- •Новая физика электронных приборов. Владивосток
- •Общая характеристика работы
- •1. Возникновение задачи. Исследование полупроводнико-вого диода.
- •1.1. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода при прямом токе.
- •1.1.1. Теория, которая существует сегодня в физике полупровод -ников.
- •1.1.2. Методы измерения вольт-амперных характеристик прямого тока полупроводниковых диодов.
- •1.1.2.1. Основной принцип измерения вах прямого тока
- •1.1.2.2. Применение регулируемого источника напряжения при измерении вах прямого тока pn-перехода.
- •1.1.2.4. Применение амперметров при измерении вах прямого тока pn-перехода.
- •1.1.2.5. Измерение вах прямого тока pn-перехода с применением регулируемого источника тока (стабилизатора тока).
- •1.1.2.6. Измерение вах прямого тока pn-перехода с примене-нием ступенчатого источника тока (стабилизатора тока).
- •1.1.2.3. Схема, позволяющая расширить диапазон, измеряемых токов, при измерении вах прямого тока pn-перехода.
- •1.1.3. Графики вольт-амперных характеристик прямого тока полупроводниковых диодов. Методы наблюдения вольт-амперных характеристик прямого тока кремниевого полупроводникового диода.
- •1.1.4. Моделирование вольт-амперной характеристики прямого тока диода при помощи прямой в полулогарифмическом масштабе.
- •1.1.5. Уравнение Шокли для вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода – как прямая линия в полулогарифмическом масштабе.
- •1.1.7. Вольт-амперные характеристики прямого тока в зависимости от температуры согласно уравнению Шокли.
- •1. Графики уравнения Шокли имеют вид расширяющегося пучка прямых от точки, расположенной на оси ординат.
- •2. Более низкие температуры соответствуют более высокому току, при одном и том же Ua.
- •1.1.8. Зависимость вольт-амперных характеристик прямого тока от температуры, наблюдаемая при эксперименте. Расчёт математической модели.
- •1. Графики экспериментальных данных имеют вид сужающегося пучка прямых, при росте Ua на участке 2.
- •2. Более высокие температуры соответствуют более высокому току, при одном и том же Ua на участке 2.
- •1.1.9. Эмпирическое уравнение, заменяющее ошибочное уравнение Шокли для вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода.
- •1.1.10. Несколько математических моделей полупроводниковых диодов
- •1.1.11. Взаимосвязь коэффициентов эмиссионного уравнения и уравнения Шокли.
- •1.1.12. Теория обратных связей. Логарифмическое уравнение как уравнение системы с отрицательной обратной связью.
- •1.1.12.1. Математика процессов обратных связей. Оос. Пос.
- •1.1.12.2. Уравнение обратной связи для линейной функции. Оос.
- •1.1.12.3. Уравнение отрицательной обратной связи для экспоненциальной функции.
- •1.2. Вывод по 1-й части .
- •2. Исследование вакуумного диода.
- •2.1. Эксперимент с. Дэшмана.
- •2.1.1. Описание эксперимента с. Дэшмана.
- •2.1.2. Математическая обработка результатов эксперимента с. Дэшмана. Кривая а-а′ как тепловой процесс.
- •2.1.3. Математическая обработка результатов эксперимента с. Дэшмана. Кривая b-b′ как электрический процесс.
- •2.1.4. Тепловой и электрический – два ограничивающих друг друга процесса.
- •2.1.5. Математическая модель вольт-амперной характеристики анодного тока электровакуумного диода с вольфрамовым като -дом, построенная на основе эмиссионного уравнения.
- •2.1.6. Две отрицательные обратные связи в математической модели вольт-амперной характеристики анодного тока электровакуумного диода с вольфрамовым катодом.
- •3. Решение задачи.
- •3.1. Теория теплового заряда.
- •3.1.1. История теории теплового заряда.
- •3.1.2. Опыт, показывающий связь между электрическими и тепловыми явлениями.
- •3.1.3. Теории теплового заряда.
- •3.1.3. 1. Что такое тепловой заряд.
