Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 128
AI
Korelacja nie dowodzi istnienia związku przyczynowo – skutkowego ale jednak określa prawdopodobieństwo jego istnienia. W badaniach korelacja jest najczęściej wszystkim co początkowo mamy !
Najbardziej zaawansowane modele statystyczne używające AI są wciąż głównie korelacyjne ! Model przyczynowy dalej jest fundamentem poznania świata !
O pozycji kraju w światowej hierarchii i o zdrowym poziomie wynagrodzeń w całej gospodarce decyduje sektor dóbr handlowalnych międzynarodowo. Stąd mądre rządy jak tylko mogą wspierają firmy mające nowoczesny eksport.
Zobaczmy zatem (AI) na czym zarabia polska klasa średnia: Nowa polska klasa średnia wyrosła głównie wokół pieniędzy i długów rządowych i samorządowych oraz dotacji unijnych.
Zamiast wysokiej technologi jest wysoka korupcja ! Ręce nie mają gdzie opaść.
Zatem obecny model rozwoju prowadzi na manowce.
Ulewy i powodzie były są i będą. Trudno jest nad żywiołem zapanować ale można mocno zmniejszać straty.
Co będzie jak na górzystym południu Polski zetniemy lasy na zboczach ? Powódź co jakiś czas !
„Tymczasem porządny las działa jak bardzo skuteczna gąbka. Woda utrzymywana jest w roślinach,
w glebie, ściółce, martwym drewnie i tzw. denrdotelmach, czyli zagłębieniach drzew, a także
w powietrzu, które pod okapem koron jest znacznie bardziej wilgotne. Te właściwości lasu są
znane leśnikom powszechnie.
Drogami zrywkowymi, które ciężki sprzęt służący do ścigania wyciętych drzew, wyżłobił w
zboczach gór i pagórków, podczas deszczu woda spływa jak rynną.
To rotacyjne działanie lasu polega głównie na korzystniejszym niż w terenach nieleśnych
dzieleniu odpływu pomiędzy szybki spływ powierzchniowy, a na ogół wielokrotnie wolniejszy
spływ podpowierzchniowy. Gleba leśna, dzięki głębokiemu przerośnięciu korzeniami, obfitej
próchnicy, dużej ilości organizmów, odznacza się korzystną strukturą, przeciętnie większą
porowatością i pojemnością wodną niż gleba pól czy pastwisk. W czasie deszczu chłonie wodę,
oddając ją po dłuższym czasie w źródłach, młakach lub innych wypływach wód gruntowych”
Las absorbuje do 20-30 mm jednorazowego opadu i dużo więcej opadu ciągłego o małej intensywności.
Nowy raport RAND Corporation ujawnia otrzeźwiającą rzeczywistość stojącą za projektami sztucznej inteligencji (AI): pomimo szumu większość z nich zawodzi.
"W niektórych szacunkach ponad 80 procent projektów AI nie udaje się" - czytamy w raporcie. Jest to dwukrotność i tak wysokiego wskaźnika niepowodzeń w korporacyjnych projektach informatycznych (IT), które nie wiążą się ze sztuczną inteligencją. Wraz ze wzrostem inwestycji sektora prywatnego w sztuczną inteligencję od 2013 do 2022 roku, stawki są wyższe niż kiedykolwiek.
Żart mówi że Sztuczna Inteligencja niewiele na razie różni się od Naturalnej Głupoty. Po wprowadzeniu komputerów zatrudnienie po urzędach wzrosło 2-3 razy. Może AI podniesie je 5 razy ?
Dane pokazują, że całkowita liczba miesięcznych wizyt na stronie ChatGPT gwałtownie spadła od wiosny do połowy lata 2024.
Implozja w comiesięcznych wizytach nie oznacza końca OpenAI. Klienci są znudzeni GPT-4 lub grawitują do innych dużych modeli językowych takich jak xAI Grok. Realna jest możliwość, że niektórzy użytkownicy nie znaleźli potrzeby integracji chatbotów w swoim codziennym życiu.
Były brytyjski premier, Boris Johnson, padł ofiarą rosyjskich pranksterów - Władimira Kuzniecowa (Wowana) i Aleksieja Stoliarowa (Lexusa). Johnson rozmawiał z nimi myśląc, że rozmawia ze znanym francuskim ekonomistą i politykiem Jacquesem Attalim.
Mówił o III wojnie światowej !
https://www.rp.pl/konflikty-zbrojne/art41072101-boris-johnson-ofiara-rosyjskiego-zartu-myslal-ze-rozmawia-z-francuskim-ekonomista
Czy Sztuczna Inteligencja pomoże sędziom ?
