PECVD的工作原理文档格式.docx
- 文档编号:22189362
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:28.83KB
PECVD的工作原理文档格式.docx
《PECVD的工作原理文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PECVD的工作原理文档格式.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
目前主要有金属
热电阻和半导体热敏电阻两类。
金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示,即
Rt=Rt0[1+%(t-t0)]
式中,Rt为温度t时的阻值;
Rt0为温度t0(通常t0=0C)时对应电阻值;
%为温度系数。
半导体热敏电阻的阻值和温度关系为
Rt=AeB/t
式中Rt为温度为t时的阻值;
A、B取决于半导体材料的结构的常数。
相比较而言,热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高(通常
在数千欧以上),但互换性较差,非线性严重,测温范围只有-50~300℃
左右,大量用于家电和汽车用温度检测和控制。
金属热电阻一般适
用于-200~500℃范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、
性能可靠,在程控制中的应用极其广泛。
热电阻材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性
来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的
是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
热电阻种类
(1)精密型热电阻:
工业常用热电阻感温元件(电阻体)
的结构及特点。
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通
过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线
电阻的变化会给温度测量带来影响。
为消除引线电阻的影响同般采用
三线制或四线制。
(2)铠装热电阻:
铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘
材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为02~08mm,
最小可达0mm。
与普通型热电阻相比,它有下列优点:
①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;
②机械性能好、耐振,抗冲击;
③能弯曲,便于安装;
④使用寿命长。
(3)端面热电阻:
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,
紧贴在温度计端面。
它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反
映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
(4)隔爆型热电阻:
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外
壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限
在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。
隔爆型热电阻可用于Bla~B3c
级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
工业上常用金属热电阻
从电阻随温度的变化来看,大部分金属导体都有这个性质,但
并不是都能用作测温热电阻,作为热电阻的金属材料一般要求:
尽可
能大而且稳定的温度系数、电阻率要大(在同样灵敏度下减小传感
器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的
复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系(最好呈线性关系)。
目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜:
铂电阻精度高,适用
于中性和氧化性介质,稳定性好,具有一定的非线性,温度越高电阻
变化率越小;
铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系,温度
线数大,适用于无腐蚀介质,超过150易被氧化。
中国最常用的有
R0=1OQ、R0=10QQ和R0=1000Q等几种,它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000;
铜电阻有R0=50Q和R0=100Q两种,它们的分度号为Cu50和Cu10Oo其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一
次元件,通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其
它一次仪表上。
工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一
定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
目前热电阻的引线主要有三种方式
O1二线制:
在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式
叫二线制:
这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻
r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用
于测量精度较低的场合
02三线制:
在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根
引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的
消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的引线电阻。
03四线制:
在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。
可见这种引线方式可完全消除引
线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。
热电阻采用三线制接法。
采用三线制是为了消除连接导线电阻
引起的测量误差。
这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。
热
电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)
也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变
化,造成测量误差。
采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,
其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除
了导线线路电阻带来的测量误差。
工业上一般都采用三线制接法。
电偶产生的是毫伏信号,不存在这个问题。
热电阻测温系统的组成:
(1)热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。
必须注意以下两点:
①热电阻和显示仪表的分度号必须一致
②为了消除连接导线电阻变化的影响,必须采用三线制接
法。
具体内容参见本篇第三章。
(2)铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘
③能弯曲,便于安装
(3)端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,
(4)隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳
内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影电阻体的断路修理必然
要改变电阻丝的长短而影响电阻值,为此更换新的电阻体为好,若采
用焊接修理,焊后要校验合格后才能使用。
热电偶和热电阻的区别
热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,尽管其作用
相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同.