- •3.1.3. 2. Две теории теплового заряда.
- •3.2.1. Построение физики от энергий.
- •3.2.2. Физические законы для системы электрического и теплового зарядов.
- •3.2.2.1. Электрический ток.
- •3.2.2.2. Параметр электрического сопротивления.
- •3.2.2.3. Тепловой ток ( мощность).
- •3.2.2.4. Температура или тепловое напряжение.
- •3.2.2.5. Второе определение теплового тока.
- •3.2.2.6. Параметр теплового сопротивления.
- •3.2.2.7. Параметр тепловой ёмкости.
- •3.2.2.8. Ток энергии 4-го уровня.
- •3.2.2.9. Составной термо-электрический потенциал (стэ-потенциал).
- •3.2.2.10. Сопротивление флуктуационному току.
- •3.2.3. Блок-схема для формул основных физических законов.
- •3.2.4. Движение энергий-зарядов во времени.
- •3.3. Вывод эмиссионного уравнения из теории об иерархии зарядов-энергий.
- •3.3.1. Преобразование эмпирического уравнения вольт-амперной характеристики прямого тока для вакуумного и полупроводникового диода.
- •3.3.2. Вывод эмиссионного уравнения. (Вывод уравнения вольт-амперной характеристики прямого тока для полупроводникового диода в зависимости от температуры. )
- •3.3.3. Определение для основного закона о соотношении флуктуационного и электрического тока.
- •3.3.4. Два составных термоэлектрических потенциала в вольт-амперной характеристике прямого тока полупроводникового диода.
- •3.3.5. Вольт-амперная характеристика вакуумного диода с вольфрамовым катодом. Эксперимент с. Дэшмана.
- •3.3.6. Как работает математическая модель закона Ричардсона- Дэшмана.
- •3.3.7. Четыре составных термоэлектрических потенциала в вольт-амперной характеристики прямого тока электровакуумного диода.
- •3.3.8. Расчёт вольт-амперной характеристики прямого тока для полупроводникового диода.
- •3.3.9. Расчёт вольт-амперной характеристики прямого тока для электровакуумного диода с вольфрамовым катодом.
- •3.3.10. О правильности применения экспоненциальной функции.
- •3.3.11. Вывод по 3-й части .
- •4. Новая физика электронных приборов.
- •4.1. Термоэлектроника.
- •4.1.1. Определение термоэлектроники.
- •Термоэлектроника, дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.
- •Термоэлектроника, дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.
- •4.1.2. Закон Видемана-Франца.
- •4.1.3. Модель атома, допускающая передачу тепла посредством электронов.
- •4.1.4. Термоэлектронная эмиссия.
- •4.1.5. Термопары.
- •4.1.6. Полупроводниковые диоды.
- •4.1.7. Транзисторы.
- •4.1.8. Электровакуумный диод.
- •4.1.9. Двухэлементные генераторы термо-эдс.
- •4.1.10. Элементы Пельтье. Трёхэлементный генератор температурного напора.
- •4.1.11. Термоэлектроника – основа для объяснения электронного управления, и принципа работы электронных приборов.
- •4.2. Принцип работы полупроводникового диода.
- •4.2.1. О теплопередаче.
- •4.2.2. Электрический процесс.
- •4.2.4. Контакт двух различных металлов - проводников.
- •4.2.5. Контакт полупроводников.
- •4.2.6. Контакт изоляторов.
- •4.3. Кристаллический детектор.
- •4.3.1. История кристаллических детекторов.
- •4.3.2. Объяснение работы кристаллического детектора теорией эдп.
- •4.3.3. Объяснение работы кристаллического детектора теорией термо-электронной эмиссии.
- •4.4. Опыт Хейнса — Шокли с точки зрения термоэлектрической теории.
- •4.4.1. Описание опыта Хейнса — Шокли.
- •4.4.2. Термоэлектрические свойства германия.
- •4.4.3. Опыт Хейнса — Шокли с позиции термоэлектроники.