61 % prawników uważa , że sztuczna inteligencja może być efektywnym wsparciem w orzekaniu i odblokować sądownictwo z dużej ilości spraw. 11 % ekspertów jest przeciwnego zdania.
W czasach PRL kpiono z Nowomowy. Teksty z tabeli można było dość dowolnie łączyć otrzymując prawie nieskończoną ilość tasiemcowych zdań Nowomowy.
https://wysokienapiecie.pl/104102-krotki-poradnik-przygotowywania-opisow-transformacji-energetycznej/
Ciągle powstają nowe strategiczne dokumenty dotyczące transformacji energetycznej. Prof. Konrad Świrski pokazał jak proces ten można znacznie uprościć, a nawet całkowicie zautomatyzować.
"W poniższej tabeli zestawiono gotowe frazy, które można dowolnie łączyć (każdą część z odpowiednich kolumn), tworząc w ten sposób finalny dokument. W dalszej części opisano drogę do pełnej automatyzacji tego procesu..."
Przykład strategi wynenerowanej przez AI
"Aktualny stan działań związanych z transformacją energetyczną w Polsce.
Obecnie w Polsce trwają prace nad usuwaniem barier związanych z transformacją energetyczną. Prowadzone są kompleksowe analizy dotyczące możliwości rozwoju energetyki odnawialnej, ze szczególnym uwzględnieniem fotowoltaiki oraz energetyki wiatrowej onshore i offshore. W bieżącym kwartale realizowane są prace analityczno-koncepcyjne, których celem jest wdrożenie odpowiednich ustaw, umożliwiających stopniowe odejście od paliw kopalnych, zwłaszcza węgla.
Równolegle rozpoczęto robocze rozmowy dotyczące przygotowania kompleksowych planów obniżenia emisyjności energii w przemyśle. W nadchodzących miesiącach planowane są działania zmierzające do rozpoczęcia projektów związanych z energetyką jądrową, a także rozwinięcie korzystnych warunków dla rozwiązań energetyki rozproszonej i prosumenckiej. Do końca roku zaplanowano konsultacje z wybranymi podmiotami, które mają na celu optymalizację cen energii, szczególnie dla sektora energochłonnego.
Na początku przyszłego roku odbędą się szeroko zakrojone konsultacje publiczne, które obejmą pełny zakres propozycji usprawnień rynku energii. W kolejnych miesiącach przewiduje się rozpoczęcie procesu legislacyjnego mającego na celu przyspieszenie optymalnego rozwoju sieci energetycznych oraz systemów magazynowania energii. Transformacja energetyczna w Polsce jest złożonym procesem, który wymaga wieloaspektowych działań i zaangażowania różnych interesariuszy."
Archiwum. EnergoPatent
Tranzystor bipolarny i uwagi
Tranzystor bipolarny lata dynamicznego rozwoju ma już za sobą.
Częstotliwość graniczna tranzystorków w najszybszych układach ECL przekracza 10 GHz a w wyspecjalizowanych dzielnikach częstotliwości dochodzi do 20 GHz ( Uceo wynosi ca 4V ) ale w technologi bipolarnej nie da się wytworzyć procesora 32 bitowego a nawet 16 bitowego. Era bipolarnych układów cyfrowych właśnie się kończy
Ponieważ ceny niskonapięciowych tranzystorów Mosfet spadają to tranzystory bipolarne na napięcia 50-100 V niedługo przestaną być konkurencyjne. Gęstość prądu bipolarnych tranzystorów HV jest jednak dużo większa od Mosfetów i tu są mocną konkurencją.
W amerykańskiej serii 2NXXXX standardowych wielozródłowych ( mowa o wielu producentach ) tranzystorów na początku lat siedemdziesiątych numery przekroczyły 6000. Rozmaitość jest tu jednak pozorna. Poselekcjonowany chip tranzystora germanowego mocy dawał 12 typów tranzystorów 2NXXXX. Chip tranzystora Darlingtona umieszczony w różnych obudowach (czyli Pmax) i poselekcjonowany na różne napięcia Uceo i prąd Ic (przy określonym wzmocnieniu ) daje aż 32 typy tranzystorów w seriach 2N, BD i pod innymi nazwami.
Popularny tranzystor w obudowie metalowej 2N2222 to 2N4401 w obudowie plastikowej TO92.
Siłą nabywcza przeciętnego wynagrodzenia na „Zachodzie” liczona w tranzystorach jak BC cały czas rośnie. Użycie obudów plastikowych dało skokowy spadek ceny tranzystorów.
