Вопросы по биполярным транзисторам

[Manolo]

И, соответственно, получается, что для того, чтобы нам точно регулировать соотношение токов, мы должны знать, какое количество p-частиц у нас в базе, и какое-в эмиттере.

-- 03.02.2018, 19:42 --

Alex-Yu

Почему же они должны все время разгоняться? У нас есть некая цепь, скажем эмиттер-база-"плюс"-"минус". Вот одна из замкнутых цепей. Только если, скажем так, по проводу электроны движутся в следствии разности потенциалов, притягиваясь к "плюсу", то на участке эмиттер-база, где провода у нас нет, мы имеем электрическое поле в результате напряжения между этими двумя точками. Разность потенциалов между точками, электрическое поле, полностью обусловят скорость движения частиц, т.е. ток и никакого бесконечного роста тут не будет.


Может быть, я не понимаю ваш вопрос. Если на электрон не действует НИКАКАЯ сила, то он находится в состоянии покоя.

[arseniiv]

Manolo в сообщении #1289862 писал(а):

Вы говорите, что среднее расстояние от точки, где частица была в некоторый момент, со временем увеличивается. Но раз движение хаотическое, как мы говорим, то получается что это не факт-что мешает электрону двигаться таким образом, что расстояние будет то увеличиваться, то сокращаться по абсолютной величине, хотя электрон может при этом иметь различные координаты, скажем так.

Ну, таково случайное блуждание. Среднее расстояние — это именно что среднее от расстояния, полученного движением по всем возможным путям, и чтобы оно могло заметно со временем уменьшаться, надо выбрать какую-то уж очень необычную систему (если вообще можно — тут я не в курсе).

Manolo в сообщении #1289862 писал(а):

С точки зрения того, о чем пока поговорили с вами, для меня получается неясным, как при таком хаотическом движении удается получать все время одинаковое соотношение двух токов.

Одинаковое только в пределе макроскопического числа частиц. Так-то конечно же всегда будут флуктуации, но вот иногда ими можно пренебречь. (А иногда каждый носитель заряда на счету.)

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289878 писал(а):

Если на электрон не действует НИКАКАЯ сила, то он находится в состоянии покоя.

Ну вот, как я и подозревал, надо начинать с основ механики.

Для начала возьмите школьные учебники и их хорошенько изучите. Потом курс общей физики для технического ВУЗа (вообще-то курс математики тоже понадобится). Никаких транзисторов, простейшая механика частиц, основы термодинамики и статистической физики, основы электростатики. Вот только потом можно будет про транзисторы разговаривать. Годика так через два-три (и это в лучшем случае).

Невозможно вот так: с нуля и про транзисторы.

[Manolo]

arseniiv Ну это да, я догадываюсь что в любом случае речь идет о макроскопическом пределе, определенная погрешность всегда будет, если мы не в вакууме. А про среднее расстояние все равно непонятно. О чем я говорю-представим для начала, что в качестве этого хаотического блуждания электрон ходит по кругу, вокруг некоторой точки. А теперь-не по кругу, а какие-то ломаные линии. Суть в том, что в таком контексте непонятно, почему бы он обязательно должен со временем удаляться от этой точки. Он может один период времени стать дальше, а через другой-приблизиться.

Вот с давлениями интересный пример, если тут такая аналогия допустима, то вроде понятно примерно, как дело происходит.

-- 03.02.2018, 19:59 --

Alex-Yu

Правильный ответ скажете? Раз уж мы о механике говорим-как ведет себя любое тело, на которое не действует никакая сила. Я думаю 99% людей, которые и учебники читали, и разные пособия, скажут вам что это тело остается в покое. Я пришел с конкретными вопросами, учебники читаю более двух лет и по физике и многочисленные книги по схемотехнике. Это не значит что я все понимаю. Как и не значит, что не понимаю ничего вообще.

Спасибо за помощь, но как-то вы высокомерно себя ведете. "Почитай учебники"-любой скажет. Вопросы мне кому адресовать? Я обратился на этот форум, хочу разобраться. Вам ответить трудно, только выиискиваете, где я не так сказал. Ну, что я могу вам сказать-конечно, я намного глупее вас, вы очень знающий человек. Но в основном слышишь от вас только-"неправильно".

