Види газових розрядів

• Іскровий розряд

• Дуговий розряд

• Коронний розряд

• Тліючий розряд

Використання газових розрядів

• Дугового розряду для зварювання та освітлення.

• Надвисокочастотний розряд

• Тліючий розряд як джерело світла в люмінесцентних лампах і плазмових екранах.

• Іскровий розряд для запалювання робочої суміші в двигунах внутрішнього згоряння.

• Коронний розряд для очищення газів від пилу та інших забруднень, для діагностики стану конструкцій.

• Плазмотрони для різання і зварювання.

• Розряди для накачування лазерів, наприклад гелій-неонового лазера, азотного лазера, ексимерних лазерів і т. д.

36При дуже низьких температурах всі речовини перебувають твердому стані. Нагрівання спричиняє перехід речовини з твердого стану в рідкий а потім в газоподібний.

При досить високих температурах іонізація газу за рахунок зіткнення атомів або молекул, які дуже швидко рухаються. Речовина переходить в стан – плазми.

Плазма – це частково або повністю іонізований газ в якому частини додатних і відерних зарядів практично збігаються.

Отже, плазма в цілому електрично-нейтральна система.

Іонізація газу і утворення плазми спричиняється не тільки нагріванням до високих температур, а й різним промінням (радіоактивне), або бомбардуванням атомів газу зарядженими частинками.

Властивості плазми:

• внаслідок високої рухливості заряджені частинки легко переміщуються під дією електричних і магнітних полів.

• кожна частинка взаємодіє з багатьма навколишніми частинками, тому частинки перебувають як і в тепловому русі так і у впорядкованому (в плазмі легко збуджуються різні коливання і хвилі).

Застосування:

1. В стані плазми перебувають 99% речовини Всесвіту. В наслідок високої температури Сонце і інші зорі складаються в основному3 з іонізованої плазми.

2. Виникає при всіх випадках розпаду в газах: тліючому; дуговому; іскровому.

3. У трубках для рекламних надписів; лампах денного світла – низькотемпературну плазму.

4. МГД – генераторах (магнітогідродинамічних)

Для магнітного поля на рухомі магнітні заряди плазми використовуються для отримання електроенергії.

Містить МГД – зону для пального (нафта, керосин, природний газ); - камеру згоряння де температура (2000 – 3000К) при якій газоподібні продукти згоряння іонізуються утворюючи електронно – іонізуючу плазму.

Розжарена плазма рухається по розширюючому каналу в декілька метрів, якому її внутрішня енергія перетворюється в кінетичну і швидкість зростає до 2000м/с. Плазма під дією магнітного поля розділяється.

Електрони та іони в наслідок руху до катодів на своєму шляху іонізують додатні іони і цим самим збільшують енергію.

Тому при такій витраті палива, в наслідок утворення плазми, можна отримати більше електроенергії ККД = 90%.

37

EЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У НАПІВПРОВІДНИКАХ Коли ви дивитеся телевізор, працюєте з мікрокалькулятором або комп'ютером, розмовляєте по мобільному телефону, то навряд чи замислюєтесь, як улаштовані ці пристрої. Усі ці тепер звичні пристрої не були б створені, якби вчені не дослідили, а техніки не навчилися використовувати напівпровідники .

З цього параграфа ви дізнаєтеся про особливості провідності напівпровідників. Згадуємо, що таке напівпровідники Напівпровідники, як це й виходить з їхньої назви, за своєю провідністю посідають проміжне місце між провідниками і діелектриками. Якщо значення питомого електричного опору провідників становить приблизно 10 8 Ом м, а діелектриків — від 1012 до ІО20 Омм, то напівпровідників — від 10 ' до 107 Ом м. З точки зору мікроструктури речовини це означає, що концентрація вільних заряджених частинок у напівпровідниках набагато менша, ніж у провідниках, і набагато більша, ніж у діелектриках. Наприклад, дуже поширений у техніці напівпровідник германій при кімнатній температурі має приблизно ІО20 вільних заряджених частинок уїм3 речовини. Здавалося б, велика кількість? Але це в 10 млрд разів менше, ніж у металах. У процесі вивчання фізичних властивостей напівпровідників, зокрема провідності, виявилось, що в напівпровідників залежність провідності від зовнішніх чинників значно відрізняється від тієї, що спостерігається в металів. По-перше, якщо опір металів із підвищенням температури збільшується, то опір напівпровідників, навпаки, зменшується. По-друге, опір напівпровідників падає зі збільшенням освітленості, тоді як опір металів від освітленості практично не залежить. По-третє, якщо за наявності домішок метали гірше проводять струм, то введення домішок у напівпровідники, навпаки, різко зменшує опір останніх. Існують і інші, не менш важливі й цікаві відмінності, але про них ви дізнаєтеся пізніше.