- •4.4.4. Опыт Хейнса — Шокли с позиции термоэлектроники. Дырочная теория Шокли заменяет собой термоэлектрические явления.
- •4.5. Принцип работы транзистора в схеме с общей базой и в схеме с общим эмиттером.
- •4.5.1. Принцип работы транзистора. Схема с общей базой .
- •4.5.2. Принцип работы транзистора. Схема с общим эмиттером.
- •4.6. Физическое явление – гроза.
- •4.6.1. Тепловой процесс.
- •4.6.1.1. Что такое термодинамическая система. Основной закон Вселенной.
- •4.6.1.2. Вложенность термодинамических систем.
- •4.6.1.3. Что такое нагретое тело.
- •4.6.1.4. Что такое холодное тело.
- •4.6.1.5. Что такое источник тепла.
- •4.6.1.6. Как взаимодействует источник тепла с нагретым телом.
- •4.6.1.7. Способы теплопередачи.
- •4.6.1.8. Что такое температура.
- •4.6.1.9. Климат планеты Земля. Два источника тепла планеты Земля.
- •4.6.1.10. Что такое тепловой диполь и тепловой конденсатор.
- •4.6.2. Электрический процесс.
- •4.6.2.1. Электрические атмосферные наблюдения.
- •4.6.2.2. Теплопередача и термоэлектронная эмиссия.
- •4.6.3. Гипотеза о термоэлектрическом принципе действия грозы.
- •5. Математическое моделирование в электронике.
- •5.1. Физика и математика.
- •5.1.1. Физика.
- •5.1.2. Ошибки современной физики.
- •5.1.3.Ошибки теории.
- •5.1.4. Новые приоритеты, как путь к развитию физики.
- •5.2.3. Двухмерный процессовый переход. Общее уравнение для функции процессового перехода. Внешняя функция процессового перехода.
- •5.2.4. Внешняя степенная функция процессового перехода. Показатель степени как регулятор кривизны переходного участка.
- •5.2.5. Внешняя степенная функция процессового перехода по принципу результирующей минимизации.
- •5.2.6. Внешняя степенная функция процессового перехода по принципу результирующей максимизации.
- •5.2.7. Задача о мини-максимизации и макси-минимизации.
- •5.2.8. Математика процессового перехода. Асимптоты.
- •5.3. Общий случай обратной связи. Присутствие отрицательной обратной связи в функции процессового перехода.
- •5.3.1. Уравнение обратной связи для степенной функции. Оос.
- •5.3.2. Общий случай обратных связей.
- •5.3.2.1. Mатематическое определение обратных связей.
- •5.3.2.2. Доказательство эквивалентности системы с оос как системы с переходом процессов.
- •5.4. Внешняя экспоненциальная функция процессового перехода..
- •5.4.1. Внешняя экспоненциальная функция процессового перехода. Зависимость кривизны участка перехода от масштабов функций.
- •5.5. Математическое моделирование процессов в электронных приборах.
- •5.5.1. Математическая модель процессового перехода с внешней степенной функцией для вольт-амперной характеристики вакуумного диода с вольфрамовым катодом.
- •5.5.2. Особенности математической модели процессового перехода с внешним логарифмическим уравнением называемым «эмиссионным уравнением».
- •5.5.3. Математическая модель процессового перехода с внешним логарифмическим уравнением называемым «эмиссионным уравнением», для вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода.
- •5.5.5. Примеры моделирования результирующей функции, для двух процессов, ограничивающих рост друг друга при эмиссионном уравнении, в качестве внешней функции.
- •5.6. Основы математического моделирования вольт-амперных характеристик биполярного транзистора.
- •5.6.1 Четыре основные вольт-амперные характеристики прямого тока для p-n переходов биполярного транзистора.
- •5.6.2. Условия измерений и математические модели вольт-амперных характеристик прямого тока для p-n переходов.
- •5.6.3. Способы наблюдения вольт-амперных характеристик прямого тока для pn-переходов .
- •5.6.4. Уравнение вольт-амперной характеристики pn-перехода.