Когда я сам был учеником, мне не было жалко объяснить другому, где он не прав и как надо. Даже если где-то он не так выразился, лишь бы понял суть. Вы, видимо, не такой. Мне вот подобный пафос чужд. С уважением, обращусь к другим.

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289888 писал(а):

Правильный ответ скажете?

А что толку с правильного ответа на один лишь вопрос из школьной программы... Надо знать всю школьную программу как самый-самый минимум. А ее я тут Вам пересказать не смогу. Ну не могу же я тут написать много сотен страниц...

А правильный ответ --- это первый закон Ньютона (закон инерции): тело, на которое не действуют никакие силы, движется равномерно и прямолинейно. И только в частном случае --- покоится.

-- Вс фев 04, 2018 00:17:42 --

Manolo в сообщении #1289888 писал(а):

Я обратился на этот форум, хочу разобраться.

Рано Вам с транзисторами разбираться. Сначала надо разобраться с самыми-самыми основными положениями физики.

[arseniiv]

Manolo в сообщении #1289888 писал(а):

А про среднее расстояние все равно непонятно. О чем я говорю-представим для начала, что в качестве этого хаотического блуждания электрон ходит по кругу, вокруг некоторой точки. А теперь-не по кругу, а какие-то ломаные линии. Суть в том, что в таком контексте непонятно, почему бы он обязательно должен со временем удаляться от этой точки. Он может один период времени стать дальше, а через другой-приблизиться.

На каждой конкретной траектории да. В среднем нет. Давайте рассмотрим простейший пример случайного блуждания (дискретного и в пространстве, и во времени, и одномерного). Пусть частица может находиться в точках целочисленной прямой, в начале она сидит в нуле и в каждый следующий момент времени с равной вероятностью смещается на $\pm1$. Попробуйте убедиться, что среднее расстояние до нуля со временем возрастает.

[Cos(x-pi/2)]

Manolo в сообщении #1289736 писал(а):

Господа, если кто может, объясните, пожалуйста, кому это нетрудно, как же все-таки обстоит дело с диффузией.

Господину Manolo уже всё отлично объяснили, дали хорошие советы, и даже полезные упражнения сформулировали.

(Однако тоже добавлю про диффузию для господина Manolo, раз уж напечатал. И немного поворчу)

Частицы в любом веществе не стоят на месте, а совершают хаотическое тепловое движение (поскольку абсолютная температура $T>0.)$ В частности, атомы в кристаллической решётке всё время хаотическим образом колеблются вблизи своих положений равновесия. Свободные электроны и дырки в веществе всё время испытывают на себе действие сил со стороны колеблющихся атомов (силы эти электрического происхождения, но ещё и законы квантовой механики важны во всей этой картине). Наглядно говоря: все частицы всё время испытывают хаотические толчки друг от друга, и поэтому подвижные частицы хаотично перемещаются в разные стороны. И поэтому, где окажется тот или иной электрон (или дырка) в тот или иной момент времени, - это зависит от "игры случая", т.е. определяется вероятностями перемещения частиц в разные стороны.

Элементарный пример для наглядности:

Допустим, в начальном состоянии в левой половине куска вещества (или сосуда с жидкостью, и т.п.) мы поместили много каких-то частиц "А", а в правой половине их нет совсем. Другими словами, пусть сначала слева концентрация частиц "А" высокая, а справа их концентрация равна нулю.

Из-за хаотического теплового движения всех частиц у каждой частицы отлична от нуля вероятность за некоторое время переместиться слева направо. По той же причине есть ненулевая вероятность переместиться и справа налево. Другими словами, если частица "А" сначала была в левой половине сосуда, то она с какой-то вероятностью через некоторое время окажется в правой половине сосуда.