 Знайомимося з особливостями внутрішньої будови напівпровідників

З'ясуємо, які частинки є носіями заряду в напівпровідниках, за яких умов концентрація цих частинок збільшується і звідки вони з'являються. Для цього розглянемо будову чистих (без домішок) напівпровідників на прикладі силіцію. У Періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва бачимо, що Силіцій — це хімічний елемент, який має порядковий номер 14 і розташований у IV групі. Як і всі елементи цієї групи, Силіцій має чотири валентні електрони. Саме ці валентні електрони відповідають за зв'язок між сусідніми атомами. У твердому стані для силіцію характерна кристалічна ґратка, в якій кожний атом має чотиРьох найближчих «сусідів». Атом Силіцію ніби «позичає» своїм сусідам по одному валентному електрону. Сусіди, у свою чергу, «позичають» йому свої валентні електрони «для спільного користування». У результаті між кожними двома атомами Силіцію завжди є електронна пара, що на даний момент спільна для обох атомів. Такий зв'язок, як вам відомо з курсу хімії, називають ковалентним. Пояснюємо механізм власної провідності напівпровідників У напівпровідниковому кристалі серед валентних електронів обов'язково є електрони, кінетична енергія яких настільки велика, що вони можуть залишити зв'язок і стати вільними. Якщо напівпровідниковий кристал помістити в електричне поле, то вільні електрони почнуть рухатися до позитивного полюса джерела струму і в напівпровіднику виникне електричний струм. Зі збільшенням температури середня кінетична енергія електронів збільшується, у результаті дедалі більше електронів стають вільними. Тому, незважаючи на те що йони внаслідок коливального руху ще більше заважають рухові вільних електронів, опір напівпровідника зменшується. Провідність напівпровідників, зумовлену наявністю в них вільних електронів, називають електронною провідністю, а вільні електрони — електронами провідності. Коли електрон залишає ковалентний зв'язок одного з атомів, точніше — однієї пари атомів, то цей зв'язок у парі лишається незайнятим — вільним. Цей вільний зв'язок прийнято називати діркою. Природно, що дірці приписують позитивний заряд. На вакантне місце може «перестрибнути» електрон від сусіднього зв'язку, і там, у свою чергу, утвориться дірка.

У результаті послідовності таких «стрибків» дірка ніби переміщується по кристалу. (Насправді ж, як ви бачите на рис. 23.3, переміщуються — у зворотному напрямку! — зв'язані валентні електрони.)Провідність напівпровідників, зумовлену «переміщенням» дірок, називають дірковою провідністю.

Вивчаємо домішкову провідність напівпровідників

До цього було розглянуто електричний струм у чистих напівпровідниках. У таких напівпровідниках кількість вільних електронів і дірок є однаковою.

Проте якщо в чистий напівпровідник додати невелику кількість домішки, то картина дещо зміниться. Наприклад, якщо в чистий розплавлений силіцій додати трохи арсену, то після кристалізації утвориться звичайна кристалічна ґрат-ка силіцію, однак у деяких її вузлах замість атомів Силіцію перебуватимуть атоми Арсену.

Арсен, як відомо,— п'ятивалентний елемент. Чотири валентні електрони атома Арсену утворять парні електронні зв'язки із сусідніми атомами Силіцію. П'ятому ж валентному електрону зв'язку не вистачить, при цьому він буде так слабко пов'язаний з атомом Арсену, що легко стане вільним. У результаті кожний атом домішки дасть один вільний електрон, а вакантне місце (дірка) при цьому не утвориться. Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називаються донорними домішками (від латин. сїопаге — дарувати, жертвувати). Нагадаємо, що крім вільних електронів, які надаються домішками, у напівпровідниках є електрони й дірки, наявність яких спричинена власною провідністю напівпровідників. Отже, у напівпровідниках з донорними домішками кількість вільних електронів значно більша, ніж кількість дірок. Таким чином, основними носіями зарядів у таких напівпровідниках є негативні частинки. Тому напівпровідники з донорними домішками називають напівпровідниками п-типу (від латин. пеаішиз — негативний).