首先,介绍一下热电偶,热电偶是温度测量中应用最广泛的温
度器件,他的主要特点就是测吻范围宽,性能比较稳定,同时结构简
单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中
控制。
热电偶的测温原理是基于热电效应。
将两种不同的导体或半导
体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热
电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。
闭合回路中产生
的热电势有两种电势组成;
温差电势和接触电势。
温差电势是指同一
导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子
密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两
种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的
电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小
取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。
目前国际上
应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同
的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J和T,其测量温度的最低可测
零下270摄氏度,最高可达1800摄氏度,其中B,R,S属于钳系列
的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而
剩下的几个则称为廉价金属热电偶。
热电偶的结构有两种,普通型
和铠装型。
普通性热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒
等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护
套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。
但
是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们
称为补偿导线。
不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就
是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳
定。
补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被
补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶
相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。
补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补
偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。
一般的补偿导线的材质
大部分都采用铜镍合金。
其次我们介绍一下热电阻,热电阻虽然在工业中应用也比较广
泛,但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的
测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特
性。
其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换
性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度
的变化。
工业用热电阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,钳热电
阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度,铜热电阻为零下40到
140摄氏度。
热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿
导线,而且比热点偶便宜。
晶闸管(SCR原理:
晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称,俗称可控硅(SCR,
其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。
除此之外,在普通晶闸管的基
础上还派生出许多新型器件,它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast
switchingthyristor,FST)反向导通的逆导晶闸管(reverseconductingthyristor,RCT)两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)门
极可以自行关断的门极可关断晶闸管(gateturnoffthyristor,GTO)、
门极辅助关断晶闸管(gateassistedturnoffthytistor,GATO及用光信号触发导通的光控晶闸管(lightcontrolledthyristor,LTT等。