(И, внимание, затем у неё будет по-прежнему отличной от нуля вероятность всё так же хаотически смещаться ещё дальше направо. И будет отличной от нуля вероятность смещаться назад, налево. Вот этот простой факт важно не упускать из виду: если частица при хаотическом движении за какое-то время куда-то ушла от начального положения, то она не обязательно за следующий промежуток времени вернётся назад: да, вероятность возврата назад отлична от нуля, но и вероятность идти дальше прочь от начального положения отлична от нуля. То есть имеется ненулевая вероятность того, что с течением времени частица всё дальше и дальше уходит от начального положения. Так и получается диффузия.)

Сколько же частиц "А" окажется через некоторое время в правой половине? Просто так, от балды, трудно угадать точный ответ. Надо ответ вычислять, через вероятности. Но, грубо, интуитивно, можно так думать: помножив вероятность перехода слева направо одной частицы на количество частиц, имевшихся в левой половине, получаем оценку для количества частиц, перешедших в правую половину. А сколько частиц пришло, наоборот, справа налево? Помножив вероятность перехода налево одной частицы на количество частиц, имевшихся в правой половине (а их там сначала было нуль!), получаем нуль. Вот, примерно это и есть начальная стадия диффузии.

А что будет дальше? Опять-таки: ответ необходимо вычислять. Но и чисто интуитивно понятно, что на следующем промежутке времени слева направо перейдёт меньше частиц: ведь теперь прежнюю вероятность перехода придётся умножать на уже уменьшившееся количество частиц "А" в левой половине. А справа налево перейдёт теперь не ноль частиц, потому что вероятность перехода будет умножаться на уже появившееся ненулевое количество частиц "А" в правой половине.

И так далее. Таким образом, за счёт хаотического теплового блуждания частиц "А" их количество уменьшается там, где их поначалу было много, и увеличивается там, где их не было совсем, или было мало. Другими словами: концентрация частиц "А" в разных элементах объёма со временем выравнивается.

Есть и много других вариантов подобной задачки. Например, если ввести в рассмотрение ещё какие-то частицы "Б", то к ним будет применимо аналогичное представление о диффузии (но, может быть, с важными количественными отличиями, если подвижности частиц "А" и "Б" сильно различаются.) Ещё важный вариант: если частицы "А", допустим, это свободные электроны, и обе половины была поначалу электрически нейтральными, то по мере ухода электронов из одной половины там будет оставаться нескомпенсированный положительный заряд ионов "Б" (у ионов ничтожно малая подвижность, поэтому их диффузией можно пренебрегать на тех временах, где существенна диффузия электронов). Тем самым появится электрическое поле, тянущее электроны назад. В этом варианте не произойдёт выравнивания концентраций; распределение зарядов установится таким, при котором диффузионный ток электронов в сторону их меньшей концентрации компенсируется полевым током электронов в обратном направлении. Детальная картина выясняется расчётом.

Все подобные сюжеты - существенно количественные, и поэтому серьёзный разговор о них возможен только на языке формул, графиков, чертежей.

Физика вообще наука сугубо количественная, поскольку в ней везде идёт речь об измеряемых величинах (ток, напряжение, концентрация, подвижность, температура и т.д.) так что её естественный язык - формулы, уравнения, графики функций, таблицы. И техника, инженерная деятельность, - всё это немыслимо без формул и чертежей.

Так что, если господин Manolo действительно желает разобраться в физических явлениях, а не троллингом здесь заниматься (на который, кстати, его сообщения очень похожи :-), то ему следует отказаться от дурацкого условия "объясните мне всё без формул, не как в книгах, своими словами", и вникать в книги по физике именно с формулами и графиками.

Люди научились излагать суть физических явлений формулами не для того, чтобы всё казалось непонятным, а ровно наоборот - чтобы непонятное стало понятным, чтобы разбираться в физике было легче, а не труднее! Формулы это язык, который однажды необходимо научиться понимать, как когда-то Вы научились говорить на бытовом языке. Объяснять физику без формул незнайке - безнадёжно; это примерно то же, что трёхлетнему ребёнку объяснять устройство телевизора.

Alex-Yu совершенно прав, начинать надо с последовательного изучения школьной программы; и не останавливаться на этом, а изучить затем курсы математики и физики для технического ВУЗа.