- •5.6.5. Эмиссионное уравнение для прямого тока p-n перехода.
- •5.6.6. Моделирование функции fbe0 при помощи эмиссионного уравнения.
- •5.6.7. Моделирование функции fbe1 при помощи эмиссионного уравнения.
- •5.6.8. Моделирование функции fbk0 при помощи эмиссионного уравнения.
- •5.6.9. Моделирование функции fbk1 при помощи эмиссионного уравнения.
- •5.6.10. Инжекционный ток, как тепловой ток.
- •5.6.11. Особенности математического моделирования вольт-амперных характеристик биполярного транзистора.
- •5.6.12. Эмиссионное смещение как переход процессов.
- •5.6.14. Вывод по 5-й части.
- •16 Января 2014 г.
- •Графики вольт-амперных характеристик прямого тока полупроводниковых диодов.
- •1. Релаксация тепловой энергии нагретого тела.
- •1.1. Вывод закона Ньютона-Рихмана на основе закона Фурье.
- •1.2. Вывод закона Ньютона-Рихмана на основе теории зарядов-энергий.
- •1. Релаксация электрической энергии при разряде конденсатора на резистор.
- •1.1. Вывод закона релаксации электрической энергии при разряде конденсатора на резистор.
- •§ 74. Конденсатор в цепи с сопротивлением
- •1.2. Вывод закона релаксации электрической энергии, при разряде конденсатора на резистор, на основе теории Зарядов-Энергий.
- •1. Релаксация магнитной энергии в катушке индуктивности.
- •1.1. Вывод закона релаксации магнитной энергии в катушке индуктивности.
- •§ 95. Исчезновение и установление тока
- •1.2. Вывод закона релаксации магнитной энергии в катушке индуктивности на основе теории Зарядов-Энергий.
- •1. Математика пучка прямых.
- •1. Изотоковые характеристики.
- •1.1. Управление эмиссионной способностью.
- •1.2 Изотоковые характеристики в эксперименте с. Дэшмана.
- •1.3. Термоэлектронная эмиссия p-n перехода при протекании прямого тока в кремниевом диоде кд213а.
- •1.4. Изотоковые характеристики полупроводникового кремниевого диода кд213а.
- •1.4. Вывод.
- •1.1. Реостатный принцип усиления. Влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение.
3.2.4. Движение энергий-зарядов во времени.
Отношение каждой энергии (в иерархии) ко времени даёт такую характеристику, как ток соответствующей энергии. Это можно выразить в виде первой производной от времени. Также в физике имеются «ускорения» энергий, или вторые производные от времени. На рисунке 3.7. приведены соответствующие производные.
На рисунке 3.7. видно, что частота – это ускорение для энергии эфира (энергии 1-го уровня.) Также можно обнаружить, что процесс электромагнитной индукции - это процесс ускорения для электрической энергии (энергии 2-го уровня).
На рис. 3.7. можно заметить, что для эфирного тока первая производная по времени равна 1. Это значит, что энергия уровня 1 имеет локализацию во времени, а эфир движется вне времени.
Движущийся вне времени эфир – характеризуется магнитным полем. Магнитное поле всегда сопутствует некоторым объектам из атомов, движущимся заряженным частицам атомов.
Рис.
3.7. Движение Зарядов-Энергий во времени.
Дадим определение: псевдо–движение – это явление, когда некоторая среда отображает потоки движения, сами же эти потоки не движутся, а значит, обладают твёрдостью.
Про магнитное поле можно сказать, что оно соответствует эфиру всегда находящемуся в состоянии псевдо-движения. Эфир твёрд, но способен изменять форму потоков с предельной скоростью – со скоростью света. Знакомый нам свет – это эфирные (электромагнитные волны), которые возникают при колебаниях в эфире, когда энергия эфира в процессе колебаний преобразуется то в магнитную форму, когда энергия локализована во времени, то в электрическую форму, когда энергия локализована в пространстве.
