Селеновый выпрямитель

Селеновый выпрямитель — это разновидность металлического выпрямителя , изобретенного в 1933 году. ^[1] Они использовались в источниках питания электронного оборудования и в сильноточных зарядных устройствах, пока их не вытеснили кремниевые диодные в конце 1960-х годов выпрямители. Появление генератора переменного тока в некоторых автомобилях стало результатом появления компактных, недорогих, сильноточных кремниевых выпрямителей. Эти блоки были достаточно маленькими, чтобы помещаться внутри корпуса генератора, в отличие от селеновых блоков, которые предшествовали кремниевым устройствам.

Выпрямляющие свойства селена, среди других полупроводников, наблюдали Браун, Шустер и Сименс между 1874 и 1883 годами. ^[2] Фотоэлектрические и выпрямляющие свойства селена были также обнаружены Адамсом и Деем в 1876 году. ^[3] и CE Fitts примерно в 1886 году, но практические выпрямительные устройства не производились на регулярной основе до 1930-х годов. По сравнению с более ранним медно-оксидным выпрямителем , селеновый элемент мог выдерживать более высокое напряжение, но при более низкой токовой мощности на единицу площади. ^[4]

Строительство

Селеновые выпрямители изготавливаются из стопок алюминиевых или стальных пластин, покрытых около 1 мкм толщиной висмутом или никелем . Гораздо более толстый слой селена (от 50 до 60 мкм), легированного галогеном, наносится поверх тонкого металлического покрытия . Затем селен преобразуется в поликристаллическую серую (гексагональную) форму путем отжига . Селенид кадмия образуется в результате реакции селена со сплавом олово-кадмий, а гетеропереход CdSe-Se является активным выпрямляющим переходом. Каждая пластина способна выдержать около 20 вольт в обратном направлении . Металлические квадраты или диски также служат радиаторами и служат местом для установки селеновых дисков. Пластины можно штабелировать бесконечно, чтобы выдерживать более высокие напряжения. Стопки тысяч миниатюрных селеновых дисков использовались в качестве высоковольтных выпрямителей в телевизорах и копировальных аппаратах .

Использовать

Селеновые выпрямители способны выдерживать повторяющиеся значительные перегрузки без необходимости принятия специальных защитных мер. Он обычно используется в гальванических выпрямителях до 200 000 А и электрофильтрах, работающих от 30 до 100 кВ. ^[5]

Радио- и телевизионные приемники использовали их примерно с 1947 по 1975 год для обеспечения напряжения на пластине до нескольких сотен вольт. КПД вакуумных выпрямителей составлял всего 60% по сравнению с 85% селеновых выпрямителей, отчасти потому, что ламповые выпрямители требовали нагрева. Селеновые выпрямители не имеют времени прогрева, в отличие от высоковакуумных выпрямителей. Селеновые выпрямители также были дешевле и проще в настройке и установке, чем электронные лампы. Однако позже их заменили кремниевые диоды с высоким КПД (около 100% при высоких напряжениях). Селеновые выпрямители обладали способностью действовать как ограничители тока, что могло временно защитить выпрямитель во время короткого замыкания и обеспечить стабильный ток для зарядки аккумуляторов. ^{[ нужна ссылка ]}

Характеристики

Селеновый выпрямитель примерно такого же размера, как выпрямитель из оксида меди, но намного больше, чем кремниевый или германиевый диод. Селеновые выпрямители имеют длительный, но не бессрочный срок службы: от 60 000 до 100 000 часов, в зависимости от номинала и охлаждения. После длительного хранения выпрямитель может проявлять некоторое изменение характеристик выпрямителя. ^[6] Каждая ячейка выдерживает обратное напряжение около 25 В и имеет падение прямого напряжения около 1 В, что ограничивает эффективность при низких напряжениях. Селеновые выпрямители имеют предел рабочей температуры 130 °C и не подходят для высокочастотных цепей. ^[7]

Замена

Селеновые выпрямители имели срок службы меньше, чем хотелось бы. На ранней стадии отказа они производят небольшое количество сладко пахнущего газа, который иногда называют «приторно-сладким». В этот момент свойства выпрямления почти полностью исчезают, что позволяет обратному напряжению просачиваться через выпрямитель. Во время катастрофического отказа они производят значительные количества зловонного и высокотоксичного селеноводорода. ^[8]^[9]^[10] это позволило специалисту по ремонту узнать, в чем проблема. Безусловно, наиболее распространенным видом отказа было постепенное увеличение прямого сопротивления, увеличение прямого падения напряжения и снижение эффективности выпрямителя. В 1960-х годах их начали заменять кремниевыми выпрямителями , которые демонстрировали меньшее прямое падение напряжения, более низкую стоимость и более высокую надежность. ^[11]