Якщо в силіцій додати невелику кількість тривалентного елементу, наприклад Індію, то характер провідності напівпровідника зміниться. Оскільки атом Індію має три валентні електрони, то він може встановити ковалентний зв'язок тільки з трьома сусідніми атомами Силіцію.

Для встановлення зв'язку з четвертим атомом електрона не вистачить, і цей відсутній електрон Індій «запозичить» у сусідніх атомів Силіцію. У результаті кожний атом Індію створить одну дірку. Домішки такого роду називаються акцепторними домішками (від латин, ассеріог — той, що приймає). У напівпровідниках з акцепторними домішками основними носіями заряду є дірки. Напівпровідники з переважно дірковою провідністю називають напівпровідниками р-типу (від латин. розіііоиз — позитивний). Оскільки при наявності домішок кількість вільних заряджених частинок збільшується (кожний атом домішки дає вільний електрон або дірку), то провідність напівпровідників з домішками набагато краща, ніж провідність чистих напівпровідників. Застосовуємо напівпровідники.

Широке застосування напівпровідників зумовлене кількома чинниками. По-перше, властивостями р-ппереходу — місця контакту двох напівпровідників — р і гс-типу. Саме тут спостерігається ряд цікавих явищ. Наприклад, через такий контакт електричний струм добре проходить в одному напрямку і практично не проходить у протилежному. Це явище отримало назву однобічної провідності. Властивості р-я переходу використовують для виготовлення напівпровідникових діодів і транзисторів, без яких не обходиться жодний сучасний електронний пристрій (рис. 23.6), а також у сонячних батареях — приладах для безпосереднього перетворення енергії випромінювання Сонця на електричну енергію. Слід додати, що застосування напівпровідників у техніці майже на 99 % зумовлене саме властивостями р-«переходу і що докладніше з цими властивостями ви познайомитеся під час подальшого вивчання фізики. По-друге, опір напівпровідників зменшується зі збільшенням температури, і навпаки. Цю залежність використовують у спеціальних термометрах, які застосовують для вимірювання температури,підримання сталої температури на автоматичних пристроях. По-третє, напівпровідники мають властивість змінювати свій опір залежно від освітленості. Ця властивість використовується у напівпровідникових приладах, які називають фоторезисторами і застосовують для вимірювання освітленості, контролю якості поверхні та ін. Підбиваємо підсумки Провідність напівпровідників зумовлена рухом вільних електронів (електронна провідність) і рухом дірок (діркова провідність). У чистому напівпровіднику електричний струм створює однакова кількість вільних електронів і дірок. Таку провідність називають власною провідністю напівпровідників. За наявності домішок провідність напівпровідників різко збільшується. У разі введення в напівпровідник домішки з більшою валентністю (донорної домішки) вільних електронів стає в багато разів більше, ніж дірок. Такі напівпровідники називають напівпровідниками п-типу. У випадку введення в напівпровідник домішки з меншою валентністю (акцепторної домішки) дірок стає більше, ніж вільних електронів. Напівпровідники з переважно дірковою провідністю називають напівпровідниками р-типу. Напівпровідники широко використовують у техніці, наприклад для виготовлення напівпровідникових діодів і транзисторів, фотоелементів, термісторів, фоторезисторів тощо.

38

Провідність напівпровідників, зумовлена домішками, називається домішковою провідністю, а самі напівпровідники – домішковими напівпровідниками.

Домішками є атоми сторонніх елементів, надлишкові атоми, теплові (пусті вузли або атоми в міжвузоллях) і механічні (тріщини, дислокації і т. д.) дефекти. Наявність в напівпровіднику домішки суттєво змінює його провідність.

При заміщенні атома германію Ge п'ятивалентним атомом миш'яку (As) один електрон не може утворити ковалентний зв'язок, він виявляється зайвим і може бути при теплових коливаннях ґратки легко відщеплений від атома, тобто стати вільним.

Утворення вільного електрона не супроводжується порушенням ковалентного зв'язку, дірка не виникає. Надлишковий позитивний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язаний з атомом домішки, і тому переміщатися по ґратці не може.