一、结构与工作原理
晶闸管是三端四层半导体开关器件,共有3个PN结,J1、J2、J3,
如图1(a)所示。
其电路符号为图1(b),A(anode)为阳极,K(cathode)
为阴极,G(gate)为门极或控制极。
若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2和T2(N1P2N2)勾成,如图1(c)所示,则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。
对三极管T1来说,P1N1为发射结J1,N1P2为集电结J2;
对于三极管T2,P2N2为发射结J3,N1P2仍为集电结J2;
因此J2(N1P2)为公共的集电结。
当A、K两端加正电压时,J1、J3结为正偏置,中间结J2为反偏置。
当A、K两
端加反电压时,J1、J3结为反偏置,中间结J2为正偏置。
晶闸管未
导通时,加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担,而加反压时的
外加电压则由J1、J3结承担。
如果晶闸管接入图1(d)所示外电路,外电源US正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A,电源US的负端接晶闸管阴极K,一个正值触发控制电压UG经电阻RG后接至晶闸管的门极G,如果T1(P1N1P2的共基极电流放大系数为%1,T2(N1P2N2)的共基极电流放大系数为%2,那么对T1而言,T1的发射极电流IA的一部分%1IA将穿过集电结J2,止匕外,J2受反偏电压作用,要流过共基极漏电流iCBO1,因此图1(d)中的IC1可表示为
IC1=%1IA+iCBO1
(1)
同理对T2而言,T2的发射极电流IC的一部分%2IC将穿过集电结J2,此外,J2受反偏置电压作用,要流过共基极漏电流iCBOZ因此,图1(d)中的IC2可表示为
IC2=%2IC+iCBO2⑵
由图1(d)中可以看出
IA=IC1+IC2菽1IA+%2IC+iCBO1+iCBO2=1IA+%2IC+IQ(3)
式中,IO=iCBO1+iCBO妫J2结的反向饱和电流之和,或称为漏电流。
再从整个晶闸管外部电路来看,应有
IA+IG=IC。
(4)
由式(3)和式(4),可得到阳极电流为
IA=(IO+%2IG)/[1-(%1+a2)]⑸
晶闸管外加正向电压UAK但门极断开,IG=0时,中间结J2承受反偏电压,阻断阳极电流,这时IA=IC很小,由式(5)得
IA=IC=IO/口-(%1+%2)]弋0(6){{分页}}
在IA、IC很小时晶闸管中共基极电流放大系数%1、%2也很小,%1、%2都随电流IA、IC的增大而增大。
如果门极电流IG=0,在正常情况下,由于IO很小,IA=IC仅为很小的漏电流,0c1+%2不大,这时的晶闸管处于阻断状态。
一旦引入了门极电流IG,将使IA增大,IC增大,这将使共基极电流放在系数%1、%2变大,0c1、%2变大
后,IA、IC进一步变大,又使%1、%2变得更大。
在这种正反馈作用下使用%1+%2接近于1,晶闸管立即从断态转为通态。
内部的两个等效三极管都进入饱和导电状态,晶闸管的等效电阻变得很小,其通
态压降仅为1〜2V,这时白^电流IA-IC;
则由外电路电源电压US和负载电阻R限定,即IA-IC-US/R一旦晶闸管从断态转为通态后,因IA、IC已经很大,即使撤除门极电流IG,由于%1+%2^1,由式(5)可知IA=IC仍然会很大,晶闸管仍然继续处于通态,并保持由外部电路所决定的阳极电流IA=IC=US/R。
二、晶闸管的基本特性
晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关第,称晶闸管的伏安
特性。
晶闸管的伏安特性位于第一象限的是正向伏安特性,位于第三
象限的是反向伏安特性(如图2所示)。
其主要特性表现如下。
(1)在正向偏置下,开始器件处于正向阻断状态,当UAK=UA
时,发生转折,经过负阻区由阻断状态进入导通状态(OA—正向阻
断状态,AB一转折态,BL一负阻态,LA导通》犬态,A一转折点,UA—转折电压)。
从图2中可以看到,这种状态的转换,可以由电压引
起,也可以由门极电流引起(门极触发导通)。
(2)当IG2>
IG1>
IG寸,UA2<
SPAN>
A1<
SPAN>
A且一旦触发
导通后,即使去掉门极信号,器件仍能维持导通状态不变。
这是二极
管、三极管所没有,晶闸管所特有的性质,称为自锁或擎住特性(L
一擎住点,IL—擎住电流)。
可见,晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用。
因此,触发电流常采用脉冲电流,而无需采用直流电流。
(3)导通之后,只要流过器件的电流逐渐减小到某值,器件又
可恢复到阻断状态(H—关断点、IH一维持电流)。
这种关断方式称为自然关断,例如,可采用加反偏电压的方法进行强迫关断。
(4)在反向偏置下,其伏安特性和整流管的完全相同(OP—
反向阻断状态,PR-反向击穿状态,P一击穿点,UB一击穿电压)。
三、晶闸管的主要特性参数
1、晶闸管的电压定额
(1)额定电压UR。
在门极开路(IG=0),器件额定结温度时,
图2中正向和反向折转电压的80%值规定为断态正向重复峰值电压
UDRM和断态反向重复峰值电压URRM这两个电压中较小的一个电压
值规定为该晶闸管的额定电压UR。
由于在电路中可能偶然出现较大的瞬时过电压而损坏晶闸管,
在实际电力电子变换和控制电路设计和应用中,通常按照电路中晶闸
管正常工作峰值电压的2~3倍的电压值选定为晶闸管的额定电压,以
确保足够的安全电量。