W ofercie koncernu Siemens – RFN najtańsze masowe tranzystory BC są przy ilości 1000 pcs po 0.108 DM. Za średnią płacę 2000 DM na miesiąc można więc kupić około 18 tysięcy tranzystorów ale ceny negocjowane w potężnych ilościach przemysłowych przez koncerny produkcyjne są raczej znacznie niższe
Standardowe tranzystory produkowane są na automatycznych liniach w ogromnych ilościach. Mikroelektronika pozwoliła na automatyzacje a automatyzacja stosowana jest produkcji mikroelektroniki. Działa systemowe dodatnie sprzężenie zwrotne w produktywności mikroelektroniki.
W Japonii standardowe serie tranzystorów bipolarnych oznaczone są 2SAxxxx i 2SBxxxx PNP oraz 2SCxxxx i 2SDxxx NPN. Tylko japońskie koncerny produkują liniowe tranzystory mocy o dużym obszarze bezpiecznej pracy SOA i wysokiej częstotliwości granicznej przeznaczone do wzmacniaczy mocy klasy top Hi-Fi. W istocie tranzystor wykonany jest jak układ scalony i ma wiele połączonych równolegle małych tranzystorków.
Zachowanie tranzystora wysokiego napięcia HV jako klucza jest mocno złożone. Częstotliwość Ft przy maksymalnym prądzie kolektora może być 10 razy mniejsza niż przy prądzie optymalnym dla Ft.
Obecnie normy międzynarodowe (IEC) definiują dla tranzystorów bipolarnych ich dynamiczne własności jako kluczy czasami:
-Czas opóźnienia załączenia Td, Delay
-Czas narastania prądu Tr, Rise
-Czas wyjścia z nasyceni lub magazynowania Ts, Storage
-Czas opadania Tf , Fall
Czasy Tr i Tf mierzone są między 10 i 90 % oraz 90 i 10% wartości ustalonych prądów kolektora. Czasy te są dobrą informacją tylko dla tranzystorów niskonapięciowych. W czasów tych przy obciążeniu indukcyjnym nie wynikają dokładnie energie strat Eon na włącznie i Eoff na wyłączenie.
Czasy te są mało adekwatne do tyrystorów GTO i tranzystorów IGBT w których występuje efekt przeciągania prądu.
W przypadku kluczy energoelektronicznych o wiele lepsze byłoby podawanie energii strat na włączanie Eon z współpracująca w półmostku diodą i indukcyjne wyłączanie Eoff oraz efektu snubberów dv/dt i di/dt.
Obecnie tranzystory mocy wykonywane są głównie prostą technologią „Triple Diffused” Mesa. Wypolerowany krążek krzemowy ( jego grubość zależy od napięcia Uceo ) N- od strony przyszłego kolektora dyfuzyjnie domieszkowany jest do N+ a od strony bazy do P.
W tranzystorach LV grubość kolektora N- może być 5 um a w typach HV wynosi 50-100 um a nawet więcej! Gruby kolektor odpowiada za obszar quasi nasycenia i za „głębokie dziury”. Tranzystor HV jest w zachowaniu dalece odmienny od typów LV. Im większe jest Uceo tym tranzystor ma mniejsze Ft, jest wolniejszy i ma coraz większy obszar quasinasycenia.
Następnie tylko odsłonięty maską fotolitograficzną obszar B jest domieszkowany do N+ czyli emitera. Po wykonaniu selektywnej metalizacji mamy tranzystor. Po pocięciu na indywidualne struktury brzegi Mesa są odsłonięte i taki tranzystor może być zamontowany tylko w metalowej obudowie hermetycznej. Wykonanie Glass Passivation (GP) nie jest trudne ale jednak komplikuje technologie i obniża uzysk. Strukturę z GP można zamontować w taniej obudowie plastikowej, którą można już montować na PCB i radiatorze automatycznie podczas gdy ręczny izolowany montaż metalowych obudów TO3 i TO66 na radiatorze jest szalenie pracochłonny.
W obszarze aktywnym ( bez niedawnego nasycenia ) częstotliwość graniczna Ft rośnie z napięciem Uce osiągając największe wartości przy średnich prądach – optymalny dla Ft prąd trochę rośnie z Uce.
Rodzina (2N3724, 3725, 4013, 4014 ) z 1965 roku ( szok ! ) szybkich planarnych tranzystorów przełączających dotowanych złotem wokół podstawowego typu 2N3725 o Uceo=50V (= europejski BSX59 i polski BSXP59 ale Uceo=45 V ) przeznaczona była do wybierania w matrycach pamięci ferrytowych. Z Ic=80 mA przy Uce >10V Ft dochodzi do 475 MHz. Ale z Ic=1000 mA i Uce>4V Ft przekracza sporo 100 MHz czyli uzyskanie szybkiego klucza jest możliwe także przy dużym prądzie!
