Добро пожаловать на сайт «Физические основы работы электронных приборов»

Информация, представленная здесь, является результатом многолетних исследований принципов работы электронных приборов. Сведения из вузовских учебников зачастую не дают подробных ответов на то, как протекают физические процессы внутри полупроводниковых кристаллов и вакуумных ламп. Интерес к знаниям, а также практическая потребность в точных формулах, описывающих характеристики электронных приборов (необходимые для расчёта электронных схем), положили начало данной работе.

Подход к исследованию, выбранный мной, может быть описан так: эксперимент → построение математической модели → теоретическое объяснение процесса. Главный принцип: практика — критерий истинности. Теоретические результаты не претендует на непреложные знания, многие вопросы требуют проверки, часть гипотез нужно согласовать с общепринятыми теориями. Тем не менее, экспериментальные данные перепроверялись несколько раз и хорошо укладываются в общую картину.

Для вашего удобства работа поделена на разделы и подразделы, указанные в меню справа. Часть находится ещё в процессе разработки (это те пункты меню, где отсутствуют ссылки) и будет выложена на ресурс по готовности. Сайт появился гораздо позже самого исследования и находится в Интернете 2873 дня.

В работе предпринята попытка решить следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных измерений вольт-амперных характеристик (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.

Надеюсь, вас заинтересуют статьи. Возможно, вы занимаетесь разработкой электронных схем (и вас не устраивает точность расчёта у средств, имеющихся на рынке) или интересуетесь физическими процессами: тепловыми и электрическими (и понимаете больше того, что написано в учебниках), ставите собственные опыты. Если у вас возникнет желание вступить в диалог, вы можете связаться со мной по почте.

Валерий Багницкий
[e-mail]

Элементы термоэлектроники

Термоэлектроника как наука

Определение

Определение из словаря: термоэлектроника — дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.

Вторая часть определения: к термоэлектронным приборам относятся, в частности, электронные трубки (лампы). При нагреве катода лампы он излучает электроны, которые устремляются к аноду. Такие термоэлектронные лампы в настоящее время почти полностью вытеснены транзисторами, хотя построенные по тому же принципу электронные трубки еще применяются. Сегодня термоэлектроника занимается разработкой и конструированием термоэмиссионных преобразователей энергии, которые превращают тепловую энергию непосредственно в электрическую.

Итак, попробуем логически определить, что же такое термоэлектроника. Современное состояние термодинамики значительно ограничивает применение термоэлектроники. На самом деле термоэлектроника имеет более широкое распространение. К термоэлектрическим приборам относятся:

• термопары,
• элементы Пельтье,
• полупроводниковые диоды,
• электровакуумные диоды,
• транзисторы,
• электровакуумные триоды,
• и прочие электронные приборы.

К термоэлектрическим явлениям относится также такое явление, как гроза. Почему в современной физике все эти приборы и явления относятся к различным разделам? Возможно, из-за отсутствия в термодинамике теории теплового заряда.

В своей работе я попытаюсь доказать (а иногда просто привести альтернативные гипотезы, которые упустили из виду), что термоэлектроника объединяет в себе и теорию термоэлектронной эмиссии, и физику работы полупроводниковых диодов.

Для начала устраним логическое несоответствие в 1-й части определения:

Термоэлектроника — дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.

Для процесса термоэлектронной эмиссии нам необходимо нагретое тело или что-то более существенное?

Эксперимент 1. Возьмём два тела - эти два тела, согласно определению, будут проводниками. Одно тело нагреем относительно температуры окружающей среды, второе - оставим с температурой окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к окружающей среде и ко второму телу (его температура равна температуре окружающей среды).

Эксперимент 2. Возьмём два тела и оба нагреем относительно температуры окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к окружающей среде, но не ко второму телу (его температура равна температуре первого тела).

Эксперимент 3. Возьмём два тела и понизим температуру второго тела относительно температуры окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру только по отношению ко второму телу, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к первому телу. Окружающая среда тоже будет обладать термоэлектронной эмиссией по направлению ко второму телу, но не к первому телу (его температура равна температуре окружающей среды).

Данные эксперименты показывают, что термоэлектронная эмиссия всегда совпадает с направлением теплопередачи, а значит, явление термоэлектронной эмиссии возникает даже у тел с комнатной температурой, находящихся возле холодных тел! В таком случае источником термоэлектронной эмиссии становится окружающая среда.

Итак, термоэлектронную эмиссию можно связать с явлением теплопередачи. Логически это обосновано: явление термоэлектронной эмиссии определяется (!) разностью температур двух тел — нагретого и охлаждённого.

Следующий вывод: теплопередача в пустом пространстве (вакууме) осуществляется посредством электронов. Дополнительно теплопередача осуществляется с помощью электромагнитных волн, и волновая теплопередача (инфракрасное излучение) может быть даже значительно большей, чем электронная.

Закон Видемана-Франца

Закон Видемана-Франца - это физический закон, утверждающий, что для металлов отношение коэффициента теплопроводности (либо тензора теплопроводности) к удельной электрической проводимости (либо тензору проводимости) пропорционально температуре. Главное в этом законе – это не освещение его с разных сторон – с позиций классической теории или с позиции каких-либо других теорий. Самое главное здесь – это построение модели атома, которая может объяснить теплопередачу в металлах посредством электронов. Без такой модели мы не сможем понять механизм многих явлений термоэлектроники.