¿Con qué corrientes eléctricas manejas?

Answer 1

Principalmente trabajo con semiconductores, específicamente transistores, termoeléctricos y células solares. Me adheriré a los transistores y las células solares porque los termoeléctricos tienen básicamente la misma densidad de corriente que los MOSFET.

Los transistores basados ​​en silicio son ubicuos y un buen lugar para comenzar. El transistor de unión bipolar es bueno para comenzar. Es un dispositivo portador minoritario (no es importante conocerlo en este caso, pero es importante para clasificar los dispositivos semiconductores), pero básicamente eso significa que la densidad de corriente es bastante baja. En silicio a voltajes de operación típicos (~ 0.7V) las densidades de corriente son alrededor de 100mA / cm ^ 2. Actualmente trabajo en solar. Las células solares usan el mismo principio básico, pero generalmente funcionan a voltajes más bajos y funcionan a alrededor de 50 mA / cm ^ 2. Esto varía de un material a otro, pero es del mismo orden para todas las celdas decentes.

Los dispositivos portadores mayoritarios, como el famoso MOSFET, tienen densidades de corriente mucho más altas. El MOSFET es una de las creaciones más importantes de todos los tiempos y permite que su teléfono inteligente y computadora funcionen; serían imposibles de crear en los niveles de rendimiento que tenemos hoy sin él. De todos modos, los MOSFET en funcionamiento fluyen corriente básicamente como un metal con una resistencia muy alta. El semiconductor puede funcionar a altas temperaturas ya que no sufre electromigración como los metales y solo está limitado por la temperatura, lo que puede arruinar las propiedades eléctricas del material semiconductor base. Por lo general, tienen densidades de corriente operativas de 10 ^ 7mA / cm ^ 2, o la friolera de 5 órdenes de magnitud que un BJT. El único dispositivo comúnmente utilizado que funciona a densidades de corriente más altas son los superconductores (que, contrariamente a la creencia popular, tienen una densidad de corriente máxima). Por ejemplo, la mayoría de los cables metálicos macroscópicos funcionan a no más de 10 ^ 4 mA / cm ^ 2 debido al calentamiento descontrolado de julios.

El último material con el que trabajo comúnmente son películas finas de metal utilizadas para interconexiones en circuitos integrados. Estos tienen altas densidades de corriente, alrededor de 10 ^ 5-10 ^ 6mA / cm ^ 2 dependiendo de la aleación utilizada (menor para Al-4% si o tungsteno y otros metales refractarios, mayor para cobre). Un valor superior al de cualquier metal dúctil como Al o Cu y la electromigración se convierte en un problema y puede conducir fácilmente a una falla catastrófica del dispositivo.

Answer 2

La mayoría de las veces cuando trabajo con requisitos de electricidad inusuales es para alimentar la cerámica piezoeléctrica para crear ondas ultrasónicas.

Principalmente, trabajo con fuentes de alimentación que proporcionan corriente a la frecuencia requerida (rango de 10kHz a 60kHz, generalmente). Las fuentes de alimentación funcionan con energía “estándar” que en mi laboratorio varía entre monofásico de 120 VCA (13 amperios), monofásico o trifásico de 240 VCA (14 o 20 o 30 amperios) o 400 VCA (fabricante europeo). Algunos de mis equipos requieren múltiples tipos de energía “estándar”, solo por diversión.

Esta energía entra en una caja y sale como corriente DC o AC operando a la frecuencia que necesito. Solo para hacerlo un poco más complicado, la corriente o el voltaje generalmente se ajustan en función de un circuito de retroalimentación para mantener la frecuencia deseada a medida que se aplican cargas variables a la cerámica piezoeléctrica (cuya carga hace que la cerámica piezoeléctrica emita un señal).

Y, dependiendo de si se usa la corriente o el voltaje para hacer este ajuste, tiene un efecto significativo en la potencia requerida. También tenemos una fuente de alimentación especial que puede producir 10,000 W de potencia a una frecuencia ajustable en el rango de 15-40 kHz. Ese es más grande y mayor que yo.

Answer 3

Trabajo en diodos láser semiconductores. Considero que la densidad de corriente es una información más valiosa, con mucha más información física que simples corrientes. Por ejemplo, podría hacer un LED con un área de [matemática] 1 km ^ 2 [/ matemática] e impulsar enormes corrientes a través de él, pero eso no me dice mucho sobre la física del dispositivo. La densidad actual puede revelar mucho más. Sin embargo, esto es quizás más relevante solo para semiconductores.