Proste modele fizyki nie tłumaczą całej złożoności zachowania tranzystora HV. W tranzystorach wysokonapięciowych ( HV, tu umownie Uceo>>200V ) występuje uciążliwe Quasinasycenie i Głębokie dziury. Chcąc uzyskać bardzo pożądane ( straty mocy i oszczędny Snubber dv/dt ) szybkie wyłączenie tranzystora czyli mały czas Tf i niewielki oraz mały stały czas Ts nie może być wcześniej nasycony a nawet mocno quasinasycony bo przy próbie szybkiego wyłączenia dużym prądem bazy -Ib objawi się szkodliwe i niebezpieczne przeciąganie prądu kolektora. W tranzystorach na małe napięcia Uceo efekt taki nie jest rażący ale jest jego namiastka.
To że czas Ts wyjścia z nasycenia zależy od głębokości nasycenia jest znane i oczywiste.
Ale jak widać z wykresu (dalej 2N3725) głębokość niby byłego już (!) nasycenia ma też wpływ na szybkość wyłączenia Tf. Przy prądzie kolektora Ic=500 mA z Ib+=50mA (tranzystor jest już nasycony) czas opadania wyłączania Tf=5 ns otrzymujemy przy Ib-=90 mA ale przy Ib+=80 mA ( głębsze nasycenie ) dla takiego czasu opadania potrzebny jest aż Ib-=200 mA ! Czyli to nasycenie jest pozornie byłe ale tranzystor to jeszcze zanikająco pamięta w swoim kolektorze.
Przy prądzie kolektora 800 mA sytuacja jest jeszcze gorsza.
Gdy HV Mosfet przewodził „diodą” wstecznie i zmienił się znak prądu to po szybkim wyłączeniu go bramką Mosfeta dalej przewodzi tranzystor-”dioda” NPN. Wyłączenie jest powolne a przy tym niebezpieczne bowiem może być poza obszarem SOA tranzystora bipolarnego -”diody” NPN !
Tak więc Power Mosfet ma faktycznie dwa wykresy SOA !
Szybkie wyłączanie tranzystora bipolarnego HV otrzymany tylko bez jego nasycenia a szczególnie głębokiego nasycenia. Bez nasycenia dopuszczalny obszar RBSOA (Reverse Bias czyli z ujemnym prądem / napięciem Bazy ) jest szerszy niż z nasyceniem. Z nasyceniem RBSOA jest nawet węższy niż FBSOA !
W SMPS sterowanie proporcjonalne Baz tranzystorów transformatorkiem prądowym ( jest on mały nawet dla dużych mocy ) na granicy nasycenia jest godne polecenia z kilku powodów. Stosunkowo łatwa jest konstrukcja konwertera sporej mocy o ile oczywiście dysponujemy odpowiednimi tranzystorami. Pobór mocy przez stopień sterujący może być mały i to mimo małego wzmocnienia prądowego tranzystorów-przełączników !
Na wykresach pokazano omawiane cechy HV BJT BUX48(A) o Uceo=400/450V i Ic=15A
Są dwa rodzaje tranzystorów Darlingtona:
-Do zastosowań powolnych czyli liniowych przy małych napięciach i HV do zapłonu samochodowego. Mają one powolną monolityczną diodę antyrównoległą. Mają dość duże wzmocnienie prądowe. Do inverterów zupełnie się nie nadają.
-Szybkie Darlingtony mają diodę równoległą do B-E pierwszego tranzystora lub bez diody wyprowadzoną także B2. Albo nie mają diody antyrównoległej lub mają osobną diodę Ultra Fast zamontowaną razem w obudowie.
Rzekomo najlepsze tranzystory Darlingtona do inverterów produkuje koncerny Japonii i francuski Thomson CSF. Tranzystor BUV74(A) z dwoma chipami ma Uceo 400(600) V i Ic=36 A. Ma antyrównoległą diodę Ultra Fast. Czas Tf wynosi około 100 ns ! Słabszy BUV54(A) z jednym chipem tranzystora ma Ic=18A.
Ponieważ załączony i nasycony pierwszy tranzystor Darlingtona ma w przybliżeniu oporność (Rce) to drugi duży tranzystor z napięciem Ucb>0 jest na granicy quasinasycenia i zdolny jest do szybkiego wyłączenia bez przeciągania. Ale aby wyłączył się też szybko pierwszy tranzystor czyli cały klucz to nie może być nasycony co powoduje że napięcie przewodzenia Uce całego klucza jest trochę większe ale w sumie niewiele większe ! Za to statycznie prąd sterowania bazy klucza jest mniejszy i mniejszy jest pobór mocy z pomocniczych zasilaczy dla driverów kluczy co ma duże znaczenie.
