2.1.6. Две отрицательные обратные связи в математической модели вольт-амперной характеристики анодного тока электровакуумного диода с вольфрамовым катодом.
Вольт-амперная ( и кельвин-амперная ) характеристика анодного тока электровакуумного диода с вольфрамовым катодом описывается следующим эмиссионным уравнением:
Ia = exp ( KT ∙ ( T ∙ UD - ( T - TF ) ∙ (Ua - UB) ) ) (2.1.5.,05);
TF = (Ln ( Ia) +27,325 ) / 1.047∙10-2 ;
UB = ( Ia / 9,215∙10-5) 2/3 ;
Это уравнение с двумя переменными. Согласно теории обратных связей (1.1.12.2.) в уравнении (2.1.5.,05) имеется две отрицатель -ные обратные связи.
Первая ООС – тепловая, она определяется температурным напором:
( T - TF )
Так, как
TF = (Ln ( Ia) +27,325 ) / 1,047∙10-2 ,
то здесь имеется ООС по току.
Вторая ООС – электрическая, она определяется разностью напряжений:
(Ua - UB)
Так, как
UB = ( Ia / 9,215∙10-5) 2/3 ,
то здесь также имеется ООС по току.
Итак, была создана математическая модель, для анодного тока вакуумного диода с вольфрамовым катодом, которая объединила в себе и «закон 3/2» и закон о токе насыщения.
Рассмотрим чём различие между старой теорией о токе вакуумного диода и новой.
Старая физика объясняла термоэлектронную эмиссию хаотичным движением электронов, покидающих кристаллическую решётку катода в результате теплового воздействия колеблющейся этой решётки.
Электроны, получив тепловой импульс, выходили в вакуум и становились носителями электрического тока. Раз есть носители тока, значит, вакуум становился проводимым. При подаче обратного анодного напряжения электроны входили в катод и носители в вакууме исчезали. Потому обратного тока у вакуумного диода нет или он очень мал. Вакуум становился непроводящим, каким и должен быть в своей основе.
При прямом анодном токе количество носителей (концентрация) тока в вакууме определялась температурой катода. И поэтому, при увеличении анодного напряжения, ток возрастал, но постепенно достигал некой стабильной величины. Это был ток насыщения. Далее, при увеличении напряжения анода, ток насыщения не увеличивался. Для увеличения этого тока, следовало увеличить температуру катода. Таким образом, существовала функция между температурой катода и анодным током насыщения. В данной модели эта функция определяется формулами: (2.1.4.,01) и (2.1.4.,02). В современной, существующей физике в разделе о термоэлектронной эмиссии существует уравнение Ричардсона- Дэшмана, выведенное на основе квантовой механики. Про него нельзя сказать, что оно приводит к неверному результату, как это было с уравнением Шокли, но тем не менее оно ошибочно по другой причине. Причина проста: задача была решена неверно.
Сегодня в физике существуют следующие экспоненциальные процессы:
1. Закон остывания тела: закон Ньютона-Рихмана.
2. Закон о разряде конденсатора через резистор.
3. Закон об убывании тока в катушке, замкнутой на резистор.
4. Уравнение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.
5. Закон о насыщении тока у вакуумного диода.
Все эти законы, в своей основе, имеют общую базу для вывода этих законов. Основное правило Вселенной: во Вселенной существуют силы, которые стремятся уравнять все отклонения (флуктуации) основных потенциалов. Поэтому объяснение работы вакуумного диода в новой физике будет иным.
Электроны в вакууме обладают тепловым потенциалом – температурой.
В вакуумном диоде для электронов существует три среды: катод, вакуум и анод. В каждой среде для электронов существует свой температурный потенциал – своя температура. Для катода - это температура катода. Для анода – это температура анода. Для вакуума – температура среды определяется анодным током электронов и равна TF . Это, известная нам, температура насыщения.
Законы движения электронов в вакууме:
1. электрон движется при воздействии электрического напряжения – разности электрических потенциалов.
2. электрон движется от горячего тела к холодному, так как является носителем тепловой энергии при теплопередаче.
То есть в диоде электроны находятся под воздействием двух потенциальных систем: электрической и тепловой.
Отсюда и вытекает разгадка существования температуры насыщения. Предположим, мы постепенно увеличиваем напряжение анода и следим за изменением анодного тока. Вначале вольт-амперной характеристики, напряжение на аноде не велико и электрон в вакууме движется с небольшой скоростью. А эта скорость определяет температурный потенциал электронов в вакууме - TF .
Складывается следующее распределение температурных потенциалов:
Самый высокий температурный потенциал – катод.
Средний температурный потенциал – вакуум.
Низкий температурный потенциал – анод.
Пока такие потенциалы имеются, электрон еще может увеличить свою скорость при увеличении анодного напряжения. Постепенно увеличиваем напряжение на аноде и наступает момент, когда температурный потенциал вакуума начинает приближаться к температурному потенциалу катода. Повысив свою скорость электрон «разогреет» вакуум, и электроны, находящиеся в вакууме устремятся к катоду – чтобы отдать ему излишек тепловой энергии, то есть происходит торможение потока электронов «силами теплопередачи». Таким способом осуществляется ООС по тепловому каналу.
Односторонняя проводимость в вакуумном диоде объясняется тем, что электроны холодного анода не могут двигаться к горячему катоду даже при высоком обратном напряжении – им это не позволяют делать «силы теплопередачи».
Итак, в новой физике появились некие «уравнивающие силы теплопередачи». Как мы уже объясняли, эти силы обусловлены тем, что существует закон Вселенной об уравнивании основных потенциалов. В диоде есть электрические потенциалы, тепловые, и согласно этим потенциалам, идёт процесс уравнивания энергий. Электрон является тепловым энергоносителем, потому тепловые потенциалы могут управлять электрическим током. В основном, это и определяет принцип электронного управления. В дальнейшем рассмотрим процессы в диоде более подробно.