83822 Image82 (5)

Pod lupą

przeciążone elementy potrafią pracować długo i bez awarii. To po co jest katalog? Dlaczego tak jest?

Dlatego, że w elektronice nie ma ostrych granic, natomiast jednym z najgroźniejszych wrogów elementów elektronicznych jest temperatura, a dla półprzewodników konkretnie temperatura złącza (struktur półprzewodniko wych). Temperatura złącza wzrasta pod wpływem płynącego prądu. Katalogowe parametry są tak określone, żeby w najmniej niekorzystnych warunkach ciągłej pracy (prąd, napięcie, temperatura) uzyskać żywotność elementu rzędu stu tysięcy do kilku milionów godzin pracy, zależnie od przeznaczenia elementu i sposobu produkcji.

Podawana maksymalna temperatura złącza + 150°C też nie jest jakąś ostrą granicą po prostu w tej temperaturze, przy maksymalnym obciążeniu, przeciętny czas życia (awaryjność) będą na określonym poziomie. Przy wzroście temperatury powyżej tej granicy średni czas życia elementów będzie gwałtownie się zmniejszał (zależność wykładnicza). Natomiast w łagodniejszych warunkach pracy (niska temperatura złącza) awaryjność będzie znikoma. W takich łagodnych warunkach też sporadycznie będą się zdarzać uszkodzenia, jednak z tak znikomym prawdopodobieństwem, że śmiało można mówić o braku awarii. Rysunek 17 daje wyobrażenie, jak bardzo temperatura wpływa na nieza wodność elementów. Należy pamiętać, że nie chodzi o temperaturę otoczenia, tylko o temperaturę struktury półprzewodnikowej.

Wykres ten nie dotyczy pojedynczych elementów, tylko pokazuje średni czas pracy do uszkodzenia - MTTF (mean time to failure). Wchodzi w grę statystyka i prawdopodobieństwo: z wielkiej liczby elementów pracują cych w warunkach granicznych, wyznaczonych w katalogu, po określonym długim cza sie uszkodzeniu ulegnie określony procent tak narażonej całości. I właśnie dlatego zdarza się, że mimo gwałtownego wzrostu średniej liczby uszkodzeń, jakiś konkretny egzemplarz, nawet silnie przeciążony, pracuje nadspodziewanie dobrze.

Najwyższe wymagania stawia się elementom do zastosowań militarnych, kosmicznych, lotniczych, niższe - do zastosowań przemysłowych, najniższe - do sprzętu powszechnego użytku. Ale nigdy nie ma gwarancji, tylko określa się prawdopodobieństwo awarii. Nie sposób określić, które egzemplarze się uszkodzą i kiedy, ponieważ jest to proces losowy, statystyczny.

Powyższe informacje absolutnie nie są zachętą do przekraczania parametrów katalogowych Wprost przeciwnie o ile to możliwe, nie należy pracować przy skrajnych wartościach temperatury, prądów i napięć, a wtedy można uznać, że awaryjność elementów półprzewodnikowych jest pomijal-nie mała.

Katalogi pod lupą

Interesujące mogą też być charakterystyki z rysunku 18, pokazujące, jak prąd wsteczny zmienia się pod wpływem temperatury i napięcia wstecznego. O ile spokojnie pomijamy prąd wsteczny w temperaturze pokojowej, o tyle w temperaturze złącza bliskiej +150^UC prąd ten będzie wielokrotnie większy, co trzeba uwzględnić w niektórych zastosowaniach.

Poszczególni producenci rozmaicie prezentują analogiczne informacje. Nie jest to wadą - porównanie kart kilku producentów jest pożyteczne i pozwoli znaleźć dodatkowe informacje, które bywają podane inaczej (np. w sposób uproszczony). Przykładem jest rysunek I9a, pokazujący w klasyczny 3posób charakterystykę przejściową diod lN400x i dodatkowo pokazujący, jak napięcie przewodzenia zmniejsza się pod wpływem temperatury. W karcie innej firmy można znaleźć analogiczna charakterystykę przejściową, ale dla jednej temperatury, gdzie prąd zaznaczony jest w skali logarytmicznej - patrz rysunek 19b.

Temperatura złącza wyznacza niezawodność elementu, a także pośrednio

JUNCTION TEMPERATURĘ, T](°C) Temperatura złącza

Rys. 17

Rys. 18

Napięcie wsteczno [procent wartości nominalnej]

a)

Rys. 19

0    0.6    1    1,5    2

V_F M

V_F M

28

Luty 2006

Elektronika dla Wszystkich