Przy przewodzeniu diody antyrównoległej klucza nie wolno mu podać prądu Ib+ bazy bo powoduje to w pierwszym tranzystorze Darlingtona efekt taki jak nasycenie i tworzy „głębokie dziury” a napięcia Ube muszą być zerowe lub lepiej ujemne ! Układ zapobiegający nasyceniu klucza zapobiega też szkodliwemu jego wysterowaniu przy przewodzeniu diody antyrównoległej klucza.
Wzmocnienie prądowe tranzystorów szybko spada z napięciem Uceo. Dla napięć powyżej 700-800 V Darlington jest potrójny aby prąd Ib+ sterowania bazy miał rozsądną wartość.
W obudowie metalowej TO3 udaje się umieścić niskonapięciowy tranzystor o Ic=60A i wysokonapięciowy 36 A. Zamontowane są w obu przypadkach po 2 równolegle połączone, sparowane chipy.
Japońska Toshiba na początku lat '70 oferowała tranzystory o Ic=60A w powiększonej o circa 30% obudowie jak TO3 ale dojrzały „Giant transistor” Toshiby o dużym prądzie Ic w izolowanej obudowie modułowej pojawił się w 1975 roku. Obecnie japońskie koncerny oferują moduły półmostków i mostków trójfazowych mocy z tranzystorami Darlingtona ( dla Uceo>800 V trzystopniowymi ) zasilane wyprostowanym sieciowym napięciem trójfazowym. Łączonych jest równolegle wiele selekcjonowanych struktur tranzystorów o Ic<16A i ultraszybkich diod antyrównoległych. Moduły te objęte są kontrola eksportu do krajów RWPG czyli embargiem.
Do izolacji chipów mocy stosowany jest BeO lub tańsza tańsza ale gorsza ceramika Al2O3.
Firmy ZSRR mają opanowaną technologie „BeO - tlenku berylu” stosowaną do izolowanego montażu najmocniejszych (do tranzystorów mniejszej mocy wystarcza płyta alundowa Al2O3 ) chipów do metalowej podstawy modułu. Ma on przewodność cieplną zbliżoną do miedzi a jest przy tym znakomitym dielektrykiem nawet w zakresie mikrofalowym. BeO stosowany jest w szeregu ważnych technologii !
Teoretycznie można by skonstruować zautomatyzowaną maszynę do montażu wielu struktur wysokonapięciowych tranzystorów / Darlingtonów na 16 A i ultraszybkich diod w module trójfazowego mostka sterowanego sygnałem PWM. Jednak żaden z krajów RWPG wysokonapięciowych tranzystorów / Darlingtonów i ultraszybkich diod niestety nie produkuje choć teoretycznie firmy NRD i ZSRR zdolne są podjąć taką produkcje.
Gdy równolegle łączonych jest kilka struktur tranzystorów zastosowanie zwykłych (nie Darlingtona ) tranzystorów połączonych w Darlingtona wymaga 1 struktury więcej co nie jest wielką wadą.
O ile magiczny tlenek berylu BeO jest drogi i dla Polski niedostępny to płytki ceramiczne alundowe Al2O3 są tanie i dostępne.
Chip o powierzchni 18 mm2 w obudowie TO220 ma Rthjc=1.2 C/W a zamontowany w tej obudowie na płytce ceramicznej o grubości dającej izolacje na 2500 Vrms ma Rthjc=2.1 C/W. Ale w przypadku obudowy nieizolowanej dochodzi jeszcze oporność cieplna podkładki izolacyjnej. Rzekomo koszt dodatkowych operacji w produkcji do zamontowania chipa na ceramice i jej do metalu obudowy jest bardzo niewielki.
„Całoplastikowa”, izolowana obudowa TO220 to typ SOT186. W produkcji obudów całoplastikowych dominuje Japonia dlatego ze łatwe jest zautomatyzowanie produkcji z użyciem tych elementów bowiem montaż z podkładką izolującą i armatura jest skomplikowany.
Dla inwerterów mniejszej mocy 6 kluczy ( tranzystor z antyrównoległą diodą UF ) w obudowach izolowanej TO220 lub SOT186 też jest dobrym rozwiązaniem. Hurtem do radiatora mogą być dociśnięte stalową listwą.
Prymitywne tranzystory germanowe mocy pojawiły się już w 1953 roku.
Pierwsze publikacje analizujące trywialne przetwornice tranzystorowe są z USA z 1955 roku a ze Związku Radzieckiego z 1957 roku.
