Два диода – электровакуумный и полупроводниковый. Эксперименты, которые лежат в основе электроники.

Наша задача - найти истинный смысл процессов, происходящих в физике электронного управления. У нас на вооружении – мощная вычислительная техника в виде персонального компьютера и компилятора Delphi. У нас на вооружении также те познания людей в области электроники, которые не противоречат эксперименту - это «закон 3/2» для электровакуумного диода.

Эксперимент С. Дэшмана.

На страницах книги « Научные основы вакуумной техники» ( изд. «Мир», 1964 г., стр. 584 ) С. Дэшман изложил свой эксперимент с электровакуумным диодом. На странице 584 приведены данные эксперимента в виде графика, он показан на рис. 9.14. В ходе эксперимента получено семейство кельвин-амперных характеристик (КАХ) при различных напряжениях на аноде электровакуумного диода.

Рис.1.4.1. Текст из книги « Научные основы вакуумной техники».

Рис. 1.4.2. Рисунок на стр.584 книги « Научные основы вакуумной техники».

С.Дэшман так описал результаты эксперимента:

« Вольфрамовая нить катода диаметром 0,25 мм расположена по оси цилиндра диаметром 2,54 см и длинной 7,62 см. Зависимость максимального тока от температуры выражается экспоненциальной кривой. Горизонтальные части кривых соответствуют току, ограниченному пространственным зарядом, при различных Ua ( напряжениях на аноде ) ». Эксперимент поставлен при весьма низких давлениях ( порядка 1/ 1000 мтор или ниже).

Эксперимент С.Дэшмана показывает 2 процесса, влияющие на анодный ток электровакуумного диода: первый процесс – электрический, второй процесс – тепловой. Сам С.Дэшман отметил в данном параграфе книги, что какие-то процессы ограничивают друг друга. В дальнейшем мы обнаружим, что в электронных приборах всегда присутствует два этих процесса – электрический и тепловой, это же относится и к полупроводниковым приборам. Можно выразить эту мысль так, что электронное управление возможно в тех случаях, когда электрический ток сопровождается 2-мя процессами – электрическим и тепловым. При получении явления электронного управления выбор исследователей падает как раз на вакуумные и полупроводниковые приборы по причине соизмеримости в них тепловых и электрических процессов.

Была поставлена задача выразить оба процесса аналитически одной формулой. При поиске решения этой задачи была найдена математическая модель, которая описывается так:

Есть два ограничивающих друг друга процесса:

1. Ток анода насыщения Ia = exp ( 1.047e-2 * T_F - 27.325 ).

2. Ток анода в «законе 3/2» Ia = 9.215e-5 * U_B (3/2), где U_B - напряжение барьера объёмного пространственного заряда.

Обратные функции ограничивающих друг друга процессов:

Температура насыщения T_F = ( Ln (Ia) + 27.325 )/1.047e-2.

Напряжение барьера объёмного пространственного заряда в «законе 3/2» U_B = ( Ia / 9.215e-5 ) (2/3).

В процессе исследования была получена следующее уравнение, названное «эмиссионным»:

Здесь для рассмотренного выше примера:

U_D = 0.01 (Вольт),

K_T = 0,0956 (Кельвин -1*Вольт -1 ),

T – температура катода (Kельвин),

T > T_F,

Ua - напряжение на аноде (Вольт),

Ia – ток анода (Ампер).