З погляду зонної теорії цей процес можна представити так. Введення домішки спотворює поле ґратки, що приводить до виникнення у забороненій зоні енергетичного рівня D валентних електронів миш'яку, який називається домішковим рівнем .

У випадку Ge з домішкою Аs цей рівень розміщується від дна зони провідності на відстані . Оскільки , то уже при звичайних температурах енергія теплового руху достатня для того, щоб перекинути електрони з домішкового рівня в зону провідності. Дірки, які утворюються при цьому, локалізуються на нерухомих атомах миш'яку і у провідності участі не беруть.

Отже, в напівпровідниках з домішкою, валентність якої на одиницю більша, ніж валентність основних атомів, носіями струму є електрони, виникає електронна домішкова провідність n-типу. Напівпровідники з такою провідністю називаються електронними (n-типу). Домішки, що є джерелом електронів, називаються донорами, а енергетичні рівні цих домішок – донорними рівнями.

Припустимо, що в ґратку кремнію (Si) введено домішковий атом бору (В) з трьома валентними електронами.

Для утворення зв'язків з чотирма сусідами в атома бору не вистачає одного електрона, один із зв'язків залишається неукомплектованим і четвертий електрон може бути захоплений від сусіднього атома основної речовини, де утворюється дірка. Дірки не залишаються локалізованими, а переміщаються в ґратці Sі як вільні позитивні заряди. Надлишковий від'ємний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язаний з атомом домішки і по ґратці переміщатися не може.

Згідно із зонною теорією введення тривалентного атома в ґратку Sі приводить до виникнення в забороненій зоні домішкового рівня А, не зайнятого електронами.

У випадку Si з домішкою В цей рівень локалізується вище верхнього краю валентної зони на .

При порівняно низьких температурах електрони з валентної зони переходять на домішкові рівні і, зв'язуючись з атомами бору, втрачають здатність переміщатися по ґратці кремнію, тобто в провідності участі не беруть. Носіями струму є лише дірки, що виникають у валентній зоні.

Отже, в напівпровідниках з домішкою, валентність якої на одиницю менша, ніж валентність основних атомів, носіями струму є дірки – виникає діркова провідність.

Напівпровідники з такою провідністю називаються дірковими (p-типу).

Домішки, що захоплюються електронами з валентної зони напівпровідника, називаються акцепторами, а енергетичні рівні цих домішок – акцепторними рівнями.

Домішкова провідність напівпровідників зумовлена, в основному, носіями одного знака: електронами – у випадку донорної домішки, і дірками – у випадку акцепторної. Ці носії струму називаються основними.

Крім основних носіїв, у напівпровіднику є неосновні носії: у напівпровідника n-типу – дірки, а у напівпровідника p-типу – електрони. Концентрація основних носіїв більша, ніж концентрація неосновних носіїв.

На рис. 209 показано зміну положення рівня Фермі при підвищенні температури в домішкових напівпровідників донорного (а) та акцепторного (б) типів.

При низьких температурах середня енергія теплових коливань ґратки   достатня для збудження і перекиду електронів у зону провідності з донорних рівнів   і дірок з акцепторних рівнів   у валентну зону.

При   рівень Фермі у напівпровідниках  -типу розміщується посередині між нижнім рівнем   зони провідності і донорним рівнем  , а у напівпровідниках  -типу – між акцепторним рівнем   і верхнім рівнем   валентної зони.

У міру підвищення температури концентрація електронів у зоні провідності збільшується, концентрація електронів на донорних рівнях зменшується – донорні рівні спустошуються. При повному спустошенні домішок концентрація електронів у зоні провідності напівпровідника  -типу стає такою, що практично дорівнює концентрації донорної домішки, а концентрація дірок в напівпровіднику  -типу – концентрації акцепторної домішки.

При наступному підвищенні температури починається все інтенсивніше збудження власних носіїв, напівпровідник все більше наближається до стану власного напівпровідника, внаслідок чого рівень Фермі наближається до положення рівня Фермі у власному напівпровіднику.