Tranzystory „wysokonapięciowe” pojawiły się pod koniec lat sześćdziesiątych. Ich prądy kolektora cały czas rosły aż do 15A (na jeden chip ) a napięcia Uceo/Ucbo szybko zatrzymały się na maksymalnym poziomie 700/1500 V ( rzadko 1700 V) dla tranzystorów mocy pracujących w stopniu odchylania poziomego odbiorników kolorowych.
Ponieważ wzmocnienie prądowe tranzystorów wysokonapięciowych jest bardzo małe w układach konwerterów ( przetwornice i SMPS ) większej mocy polecane jest stosowanie sterowania proporcjonalne prądu bazy Ib do prądu kolektora Ic.
Zjawisko lokalnej koncentracji mocy na powierzchni chipa tranzystora skutkujące ewentualnie II Przebiciem (= SB Second Breakdown ) zauważono już pod koniec lat pięćdziesiątych. Znakomicie ilustrują je zdjęcia z kamer termograficznych. Oryginalny tranzystor mocy z początka lat sześćdziesiątych 2N3055 ma bardzo duży obszar SOA ale jest drogi w produkcji i ma marne parametry.
Stała fizyczna krzemu dyktuje iloczyn Uceo x Ft ogranicza szybkość pracy tranzystorów wysokonapięciowych ale realne produkty są od niej jeszcze bardzo daleko.
Już obecnie teoretycznie można wykonać o wiele szybsze bipolarne tranzystory wysokonapięciowe ale logika rynku, że lepsze wypiera dobre, implikuje że musi być efektywny popyt na nowe produkty. Koncerny wszakże ze sprzedaży wyrobów finansują kosztowne badania i inwestycje !
Norma – publikacja IEC134 „Maximum Rating Systems” definiuje pojęcia parametrów maksymalnych dla elementów elektronicznych i daje im oznaczenia.
Fizykę zjawisko drugiego przebicia (Second Breakdown) w tranzystorze bipolarnym wyjaśniano od 1962 roku i wyjaśniono po 1966 roku.
Na drugie przebicie składa się:
-Dodatnie elektro - termiczne sprzężenie zwrotne prowadzące do lokalizacji wydzielania mocy na coraz mniejszej części chipa tranzystora
-Efekt tunelowy
-Powielanie lawinowe
Jeśli natychmiast po inicjacji II SB nie przerwiemy dostarczania energii to tranzystor zostanie trwale zniszczony prowadząc zarazem do zwarcia obwodu C-E w układzie gdzie pracuje.
Statyczny i dynamiczny obszar bezpiecznej pracy tranzytów podawano już na wykresie w latach pięćdziesiątych. Pod koniec lat sześćdziesiątych wypuszczono pierwsze tranzystory mocy na zakres UHF z monolitycznymi rezystorami wyrównawczymi w emiterach co pozwoliło poszerzyć obszar SOA i polepszało liniowość tranzystorów. Początkowo SOA statyczny i impulsowy określano liniami ciągłymi na wykresie Ic(Uce, Tp jako parametr) a następnie obszar definiowano odcinkami na wykresie log-log gdzie stałej mocy odpowiada odcinek nachylony pod kątem 45 deg.
Na obszar SOA przyrządu ma wpływ sama wyprodukowana struktura ale też poprawność jej przylutowania do metalu / ceramiki obudowy ! W miejscu gdzie chip nie może odprowadzić ciepła do metalu obudowy prawdopodobnie rozpocznie się proces mogący prowadzić do II przebicia.
Producenci na podstawie testów tysięcy tranzystorów (punkty na wykresie ) ustalają im katalogowy obszar SOA ! Dla większości egzemplarzy winien być on (i od dobrych producentów jest !) faktycznie szerszy.
Statycznie do pewnego napięcia Uce można w tranzystorze wydzielać pełną nominalną moc. Moc wydziela się w miarę równomiernie na powierzchni całego chipa czego dowodzą zdjęcia z termokamery. Napięcie to wynosi 4-100 V i jest znacznie mniejsze od Uceo. Obecnie nowoczesne tranzystory mocy z reguły mają to napięcie około 30 V. Powyżej tego napięcia moc spada tym szybciej im mocniej jest nachylony odcinek wykresu SOA i moc coraz bardziej koncentruje się na fragmencie chipa. Tylko koncerny Japonii produkują tranzystory mocy gdzie to napięcie wynosi aż do 100 V. Są one jednocześnie liniowe i mają wysoką częstotliwość graniczną Ft.
W przypadku tranzystorów HV przy rosnącym Uce odcinków ograniczających SOA może być więcej
Dla nowoczesnego tranzystora 2N6836 ( 450 V, 15 A, 175 W ) statycznie pełną moc można wydzielić do napięcia Vce ca 50 V co jest dobrym wynikiem. Przy napięciu 100 V można wydzielić moc zaledwie 30 W. Kolejny odcinek ma mniejsze nachylenie ale i tak przy Vceo=450V można wydzielić moc tylko 9W.
