- •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.
- •1.1.2.3. Схема, позволяющая расширить диапазон, измеряемых токов, 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).
- •1.1.3. 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.
Общая характеристика работы
Актуальность темы.
Теория физических основ работы полупроводникового диода возникла в 20-х, 30-х годах прошлого века.
Теория физических основ работы биполярного транзистора возникла после его открытия в 1947-м году.
Электровакуумные приборы изобрели и исследовали после 1883 года, после обнаружения эффекта Эдисона.
Все исследования электронных приборов были описаны на основе электрических процессов.
Настоящая работа исследует электронные приборы на основе двух протекающих в них процессах – теплового и электрического.
Существующие сегодня теории в физике, применяемые при изучении электронных приборов, являются неполными, не позволяющими описать физические явления полностью.
Актуальность темы – в создании новой, более качественной теории, позволяющей полноценно описать явление электронного управления, возникающего в электронных приборах.
Цель и основные задачи работы.
Целью работы является исследование и разработка математических моделей электронных приборов. Для достижения указанной цели в работе определены следующие задачи:
1. Проведение экспериментальных измерений ВАХ электронных приборов в зависимости от температуры.
2. Использование экспериментальных данных для построения эмпирических математических моделей.
3. Разработка алгоритмов для решения задач моделирования.
4. Разработка математических моделей для физических процессов.
5. Создание новой физической теории работы электронных приборов на основе электрических и тепловых процессов.
6. Создание математических моделей для решения практических задач моделирования ВАХ электронных приборов.
Методы исследования.
Методы исследования базируются на применении теории перехода процессов, как системы с отрицательной обратной связью. Для вывода уравнения вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода используется теория иерархии энергий-зарядов.
Научная новизна работы.
1.Разработан алгоритм решения неявного логарифмического уравнения.
2.Установлено совпадение эмпирической функции ВАХ PN-перехода с функцией, имеющим вид неявного логарифмического уравнения.
3.Исследования электронных приборов приводятся в зависимости от температуры. Для PN-перехода - это температура окружающей среды. Для электровакуумного диода - это температура катода.
4.Разработана математическая теория перехода процессов как системы с отрицательной обратной связью.
5.Сделан вывод уравнения вольт-амперной характеристики полупроводникового и вакуумного диодов.
На защиту выносятся.
1. Алгоритмы вычисления неявного логарифмического уравнения.
2.Математическую теорию перехода процессов как системы с отрицательной обратной связью.
3.Методы моделирования электронных приборов.
4.Замечания по изменению теорий физических наук:
- термодинамика.
- физика полупроводников.
- теория термоэлектронной эмиссии.
Практическая ценность работы
Заключается в разработке теории, которая предсказывает создание новых электронных приборов, а также определяет ограничения в наблюдении явления электронного управления.
Практическая ценность работы также заключается в создании более точных математических моделей:
- для полупроводникового диода – математическая модель точно описывается в зависимости от температуры.
- для электровакуумного диода математическая модель включает в себя сразу два явления – «закон 3/2» и закон насыщения анодного тока (закон Ричардсона - Дэшмана) .
Достоверность
Достоверность исследований заключается в совпадении математических моделей с экспериментальными данными для 42-х PN-переходов.
Достоверность исследований определяется методами проведения измерений ВАХ диодов и точностью измерительной техники. Данные о методике проведения экспериментов приведены в первой части работы.
Реализация результатов работы.
В процессе работы была создана методика проведения измерений ВАХ полупроводниковых приборов. Были разработаны алгоритмы для вычисления математических моделей. Алгоритмы позволяют находить решения для неявного логарифмического уравнения.
Апробация результатов исследования.
Результаты работы не были апробированы.
Личный вклад автора.
Все результаты работы получены автором лично.
Структура и объём работы.
Работа выполнена в пяти частях.
1 – Возникновение задачи. Исследование полупроводникового диода,
2 – Исследование вакуумного диода,
3 – Решение задачи,
4 – Новая физика электронных приборов,
5 – Математические модели.
В работе 7 приложений. Всего 322 страницы.