 

39Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник. Класифікацію напівпровідникових діодів проводять за наступними ознаками:

• за методом отримання переходу бувають:

  • точкові, у яких використовується пластинка германію або кремнію з електропровідністю n-типу, завтовшки 0,1…0,6мм і площею 0,5...1,5 мм2; з пластинкою стикається загострений провідник з нанесеною на вістря домішкою. При цьому з вістря в основний напівпровідник дифундують домішки, які створюють область з іншим типом електропровідності. Таким чином, біля вістря утворюється мініатюрний р-n перехід півсферичної форми;

  • планарні, у яких р-n перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності, причому площа переходу у різних типів діодів лежить в межах від сотих долей квадратного міліметра до декількох десятків квадратних сантиметрів (силові діоди). Площинні діоди виготовляються методами сплавлення (вплавлення) або дифузії;

  • діод Шотткі (названий на честь імені німецького фізика Шотткі Вальтера), також відомий, як «діод з гарячими носіями», є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, як бар'єр Шотткі, (замість p-n переходу як у звичайних діодів);

• за матеріалом напівпровідникові діоди бувають: германієві, кремнієві, арсенідо-галієві тощо;

• за фізичними процесами, на використанні яких базується робота діода:

  • тунельні (діоди Лео Есакі) — напівпровідникові елементи електричного кола з нелінійною вольт-амперною характеристикою, на якій існує ділянка з від'ємною диференційною провідністю, наявність якої базується на кванотовомеханічних ефектах. Застосовуються як підсилювачі, генератори тощо;

  • лавино-пролітні напівпровідникові діоди, що працюють в режимі лавинного розмноження носіїв заряду при зворотному зміщенні електричного переходу та призначені для генерування надвисокочастотних коливань^[4];

  • фотодіоди — це приймачі оптичного випромінювання, які перетворюють світло, що падає на його фоточутливу область в електричний заряд за рахунок процесів вp-n переході. Його можна класифікувати як напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність його вольт-амперної характеристики від освітленості;

  • світлодіоди (англ. LED — light-emitting diode) — напівпровідникові пристрої, що випромінюють некогерентне світло, при пропусканні через них електричного струму(ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету [1];

  • діоди Ганна — тип напівпровідникових діодів, що використовується для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ. На відміну від інших типівдіодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивостях p-n переходів, а на власних об'ємних властивостях напівпровідника.

• за призначенням напівпровідникові діоди поділяють на^[4];:

  • випрямні напівпровідникові діоди, призначені для перетворення змінного струму в пульсуючий;

  • імпульсні — напівпровідникові діоди, що мають малу тривалість перехідних процесів в імпульсних режимах роботи;

  • варикапи (діод Джона Джеумма) — напівпровідникові діоди, ємність яких керується зворотною напругою, і які призначені для застосування як елементи з електрично керованою ємністю;

  • стабілітрони (діод Зенера) — напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як джерело опорної напруги;

  • напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як згладжувачі викидів (піків) напруги (англ. surge suppressor або TVS)

  • детекторні — напівпровідникові діоди, призначений для детектування сигналу;

  • детекторні НВЧ — напівпровідникові діоди, призначені для детектування надвисокочастотного сигналу;

  • параметричні — варикапи, що призначені для застосування в діапазоні надвисоких частот у параметричних підсилювачах,

  • змішувальні — напівпровідникові діоди, призначені для перетворення високочастотних сигналів у сигнал проміжної частоти.

Эле́ктрова́куумный трио́д, или просто трио́д, — электронная лампа, имеющая три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и одну управляющую сетку. Изобретён и запатентован в 1906 году американцем Ли де Форестом.

Наименование триод в 1950-70 годах, во времена становления полупроводниковой электроники, также употреблялось и длятранзисторов — по числу выводов, часто с уточнением: полупроводниковый триод, или с указанием материала: (германиевый триод,кремниевый триод).

Триоды были первыми устройствами, которые использовались для усиления электрических сигналов в начале XX века.

Вольт-амперная характеристика триода имеет высокую линейность. Благодаря этому вакуумные триоды вносят минимальныенелинейные искажения в усиливаемый сигнал.

В ходе дальнейшего совершенствования триода были разработаны многосеточные лампы: тетрод, лучевой тетрод, пентод и другие.

В настоящее время вакуумные триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами. Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц большой мощности при небольшом числе активных компонентов, а габариты и масса не столь критичны, — например, в выходных каскадахрадиопередатчиков. Мощные радиолампы имеют сравнимый с мощными транзисторами КПД; надёжность их также сравнима, но срок службы значительно меньше. Маломощные триоды имеют невысокий КПД, так как на накал тратится значительная часть потребляемой каскадом мощности, порой более половины от общего потребления лампы.

