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.
68
TEKNISK TIDSKRIFT
egenskaperna av induktans hos de termonegativa
motstånden resp. kapacitans hos de termopositiva motstånden,
när de arbeta för växelström med en grundbelastning av
likström, fig. 3. Likströmsbelastningen motsvarar värdena
Ex och It. Vid mycket hög frekvens inträffar ingen
temperatursvängning och växelströmsförloppet bestämmes av
resistansen /?t e= EJIX utan fasförskjutning mellan ström och
spänning. Vid lägre frekvens inträder en fasförskjutning
(vinkel (p), så att strömmen vid de termopositiva
motstånden (övre diagrammet) kommer före spänningen och
vid de termonegativa motstånden (nedre diagrammet) efter
spänningen. Detta antydes med ellipser omkring
belastningscentrum i diagrammen. Under en viss gränsfrekvens
blir (p > 90° och vid frekvensen nära noll blir <p Pa 180°.
I sista fallet följer temperatur och resistans
likströmskarakteristiken för oscillatorelementet.
De termonegativa oscillatormotstånden med dEldl < 0 visar
vid frekvenser lägre än gränsvärdet, dvs. vid <p > 90°, en
"negativ aktiv resistans", som ger möjlighet till utvinning
av växelströmseffekt ur det likströmsmatade systemet
(liksom ljusbågen). Därvid uppträder en reaktiv
komposant, som motsvarar en till det aktiva motståndet
seriekopplad (frekvensberoende) induktans. De termopositiva
oscillatormotstånden med dljdE < 0 visar vid frekvenser
lägre än gränsvärdet, dvs. vid q> > 90°, en "negativ aktiv
konduktans", som likaledes innebär möjligheten till
utvinning av växelströmseffekt, ehuru likströmsmatningen måste
ske enligt annan princip än i den klassiska kretsen. Därvid
uppträder en reaktiv komposant, som motsvarar en till
det aktiva motståndet (egentligen den aktiva
konduktan-sen) parallellkopplad (frekvensberoende) kapacitans.
Här skall endast anges typen av de genom beräkningar
erhållna och genom försök verifierade matematiska
uttrycken: för ett termonegativt motstånd med
karakteristiska konstanten b = — dE/dl ’ 1/Rlt effekten P1;
värmekapaciteten Cv och temperaturkoefficienten act i arbetsområdet,
erhålles följande uttryck för gränsfrekvensen vg, dvs. den
gräns, vid vilken temperaturtrögheten kompenserar den
negativa karakteristiken så att fasförskjutningen blir 90°
cc, • Pt \J~b
va ––-
9 n-Cv 1 + b
Vid gränsfrekvensen blir ekvivalenta induktansen
fii • C„ 1 + b
För termopositiva motstånd med karakteristiska
konstanten d =— dIldE’R1 blir gränsfrekvensen
_ <xi_- Pi Vf d
Vg ~ or • C» ’ 1 + d
Vid gränsfrekvensen blir ekvivalenta kapacitansen
Cd 1 +d
9 a, ■ Pi • Ri ’ 2
Spärrskiktmotstånd
Spärrskiktmotståndens ledningsförmåga kan
lämpligen tecknas med en /—E-funktion: I — kt’
’ E -f- k2’ E2 + . . . + kn ’ En. Inom ett visst
spänningsområde dominerar en term, så att ett
förenklat uttryck blir I = k ’ En . Om n har ett högt
värde, varierar spänningen relativt litet med
strömmen, vilket motiverar benämningen
"spänningsnivå". Även i detta fall finnes en
temperaturkoefficient (negativ räknat på resistansen) men
den är liten och har underordnad betydelse för
funktionen.
Såsom typiska spärrskiktmotstånd kan nämnas
torrventilplattor och aggregat av kiselkarbid-
korn. Spänningen är här koncentrerad till
mycket tunna skikt mellan metall och halvledare
resp. mellan halvledarkornen. Härtill kommer
spänningsfallet i halvledarbeläggningen resp.
-kornen. Den tämligen stora
temperaturkoefficienten hos torrventilplattor samt
formerings-och åldringsfenomen är en betydlig olägenhet,
när det gäller regleringsanordningar o.d. (Här är
alltså icke fråga om den riktningsverkan, som i
vanliga fall är plattornas uppgift.) Inom EVI
arbetar vi f.n. på en ny typ s.k. enskikt-mot stånd,
med spänningsnivå omkring 1 V, där nämnda
olägenheter till stor del elimineras.
Av spänningsberoende motstånd har hittills
ki-selkarbidmotstånden haft störst praktisk
betydelse, nämligen som ventilmotstånd i åskskydd
för kraftanläggningar, ventilavledare1’10.
Fordringarna på ventilmotstånd för åskskydd
är utomordentligt stora, eftersom man kräver dels
en god spärrverkan (stor resistans) vid normal >
spänning, dels en mycket stor avledningsförmåga
vid en begränsad spänningsstegring.
Spänningsexponenten i högströmsområdet är ca n = 10.
Effekten på exempelvis ett ventilblock med 75
min diameter och 30 mm tjocklek uppgår vid
avledning av 5 000 A vid 6 kV till 30 000 kW.
Motsvarande energimängd blir emellertid av rimlig
storlek, därför att varaktigheten är liten, t.ex.
100 jjls. Svåraste påkänningen blir ofta den
följ-ström, som efter avledning av
överspänningsladdningen orsakas av driftspänningen före
släckning i de seriekopplade gnistgapen. Redan vid
1 000 A på ett sådant block (ca 20 A/cm2) är
strömöverföringen åtföljd av termiska förlopp
och jonisation i materialporerna, vilket yttrar sig
som en viss tidströghet och medför en hysteres i
E—/-förloppet (uppgången högre än nedgången).
Vid lägre strömtäthet däremot dominerar det
rena spärrskiktförloppet och tidströgheten är
obetydlig.
Det karakteristiska spärrskiktet i gränsytorna
av de i och för sig väl ledande kiselkarbidkornen
(SiC) består av kiselsyra (Si02).
E—/-karakteristiken och det hysteres-fria områdets
utsträckning hos kiselkarbidmotstånd är beroende av
kiselkarbidens kvalitet och kornstorlek, av
bindemedlet och tillverkningsförfarandet etc.
De spänningsberoende kiselkarbidmotstånden
användes även för regulatorkretsar,
förstärkningsanordningar m.m., varvid
spänningsexponenten vanligen har ungefärliga storleken n = 4.
Kiselkarbidmotstånd för olika ändamål
tillverkas numera i många länder11-14. I USA användes
för sådana spänningsberoende motstånd
vanligen benämningen "varistors". En försvenskning
med pluralisformen varistorer förefaller väl
användbar.
Beträffande varistorernas egenskaper hänvisas
till tidigare redogörelser2. Här skall endast i
anslutning till det övre diagrammet fig. 4 erinras
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