Wykres FBSOA dla pracy impulsowej jest tu ubogi bowiem ma tylko dwa czasy impulsu 1 ms i 10 us.
Przy napięciu Uceo z prądem Ic impuls może maksymalnie trwać 10 us i to jest częsty „standard” dla tranzystorów wysokonapięciowych HV.
Jeśli przed wyłączeniem tranzystora nie był on nasycony to obszar szybkiej trajektorii RBSOA (RB – Reverse Bias mowa o Ube ) jest poniżej Uceo tożsamy z FB ( najszerszy impulsowy FB czyli Forward Bias ). Ale gdy było nasycenie to przy napięciu mniejszym od Uceo obszar z RB jest węższy niż FB co jest bardzo złe i ograniczające ! Pokazuje to wysoką szkodliwość nasycenia ( deep hole ) przed wyłączeniem. Na wykresie zastrzeżono przy tym że wzmocnie miało być > 4 czyli nasycenie nie mogło być głębokie !
Na rysunku pokazano stary model i nowy model tranzystora mocy Mesa. Glass Passivation stała się popularna także w produkcji diod.
Thomson dla części swoich wysokonapięciowych tranzystorów mocy podaje rozszerzony obszar SOA incydentalno - awaryjny w którym tranzystor może się znaleźć tylko 3000 razy w swoim całym życiu.
Pozwalająca ocenić niezawodność ( failure rate ) sprzętu elektronicznego norma/książka MIL-HDBK-217C „RELIABILITY PREDICTION OF ELECTRONIC EQUIPMENT” bierze pod uwagę wielość czynników. Okazuje się jednak że dla tranzystorów mocy wzięcie pod uwagę jako mnożników skracających życie tylko dwóch czynników - „temperatury lokalnej pracy chipa” i „napięcia Uce” daje bardzo dobre wyniki oceny niezawodności. Użyto cudzysłowów ponieważ przecież są to w pracy przełącznikowej kluczy pojęcia trochę niejasne lub nieostre.
Pomijając dyskusję na słusznością prawa Arheniusa w postaci logarytmicznej ( odwrotnie wykładniczej ) ma ono taką postać:
lnk = lnA - Ea/RT
k-szybkość reakcji czyli częstość kolizji skutkująca reakcją
A-czynnik przedeksponencjalny związany z częstością zderzeń skutecznych w danej reakcji,
Ea-energia aktywacji reakcji,
T-temperatura bezwzględna,
R-uniwersalna stała gazowa lub stała Boltzmanna
Zgodnie z prawem Arheniusa Temperatura determinuje też szybkość rozwijania mechanizmu uszkodzenia chipa. Krzywa eksperymentalna jest w przybliżeniu eksponencjalna. Szkodliwość temperatury ( lokalnej temperatury chipa ) trzeba brać z wagą czasu jej występowania. Doświadczalnie zmniejszenie przyrostu temperatury ponad T otoczenia =25C o połowę w stosunku do Tjmax dziesięciokrotnie zmniejsza mnożnik temperaturowy zawodności.
Napięcie pracy przyśpiesza rozwój niestabilności powierzchniowych i migracje jonów zabrudzeń uwięzionych w pasywacji do chipa. Obniżenie napięcia do 78% nominalnego podwaja napięciową trwałość tranzystora a do 60% potraja. Tylko w niewielkim zakresie napięć pracy Uce wpływ ten można linearyzować co otwiera drogę do posługiwania się terminem średnim napięciem ! W przeciwnym razie (szczególnie przełącznik) szkodliwość napięcia trzeba brać z wagą czasu ( wypełnienie d% w PWM ) jego występowania.
Philips podaje na wykresie dane zebrane doświadczalnie o wpływie Temperatury i Uce pracy na niezawodność wysokonapięciowych tranzystorów mocy.
Tranzystory mocy w układach monolitycznych zawsze mają towarzyszący im system ochrony SOA. Dopuszczalna awaryjna lokalna temperatura chipa sięga 240 a nawet 250 C. Tak wysoka temperatura zabezpieczenia wynika z chęci zapewnienia możliwie pełnego wykorzystania tranzystora mocy w normalnych warunkach pracy.
Maksymalna lokalna temperatura chipa tranzystora mocy w hermetycznych obudowach „metalowych” wynosi 175-200 C. Przy niewielkich prądach kolektora z Ucb=0 ( B połączone z C ) napięcie Ube jest użytecznym liniowym sensorem temperatury.
Objawów starzenia się tranzystora i spodziewanego uszkodzenia jest wiele - wzrost prądu upływu, spadek wzmocnienia przy dużych prądach itd.