Также, на базе ламп все еще делается некоторая часть высококачественной акустической усилительной аппаратуры классов Hi-Fi иHi-End, несмотря на то, что фиксируемый приборами коэффициент нелинейных искажений у почти любых современных транзисторных приборов во много раз меньше, чем у ламповых. Несмотря на высокую стоимость, такая аппаратура весьма популярна у музыкантови аудиофилов. Триод — простая по конструкции лампа, имеющая при этом высокий коэффициент усиления, поэтому она хорошо вписывается в один из принципов построения альтернативной звукотехники — принцип минимализма, то есть, предельной простоты аппаратуры.

40Вольт-ампе́рною характери́стикою, скорочено ВАХ матеріалу чи пристрою називається залежність струму в ньому від прикладеної напруги.

Вольт-амперну характеристику можна визначити також, як залежність падіння напруги на пристрої від струму, що в ньому протікає.

Вольт-амперна характеристика зображається зазвичай у вигляді графіка, в якому напруга відкладається вздовж осі абсцис, а струм вздовж осі ординат.

Для матеріалів вольт-амперна характеристика часто приводиться у вигляді залежності густини струму від напруженості прикладеного поля.

Для багатьох матеріалів, зокрема для провідників і напівпровідників, вольт-амперна характеристика має лінійну ділянку при малих напругах. В цьому діапазоні прикладеної напруги справедливий закон Ома, який стверджує, що струм пропорційний напрузі. При виконанні закону Ома струм у пристрої протікає одинаково в обидва боки, в залежності від полярності прикладеної напруги.

Проте така поведінка не має універсального характеру. Наприклад, струм у вакуумному діоді суттєво нелінійний навіть при дуже малих напругах між анодом і катодом. Це явище зумовлене тим, що випромінені нагрітим катодом елекрони створюють у просторі між анодом і катодом негативно-заряджену хмару, яка перешкоджає новим електронам покидати катод. У таких випадках говорять про виникнення області просторового заряду, і залежність струму від напруги описується законом Чайлда. Аналогічні області просторового заряду виникають також у діелектриках, провідність яких у дуже сильних електричних полях зумовлена інжектованими електронами.

Контакт між металом і напівпровідником (контакт Шоткі) має ректифікаційну або випрямну властивість. Сила струму через такий контакт залежить від полярності прикладеної напруги. Контакт добре пропускає струм в один бік, але набагато гірше в інший бік. Аналогічну випрямну властивість має p-n перехід, який виникає при контакті областей із надлишком донорів і акцепторів у напівпровіднику.

Здебільшого струм зростає при зростанні прикладеної напруги. Але й це не є універсальним законом. Наприклад, пристрій, який називається резонансним тунельним діодом, пропускає лише електрони з певною визначеню енергією. Таких електронів мало й при малих напругах, і при великих напругах. Тому при збільшенні напруги струм через резонансний тунельний діод спочатку зростає, а потім, коли електрони мають надто велику енергію, падає. Ділянки ВАХ, на яких струм спадає із підвищенням напруги, називаються областями негативної диференційної провідності. Вони дуже цікаві для практичного використання, бо на них можна побудувати, наприклад, генератори автоколивань. Негативну диференційну провідність при високих напругах мають також деякі напівпровідники.

Існують також пристрої, в яких при одинакові прикладеній напрузі можуть протікати різні струми, в залежності від передісторії.

41Магні́тне по́ле — складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.

Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції   який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором магнітної індукції  , магнітне поле також описується вектором напруженості  .

У вакуумі ці вектори пропорційні між собою:

,

де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць.

В системі СІ,   - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному:  .

Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості   описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції   враховує ще й вплив середовища:

^[1]

де   - вектор намагніченості середовища.

42Магнітна проникність — характеристика магнітних властивостей матеріалу, в якому магнітна індукція лінійно залежить від напруженості магнітного поля. Найчастіше позначається грецькою літерою  . Термін запропонував у вересні 1885 року Олівер Хевісайд.

В системі СІ магнітна проникність є безрозмірною величиною. В порожнечі магнітна проникність має значення   - магнітна константа або "магнітна проникність вільного простору", і має точне (визначене)^[1] значення

 Н·A^-2.