(2)通态峰值电压UTM。
规定为额定电流时的管压降峰值,一
般为1.5~2.5V,且随阳极电流的增大而略微增加。
额定电流时的通态
平均电压降一般为1V左右。
2、晶闸管的电流定额
(1)晶闸管的额定电流IR。
在环境温度为40c和规定的散热冷
却条件下,晶闸管在电阻性负载的单相,工频正弦半波导电,结温稳
定在额定值125℃时,所对应的通态平均电流值定义为晶闸管的额定
电流IR。
晶闸管的额定电流也是基于功耗发热而导致结温不超过允许
值而限定的。
如果正弦电流的峰值为Im,则正弦半波电流的平均值
为
已知正弦半波的有效值(均方根值)为
由式
(1)和式
(2)得到有效值为
即产品手册中的额定电流为IR=IAV=100A勺晶闸管可以通过任意波形、有效值为157A的电流,其发热温升正好是允许值。
在实际应用中由于电路波形可能既非直流(直流电的平均值与有效值相等),
又非半波正弦;
因此应按照实际电流波形计算其有效值,再将此有效
值除以1.57作为选择晶闸管额定电流的依据。
当然,由于晶闸管等
电力电子半导体开关器件热容量很小,实际电路中的过电流又不可能
避免,故在设计应用中通常留有1.5~2.0倍的电流安全裕量。
{{分页}}
(2)浪涌电流ITSM。
系指晶闸管在规定的极短时间内所允许通过的冲击性电流值,通常ITSM比额定电流IR大4刀倍。
例如,100A的元件,其值为(1.3~1.9)kA;
1000A元件,其值为(13~19)kA。
(3)维持电流IH。
使晶闸管维持导通所必须的最小阳极电流。
当通过晶闸管的实际电流小于维持电流IH值时,晶闸管转为断态,
大于此值时晶闸管还能维持其原有的通态。
(4)擎住电流IL。
晶闸管在触发电流作用下被触发导通后,只
要管子中的电流达到某一临界值时,就可以把触发电流撤除,这时晶
闸管仍然自动维持通态,这个临界电流值称为擎住电流IL。
擎住电流
IL和维持电流IH都随结温的下降而增大。
但是请注意,擎住电流和
维持电流在概念上是不同的。
通常擎住电流IL要比维持电流IH大2~4倍。
3、动态参数
(1)开通时间ton和关断时间toff。
承受正向电压作用但处于断
态作用的晶闸管,当门极触发电流来到时,由于载流子渡越到基区
P2需要一定时间,阳极电流IA要延迟td才开始上升,尔后再经过一个tr(使基区载流子浓度足够),IA才达到由外电路所决定的阳极电流稳定值。
晶闸管从断态到通态的开通时间ton定义为ton=td+tr,其
中,td为延迟时间,tr为上升时间。
当已处于通态的晶闸管从外电路施加反向电压于晶闸管A—K两端,并迫使它的阳极电流IA从稳态值开始下降为0后,晶闸管中的各层区的载流子必须经过一定时间才能消失,恢复其正向阻断能力。
晶闸管的关断时间toff定义为从阳极电流下降到0开始,到晶闸管恢
复了阻断正向电压的能力,并能承担规定的du/dt而不误导通所必须
的时间。
晶闸管的关断时间与元件的结温、关断前的阳极电流大小及所加
的反向阳极电压有关。
普通晶闸管的toff约为几十微秒左右。
为缩短
关断时间应适当加大反压,并保持一段反压作用时间,以使载流子充
分复合而消失。
快速晶闸管的toff可减小到10〜20ws以下,可用于
高频开关电路的高频晶闸管,其关断时间更短(小于10ws)。
(2)断态电压临界上升率du/dt。
在规定条件下,不会导致从断
态到通态转换的最大阳极电压上升率。
其数值对于不同等级(共7级)
的晶闸管是不同的,最差的A级器件为25V/^s,最文?
的G级晶闸管
高达1000V/Ws,一般白^是(100〜200)Vg
晶闸管阳极电压低于转折电压UA时,在过大的du/dt下也会引
起误导通。
因为在阻断状态下的晶闸管上突然加以正向阳极电压,在
其内部相当于一个电容的J2结上,就会有充电电流流过界面,这个
电流流经J3结时,起到了类似于触发电流的作用;
因此过大的充电
电流就会引起晶闸管的误触发导通。
为了限制断态电压上升率,可以在晶闸管阳极与阴极间并上一个
R—C阻容缓冲支路,利用电容两端电压不能突变的特点来限制晶闸
管A、K两端电压上升率。
电阻R的作用是防止并联电容与阳极主回
路电感产生串联谐振。
止匕外,晶闸管从断态到通态时,电阻R又可限制电容C的放电电流。
(3)通态电流临界上升率di/dt在规定的条件下,为晶闸管能够
承受而不致损害的通态电流的最大上升率。
目前最差的A级晶闸管为
25A/M,最文?
的G级晶闸管为500A/^s,一般的是(100〜200)A/
WSo
过大的di/dt可使晶闸管内部局部过热而损坏,因为当门极流入
触发电流后,晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通,然后导
通区才逐渐扩大,直至全部结面都导通。
如果电流上升太快,很大的
电流将在门极附近的小区域内通过,造成局部过热而烧坏。
四、晶闸管家族的其他主要电力电子器件
1、快速晶闸管(FST)
快速晶闸管通常是指那些关断时间toff<
50林s、速度响应特性优
良的晶闸管。
它的基本结构和特性与普通晶闸管完全一样;
但是由于
快速晶闸管的工作频率(fA400Hz)比普通晶闸管的工作频率高,所
以仅要求其关断时间短是不全面的。
因此,在关断时间的基础上,还
要求快速晶闸管的通态压降低、开关损耗小、通态电流临界上升率
di/dt及断态电压临界上升率du/dt高。
只有这样,它才能在较高的
工作频率下安全可靠地工作。
这种快速晶闸管主要应用于直流电源供
电的逆变器的斩波器,在这种电路中,它的关断时间通常只有(20~50)
ws,比普通晶闸管快一个数量级。
2、逆
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PECVD 工作 原理