Prace doświadczalne w tym temacie są bardzo proste. Eksperymentalnie na okres 24 godzin przy niewielkim dla nich Uce ( daleko do Second Breakdown) podano trzem podobnym tranzystorom w obudowach metalowych (bez radiatorów ) moc przy której temperatury chipów wynoszą ca 250 C. Jeden japoński tranzystor i drugi 2N ( prawdopodobnie z USA ) nie wykazuje żadnych zmian a trzeciemu polskiemu niestety wzrósł prąd upływu i spadło trochę wzmocnienie prądowe ale jest nadal „katalogowo” sprawny.
„Przeciążane” tranzystory wykazują różne objawy niekoniecznie świadczące o utracie trwałości. W tranzystorach HV (przykład w H-out ) wydzielanie mocy przy wyłączeniu w silnie ujemnie spolaryzowanym złączu B-E prowadzi do obniżenia wzmocnienia prądowego tylko przy małych prądach Ic co jest jednak bez znaczenie ale rzekomo nie skraca trwałości tranzystora.
Dobrą zasadą dla konstruktorów jest nieprzekraczanie napięcia pracy do 80 % Uceo i 80% Ic. Ale w układach SMPS napięcie przy wyłączeniu tranzystora bipolarnego z Ube<0 czyli w warunkach RBSOA jest chwilowo większe od Uceo ! Nie wiadomo jak to uwzględnić !
Wraz z rozdzielczością mikroelektronicznego procesu fotolitograficznego rośnie jego technologiczne wyrafinowanie i komplikacja procesu produkcji.
Polska produkując tylko straszliwie prymitywne tranzystory germanowe kupiła wpierw linie do produkcji tranzystorów planarnych KT315 ( =BFP519 ale w innej obudowie ) w ZSRR a następnie już wtedy przestarzałą linie na tranzystory krzemowe BC,BD,BDY i BF i układy scalone od francuskiej firmy Cosem. Rozwój polskiej mikroelektroniki zakończył się w 1977 roku gdy zabrakło dewiz na zakupy technologii na Zachodzie. Wraz z zakupem od RCA fabryki kineskopów kolorowych od RCA w Piasecznie, zaczęło się kupowanie chipów diod, tranzystorów i szybkich tyrystorów do H-Out, które tylko w Polsce są obudowywane i nawet to czasem wadliwie !
Największe napięcie Uceo = 140 V ma licencyjny tranzystor mocy Mesa BDY25 (23 i 24 to słabsze egzemplarze po selekcji o mniejszym Uceo ) choć oryginalna francuska linia ma jeszcze kolejne typy BDY26,27 i 28 o coraz większym Uceo. Tranzystory te raczej nie mają pasywacji i użycie obudowy plastikowej TO220 lub TOP3 jest niemożliwe.
Proces produkcji mikroelektroniki cechuje kluczowy uzysk sprawnych struktur. Rzekomo uzysk w produkcji w Japonii najpojemniejszych pamięci DRAM dochodzi do 80 % co jest wartością trudną do uwierzenia. W Korei przekracza on 50% w USA 30 %. W Europie Zachodniej takie pamięci nie są w ogóle produkowane a tylko starsze typy o dużo mniejszej pojemności. Rzekomo w ZSRR i NRD uzysk pojemnych pamięci nie przekracza 1% i produkcja jest prowadzona tylko z powodu embarga USA ! Zatem rynek pamięci jest zmonopolizowany przez koncerny Japonii i dołączyła do nich Korea.
Stała materiałowa dla krzemu wyznacza nieprzekraczalny fizycznie iloczyn Ft x Uceo dla tranzystora bipolarnego. Tranzystory wysokonapięciowe są bardzo daleko od tej granicy i szybkość ich mocno wzrośnie. Parametry rośną skutkiem zastosowania procesu o większej rozdzielczości czyli drobniejszych kształtów B i E.
Wysokonapięciowe tranzystory japońskie do SMPS i H-Out już obecnie są znacznie szybsze niż typy europejskie.
Jest dużo potencjalnych sensownych zastosowań AI. Mogła by ona na przykład kontrolować wypowiedzi polityków w różnych sytuacjach.
OdpowiedzUsuńLepiej aby AI mówiła zamiast polityków.
Nowa polska klasa średnia wyrosła głównie wokół pieniędzy i długów rządowych i samorządowych oraz dotacji unijnych.
OdpowiedzUsuńZamiast wysokiej technologi jest wysoka korupcja !
To Janusze tez ssą państwo jak PIS ? Żodyn sie nie spodziewoł.
Można ochujeć…
OdpowiedzUsuń