Компьютерная логика на селеновых диодах

В 1961 году IBM начала разработку семейства низкоскоростных компьютерных логических систем. ^[12] в нем использовались селеновые диоды с характеристиками, аналогичными кремниевым, но стоимостью менее одного цента. Отделы разработки терминалов просили о низкой стоимости и не нуждались в скорости. Из листа селенового диода можно было пробить 1/8-дюймовые диски. GE заявила, что может производить надежные селеновые диоды. Была разработана схема DDTL с двумя уровнями диодной логики, питающей один транзистор из сплава , и без последовательного входного резистора или ускоряющего конденсатора. Семья называлась СМАЛ. ^[13] или МАЛЕНЬКИЙ, для «логики сплава селеновой матрицы». Транзистор из сплава оказался слишком быстрым для восстановления селенового диода . Чтобы решить эту проблему, вокруг базы-эмиттера был подключен селеновый диод для его замедления. Двухуровневая логика была похожа на программируемую логическую матрицу (PLA), которая появилась на рынке много лет спустя. Практически любую статическую логическую функцию, дающую один выходной сигнал, можно было реализовать с помощью одного транзистора и нескольких дешевых диодов. Через несколько лет селеновые диоды оказались ненадежными и были заменены кремниевыми диодами. Семейство логики было упаковано на SMS-картах . ^[13]

Дальнейшее чтение

Справочник по выпрямителю FT Selenium ; 2-е изд.; Федеральный телефон и радио; 80 страниц; 1953. (архив)
Справочник по выпрямителю ST Selenium ; 1-е изд; Саркес Тарзян; 80 страниц; 1950. (архив)

Ссылки

^ Хемпстед, Колин; Уортингтон, Уильям (8 августа 2005 г.). Энциклопедия технологий ХХ века . Рутледж. п. 669. ИСБН 978-1-135-45551-4 . селеновые выпрямители, изобретенные Чарльзом Э. Фиттсом в 1933 году.
^ book.google.co.uk
^ book.google.co.uk
^ Питер Робин Моррис. История мировой полупроводниковой промышленности , ИЭПП, 1990, ISBN 0-86341-227-0 , страницы 13, 18.
^ Ривз, Э.А.; Хиткот, Мартин (17 июня 2013 г.). Карманный справочник Newnes по электротехнике . Тейлор и Фрэнсис. п. 95. ИСБН 978-1-136-37644-3 .
^ Эрнст Блёле (редактор), Электронные методы , Academic Press, 1964, ISBN 0-12-475902-5 , страницы 206–207.
^ HP Westman (редактор), Справочные данные для радиоинженеров, пятое издание , Howard W. Sams & Co., Inc., 1968, глава 13.
^ Престон, Дж. С. (22 августа 1950 г.). «Конституция и механизм фотоэлемента селенового выпрямителя» . Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 202 (1071): 449–466. Бибкод : 1950RSPSA.202..449P . дои : 10.1098/rspa.1950.0112 . ISSN 0080-4630 . S2CID 93164294 .
^ «Руководство по гигиене труда для селеноводорода» (PDF) . cdc.gov . 1978 год . Проверено 1 октября 2022 г.
^ ПабХим. «Селеноводород» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 1 октября 2022 г.
^ Селен, Министерство внутренних дел США .
^ Патент США 3218472 : Транзисторный переключатель с шумоподавлением, обеспечиваемым диодом обратной связи с переменной емкостью.
^ Перейти обратно: ^а ^б Система передачи данных 1060 (PDF) . ИБМ. п. 2.

[1] Хемпстед, Колин; Уортингтон, Уильям (8 августа 2005 г.). Энциклопедия технологий ХХ века . Рутледж. п. 669. ИСБН 978-1-135-45551-4 . селеновые выпрямители, изобретенные Чарльзом Э. Фиттсом в 1933 году.

[2] .google.co.uk

[3] .google.co.uk

[4] Питер Робин Моррис. История мировой полупроводниковой промышленности , ИЭПП, 1990, ISBN 0-86341-227-0 , страницы 13, 18.

[5] Ривз, Э.А.; Хиткот, Мартин (17 июня 2013 г.). Карманный справочник Newnes по электротехнике . Тейлор и Фрэнсис. п. 95. ИСБН 978-1-136-37644-3 .

[6] Эрнст Блёле (редактор), Электронные методы , Academic Press, 1964, ISBN 0-12-475902-5 , страницы 206–207.

[7] HP Westman (редактор), Справочные данные для радиоинженеров, пятое издание , Howard W. Sams & Co., Inc., 1968, глава 13.

[8] Престон, Дж. С. (22 августа 1950 г.). «Конституция и механизм фотоэлемента селенового выпрямителя» . Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 202 (1071): 449–466. Бибкод : 1950RSPSA.202..449P . дои : 10.1098/rspa.1950.0112 . ISSN 0080-4630 . S2CID 93164294 .

[9] «Руководство по гигиене труда для селеноводорода» (PDF) . cdc.gov . 1978 год . Проверено 1 октября 2022 г.

[10] ПабХим. «Селеноводород» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 1 октября 2022 г.

[11] Селен, Министерство внутренних дел США .

[12] Патент США 3218472 : Транзисторный переключатель с шумоподавлением, обеспечиваемым диодом обратной связи с переменной емкостью.

[ibm-13] Перейти обратно: ^а ^б Система передачи данных 1060 (PDF) . ИБМ. п. 2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]