant inom strömområdet 4—10—1
A/cm". (Vid kortvarig belastning kan
strömampli-tuden gå betydligt högre.) Liksom
torrventilplat-torna kännetecknas enskiktmotstånden av stor
kapacitans, t.o.m. en storleksordning större än de
förstnämnda, nämligen 1 /tF/cm2. Detta kan
innebära en olägenhet, men i likströmskretsar, t.ex.
vissa regulatorkretsar, är kapacitansen i
allmänhet betydelselös.
Arbetet på varistor-området syftar till god
re-producerbarhet i tillverkningen (varvid även
råmaterialfrågan spelar stor roll), stabilitet hos
produkten beträffande åldring,
långtidsbelastning och stötpåkänningar samt lämpliga värden
i fråga om strömområde, spänningsnivå och
exponent. I alla halvledarkombinationer är
reprodu-cerbarheten ett svårt problem, eftersom redan
en minimal förskjutning i sammansättning eller
struktur betyder väsentlig ändring av de
elektriska egenskaperna. Av samma skäl kan
knappast fullständig stabilitet ernås, isynnerhet som
strömöverföringen i spärrskiktsystemen sker på
ett sätt som innebär stora materialpåkänningar.
För de keramiskt bundna kiselkarbidmotstånden
spelar materialets kvalitet och bindemedlet en
mycket stor roll. I stort sett är det lättare att
framställa stabila kiselkarbidvaristorer för låg
ström och hög spänningsnivå (liten specifik
ledningsförmåga). Varistorer med 15 mm diameter
utföras för närvarande i spänningsklasser från
110 V ned till ca 30 V. En speciell typ är avsedd
att arbeta vid 24 V. För lägre nivåer planeras
att utföra de ovannämnda enskiktmotstånden
med exempelvis 18 och 35 mm diameter. De avses
att monteras ungefär som torrventilplattor i
kombinationer, som ger önskade ström- och
spänningsvärden.
Beräkning av varistansen
I spärrskiktsystemen sker strömgenomgången på ett sätt,
som påminner om förhållandena i gaser eller vakuum. Om
skiktet är av rent elektrisk natur och uppstår enbart på
grund av rymdladdningsförskjutningar enligt Schottky
eller om det även existerar i kemisk bemärkelse såsom ett
materialskikt med mycket liten ledningsförmåga (isolator),
inverkar icke på det allmänna resonemanget. I varje fall
är spänningsfallet i systemet koncentrerat till ett mycket
tunt skikt mellan metall och halvledare eller mellan två
halvledarkroppar.
Beräkningsmässigt kan man tänka sig schemat för ett
spärrskiktmotstånd såsom en spänningsberoende (ev.
riktningsberoende) resistans Re, till vilken ligger
parallellkopplade en nära konstant och rel. stor resistans R0 och
en kapacitans C. Dessutom ligger i serie med denna grupp
en nära konstant och relativt liten resistans Rg. Vid en
spänning nära noll antar Re, ventilresistansen, ett mycket
högt värde, och ledningsförmågan bestämmes i huvudsak
av parallellresistansen Ro, som motsvarar den ringa
ledningsförmågan hos själva skiktet och som vi kallar
nollresistansen. Vid stigande spänning sjunker
ventilresistansen hastigt och den ledningsförmåga, som svarar mot
noll-resistansen, förlorar sin betydelse. Vid tillräckligt låg
ven-tilresistans gör sig serieresistansen Rg gällande. Denna
hänföres till resistansen hos den i systemet ingående halv-
ledaren (beläggning eller korn) och kallas här
(jrund-resistansen.
Uttrycket för den yttre resistansen Ry (ev. benämnd
varistans såsom den för varistorn karakteristiska variabla
resistansen) blir sålunda
Ro • Rv
Rv = ÄTTt + Rg
(1)
I ett visst spänningsområde har Re ett värde som är litet
i förhållande till R0 och stort i förhållande till Rg och det
approximativa uttrycket blir då Ry = Re.
Vid växelströmsbelastning inträffar en strömdeformation,
som komplicerar beräkningarna. Med
likströmsgrundbe-lastning och liten växelströmsamplitud blir
växelströms-resistansen R’ nedsatt i proportion till
spänningsexponenten: R’ = Rvln. Reaktansen, motsvarande kapacitansen C.
ligger i huvudsak parallellkopplad till denna resistans, så
att impedansen Zy approximativt kan uttryckas
Z„ =
Rv
1
(2)
Förhållandena kompliceras emellertid av nollresistansen
och grundresistansen, vilka icke ligger entydigt
parallell-eller seriekopplade till ventilresistans och kapacitans. Vid
mycket låg spänning dominerar nollmotståndet, så att R o
kan ingå i uttrycket (2) i stället för Rein. Vid hög frekvens
dominerar ev. grundresistansen, så att impedansen
sammansättes av reaktans och grundresistans i serie.
I princip gäller schemat för torrventilplattorna, där R e
är utpräglat riktningsberoende, för enskiktmotstånden, där
riktningsverkan är obetydlig, och för
kiselkarbidaggrega-ten, där kontaktmotstånden (mellan närliggande korn) är
symmetriska. Nollresistansen betyder fysikaliskt atl
spänningsexponenten avtar och ledningsförmågan övergår till
en linjär funktion, när spänningen närmar sig noll. Vid hög
strömbelastning kommer spänningsfallet i
grundresistansen att göra sig gällande, vilket likaledes betyder en
försämring av exponenten. E—/-karakteristiken blir
därigenom S-formigt krökt (jfr fig. 5). Ungefärliga storleken
av dessa nära konstanta parallell- och serieresistanser i
ohm/cnr framgår av följande tabell:
Motståndstyp Resistans, ohm/cnr
Ro Rg Ro’Rg
Evilit 2,3 mm (/)
Selenplattor (2, 3)
Enskikt (4) ......
10°
5 X 104
2 X 104
<5
ca 5
ca 1
> 2 X 10’
ca 10’
ca 2 X 104
Temperaturkoefficient och kapacitans
En intressant belysning av ovan angivna schema ger
temperaturkoefficienten på resistansen vid olika
strömbelastning. 1 följande tabell anges vid olika strömtätheter
ungefärliga procentuella minskningen av spänningsfallet per
1° temperaturhöjning, räknat som medeltal för höjning
från 20° till (’>0° (observera att temperalurkoefficienten
räknat på strömmen vid viss spänning blir större i proportion
till spänningsexponenten vid ifrågavarande belastning):
Motståndstyp
Strömtäthet, mA/cnr
0,015 4 64 256
Evilit (1) ................................(0,5) 0,11 0,10 (0,10)
Selenplattor (2) ..................1,75 0,7 (0,5) (0,5)
Selenplattor (3) ..................1,35 0,6 0,45 0,52
Enskikt (4) ..........................0,8 0,15 0,13 0,17
Vi ser att temperaturkoefficienten är störst vid mycket
låg ström, där nollresistansen dominerar (halvledare med
mycket liten ledningsförmåga). När ventilresistansen
avtar, dvs. den egentliga spärrskiktpassagen ökar, minskar
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