И потому эфир – это пространственно-временная среда, способная локализовать свою энергию или в пространстве или во времени. При колебательном процессе эфир локализует свою энергию и в пространстве и во времени, что соответствует электромагнитным волнам, что соответствует тепловому полю.
3.2.5.
Механическая система энергий. Механический
эквивалент тепла.
В физике параллельно существуют две
энергетические иерархии: тепловая и
механическая (см. главу 3.2.1.) . Так,
например, изучая колебания в контуре
из катушки и конденсатора, можно
обнаружить механическую аналогию
процесса колебаний.
Если аналогию
рассмотрим детально, то получим следующую
схему:
Рис.
3.8. Механическая иерархия энергий.
Так, как мы уже знакомы с «тепловой» иерархией энергий, то теперь мы можем поискать энергетические признаки в «механической» иерархии энергий. Первый вопрос: существуют ли процессы релаксации – процессы, когда энергия уходит в окружающую среду. Сразу выясняем, что у Скорости есть такой процесс «трение», который может быть релаксацией, если Скорость при торможении убывает во времени по экспоненте. К сожалению, этот процесс нигде не изучался. А про трение утверждают что: трение – это сила. Сам закон об инерциальном движении должен звучать так:
Тело движется равномерно и прямолинейно, если нет препятствия среды (трения) к движению. При воздействии трения, Скорость должна экспоненциально убывать во времени в процессе релаксации. Второй вопрос: существует ли у энергии 2-го уровня (координаты) поле? Очевидно, для сложного механического движения, такого как поток воды, например, можно составить полевую схему. Для потенциала второго уровня Силы процесс релаксации – это изменение Силы во времени при отдаче окружающей среде энергии координаты (энергии №2). Существует ли у энергии 3-го уровня (механической энергии) поле? Возможно ли его связать с деформацией? Пока у механической энергетической системы вопросов больше чем ответов. Первое, что можно заметить – это тот факт, что в основании тепловой и механической иерархии лежит энергия уровня №1 - время. Но в тепловой иерархии потоки проходят через площадку… В механической иерархии энергия суммируется по пройденному расстоянию. Механическая иерархия энергий описывает движение тел, состоящих из атомов. Тепловая иерархия энергий описывает энергию, локализованную в среде. Механическая иерархия в своём составе имеет механическую силу, гравитационную силу и массу. Тепловая иерархия в своём составе имеет силы: кулоновского магнитного взаимодействия, кулоновского электрического взаимодействия, тепловые силы в виде разницы давлений. Тепловая иерархия в массе не нуждается. В тепловой иерархии есть физическая величина подобная массе (и располагается во втором уровне) – это индуктивность. У той и у другой иерархии есть выход на потенциалы. И если не знать принципа, по которому энергии преобразуются друг в друга (а тем самым реализуется закон сохранения энергии 4 уровня… ), то возникает идея всю энергию надо приводить к виду Энергии №3 тепловой иерархии. А значит, нужен механический эквивалент тепла. Из истории физики: начиная с 1843 года Джоуль ищет подтверждение принципа сохранения энергии и пытается вычислить механический эквивалент тепла. В работах 1847—1850 годов даёт ещё более точный механический эквивалент тепла. Так что же создаёт Джоуль?
На рис. 3.9. изображена блок – схема показывающая связь механической и тепловой иерархий энергий через механический эквивалент тепла Джеймса Прескотта Джоуля.
Джоулев механический эквивалент тепла создаёт в физике полную путаницу. Так, например, движущийся заряд, который мог бы отображать временной заряд (движение эфира) и его электрическую энергию, оказывается, ещё обладает механической энергией.
Но это ведь и закономерно, ведь электрон обладает массой, а значит, он попадает и в механическую иерархию энергии.
Рис. 3.9. Отображение Джоулева механико-теплового эквивалента.