De todos modos, los diodos láser y los LED fabricados con materiales III-N (utilizados para LED azules y fuentes de luz blanca, donde la luz azul excita un fósforo que emite la luz blanca en la iluminación LED) generalmente funcionan a densidades de corriente entre [matemáticas] 3–20 kA / cm ^ 2 [/ math] [math], [/ math] mientras que los LED normalmente funcionan en [math] ~ 0.1-0.2 kA / cm ^ 2 [/ math]. Los LED [matemáticos] [/ matemáticos] basados ​​en III-N funcionan a densidades de corriente más bajas debido al fenómeno de caída de eficiencia, donde la eficiencia cuántica cae con el aumento de la densidad de corriente, debido a la fuga de portadores fuera de los pozos cuánticos.

Los LED tienen un área más grande y, por lo tanto, funcionan a corrientes de cientos de mA, los diodos láser son de dos tipos: VCSEL y diodos láser de emisión de borde.

Los VCSEL tienen un área más pequeña y, por lo tanto, operan a corrientes <10 mA, mientras que los emisores de borde operan a aproximadamente 0.5 A debido a áreas mucho más grandes.

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Actualmente (perdón por el juego de palabras), en su mayoría pequeñas corrientes. Diseño la mayoría de las veces un equipo de telemetría alimentado por batería que mantiene las corrientes de todo el sistema por debajo de un microamperio, pero también requiere pulsos de 2 amperios para el soporte de comunicación.

Los trabajos de diseño anteriores incluían fuentes de alimentación de 20kV @ 2A y 40kV @ 1A para láseres de vapor de metal; fuentes de alimentación conmutables de alta estabilidad para pruebas de CI (1V8, 2V5, 3V3, 5V0 @ 1A); mucho trabajo de diseño lineal y digital, que era de baja corriente; la mayor parte del esfuerzo de diseño consistía en “proteger a los estudiantes” de los sistemas; sistemas de control para aparatos mecatrónicos (típicamente unos pocos amperios a bajos voltios); etc.

Answer 5

Utilizo corrientes muy altas para convencer a los átomos de que se reorganicen para producir nuevos materiales. Estoy en el extremo superior del espectro de densidades actuales. Utilizo voltajes bajos (<50 V) y corrientes altas (> 10 kA) para procesar polvos y consolidar / sinterizar materiales en objetos densos, estructuralmente sólidos y listos para operar.

Trato, casi todos los días, con valores de densidades de corriente de 0,1 a más de 2 [matemáticas] kA / mm ^ {2} [/ matemáticas]. El proceso / máquina que utilizo produce un pulso único de corriente generado con un banco de condensadores precargado conectado a unos pocos transformadores reductores (puede ver las placas de cobre conectadas a ellos en los lados de la imagen).

El resultado es que puedo sinterizar un objeto en menos de un segundo, a la misma velocidad que una prensa de polvo tradicional, pero sin el horno.

Answer 6

Construyo instrumentos electrónicos que van a ubicaciones remotas y hacen mediciones desde diferentes tipos de sensores eléctricos y ópticos. En general, tenemos varias versiones empaquetadas para su uso en un estante en una pequeña choza acondicionada, pero también reempaquetadas para su uso en una caja hermética en condiciones remotas de calor / frío.

Por lo tanto, el consumo de energía suele ser una consideración. Algunos instrumentos usan tanto como 50W, pero trato de mantenerlo como máximo 20W-25W, o menos.

Utilizamos 120 o 240 fuentes de alimentación y, a veces, 24 VCC proporcionadas por el cliente.

Por lo tanto, los picos de alimentación de la red rara vez superan 1 AmpAC, la alimentación de CC generalmente se ejecuta en 4A a 5V o 1 A a 24V. No mucho. La desnudez actual no es lo suficientemente alta. Me molesto en calcularla, generalmente uso cables de 20Ga-14Ga para la distribución de energía para mantener bajas las caídas de voltaje entre el PS y la placa posterior / placa principal del instrumento a unas pocas decenas de mV, máx.

Answer 7

ninguno realmente, a menos que cuentes mi trabajo, que a veces involucra cargadores para baterías eléctricas de 3000 lb, por ejemplo, 500 A o menos, 36 V CC

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