Обмен энергиями может идти через потенциалы (и через силы). Рассмотрим как это происходит. 3.2.6. Закон сохранения и преобразования зарядов-энергий. Интегральный и дифференциальный процессы. Каждая энергия-заряд обладает свойством сложения. Вся схема представляет собой передатчик энергии, приёмник энергии и канал связи. Передача энергии происходит на более высоком уровне иерархии. Например, если в процессе передачи энергии участвуют магнитная (1-й уровень) и электрическая энергия (2-й уровень), то передача энергии осуществляется на 3-м уровне на уровне тепловой энергии. Если при передаче энергии существуют: токовый потенциал, электрический и температурный напор, то передача энергии осуществляется на 4-м уровне энергии (на уравнивающем уровне энергии). В этом кроется секрет всех термо-магнито-электрических эффектов. Процесс преобразования энергий разбивается на дифференцирующий (суммарный поток энергии более высокого уровня), затем, интегрирующий – процесс накопления, затем выход энергии идёт через дифференцирующий процесс (потоки энергий более низких уровней в виде разностей соответствующих потенциалов ).
Схема
преобразователя энергий (он же –
устройство для сохранения энергии 4-го
уровня) приведена на рисунке 3.10.
Рис.
3.10. Схема преобразования и сохранения
энергии.
Создавая электронные устройства, например блоки питания, мы заботимся о получении высокого КПД. При проектировании, мы создаём условия для флуктационного тока, в котором большую часть энергии направляем по нужному каналу, например, повышая частоту (магнитный канал) или повышая напряжение импульсов (электрический канал). Такими способами можно повысить КПД. Но так, как в блоках питания стоят вентиляторы, это значит, что имеются потери по тепловому каналу энергии. Блок схема на рис. 3.10. показывает, что энергия от передатчика поступает в виде 3-х разностей потенциалов. Процентная доля их различна. Все вместе они составляют флуктационный ток. Тут следует отметить, что величина флуктуационного тока (поток энергии уровня №4) вычисляется:
Это значит: здесь процесс перемножения, только не энергий, а потенциалов. Затем в интеграторе, своеобразном конденсаторе энергий, энергия 4-го уровня может накопиться. И наконец, наблюдать энергию 4-го уровня мы сможем, когда она поступит на выход в приёмник в виде 3-х разностей потенциалов. Для этого в схеме стоит второй блок, формирующий поток энергии уровня №4, который преобразуется в три разности потенциалов- ΔI2, ΔU2, ΔT2, При этом соотношения между ΔI1, ΔU1, ΔT1 и ΔI2, ΔU2, ΔT2 будут различными. А дальше, возможны потери энергии, если какая–либо разность потенциалов будет участвовать в процессе релаксации. Следует отметить, что вход и выход энергий осуществляется в виде потока. Энергия, накопленная в блоке «накопитель» сама по себе не имеет смысла. В реальности невозможно построить идеальный интегратор, (идеальный термос или ещё что-то…) который не обладает утечками и может накапливать энергии бесконечно долго. Когда разности потенциалов в интеграторе (а это: токовые, электрические, температурные) превышают предел, происходит пробой. Примером такого интегратора может служить грозовая туча, которая получает температурный напор в виде тепла от планеты Земля и холода из космоса.
После накопления тепловой энергии, происходит преобразование её в электрическую энергию. Затем электрическая энергия преобразуется в ток, который представляет собой пробой воздушной среды в виде молнии. Накопление энергии в интеграторе бывает иногда очень опасным процессом. Такого явления избегают, например, при эксплуатации АЭС. Закон сохранения энергии в масштабах Солнечной Системы не работает. Энергия к планете Земля приходит извне в виде гравитационного взаимодействия с Солнцем, в результате чего, токи Фуко разогревают Землю изнутри. Кроме того, на Землю приходит часть излучения Солнца. Эти энергии уходят от Земли в виде излучения в космос. Установившееся равновесие и определяет климат на земной поверхности. Потому, наша, земная энергия (и климат в том числе) – космического происхождения. В рамках, же некоторых экспериментов, в некоторых изолированных энергетически, системах, можно наблюдать законы сохранения энергий и законы преобразования их друг в друга.
(Имеются ввиду энергии-заряды тепловой иерархии энергий-зарядов.)