Ниже даю ссылку на неплохую книгу, которую могут понять вдумчивые школьники старших классов. А если в конце-концов одолеть книгу и понять даже простые физичекие закономерности не удастся, то сильно расстраиваться не надо: есть ведь вполне полезные и уважаемые занятия, где не требуется знания книг и формул: можно пойти, например, котлеты жарить, или торговать бананами, или подметать улицы.

Книжка начального уровня (из библиотечки "Квант", годится для школьников старших классов) про физику полупроводников и про полупроводниковые приборы:

Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Барьеры. От кристалла до интегральной схемы.

[Manolo]

Alex-Yu

Ньютон сформулировал первый закон механики так:

Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Так что, как покой-частный случай, так и равномерное и прямолинейное движение-частный случай.

Это, конечно, ужасно, что я этого не сказал, значит я не знаю ничего вообще, теперь мне надо перечитывать сотни страниц или вам эти сотни страниц писать, чего как вы и сказали, делать не собираетесь.

А если серьезно, то если человек не преподаватель и не профессор физики, то вполне нормально, если какие-то моменты он упускает в своих рассуждениях. Это не повод сразу его "казнить" и говорить что надо ему перечитать программу нескольких курсов. Потом он придет сюда, снова где-то что-то не так скажет или ошибется-и все, вместо того чтобы просто поправить-"вам надо минимум три года читать учебники". Я вас понял, всего вам наилучшего.

arseniiv

Здесь мне придется поверить вам на слово. Я не так силен в математике, к сожалению. Значит, приму пока как факт, что возрастет. Но можем ли мы при этом конкретно сказать о том, где именно будет эта частица? Если у нас таких частиц много, а нам надо чтобы в базовый переход их попало определенное количество(с некоторой погрешностью), то как мы можем этого добиться?

[arseniiv]

Manolo в сообщении #1289918 писал(а):

Но можем ли мы при этом конкретно сказать о том, где именно будет эта частица?

Нет, если мы уже вошли в реку вероятностного описания, выйти уже не сможем. Мы можем говорить, какие у частицы вероятности быть там-то и там-то (или, скажем, попасть куда-то и не выходить оттуда уже никогда — такие сложные тоже можем, и более). Но тут есть такая теорема, делающая статистическую физику полезной [утрирую]: если каждая из $N$ частиц имеет вероятность $P$ оказаться в интересующем нас месте, то в среднем в этом месте окажется $NP$ частиц.

Но вообще вам бы действительно сначала математический уровень подтянуть. К счастью, традиционно многие физические учебники включают какое-то (иногда на пальцах, иногда более аккуратное) изложение требуемой математики.

[Manolo]

arseniiv
Благодарю. Главное, что вы старались объяснить, насколько это было возможно, спасибо вам за это. Если далее-только формулы, "значит, нам туда дорога".

Cos(x-pi/2)
Спасибо, классную вы книгу порекомендовали. Зачем вы только несколько раз подчеркнуто назвали меня "господином"-непонятно. Вам не понравилось, что я так обратился? Никаким-таким "троллингом" я не занимаюсь, делать мне больше нечего. Мне около 40, я изучаю схемотехнику как любитель, кое-что паяю, чиню. Стараюсь вспоминать различные физические процессы, понимать какие-то явления, насколько получается. Я читал как учебники по физике, которую в свое время знал прекрасно, но с годами многое забылось, так и книги по схемотехнике Р.Свореня, Борисова, Касаткина, Мак-Комба, Хоровица-Хилла и некоторые другие. К сожалению, далеко не все там объясняется или сам не все всегда понимаешь, как и все помнить тоже сложно.

Возникли у меня определенные вопросы-я пришел на ваш форум. Наверное, вы бы не хотели, если бы пришли за помощью, подсказкой, чтобы вас поймали на каком-то моменте, который вы забыли или упустили, и выставили дело так, будто вы вообще ничего не знаете и вам все необходимо по новой изучать? Кто хочет-тот старается помочь, а кому нравится только нос задирать и искать чужие ошибки, ничего не объясняя-тот так себя и ведет. Мне знакомы оба типа людей. Действительно, я местами не совсем корректно формулирую, вот определение дал, например, неполное. Это не значит, что я вообще ничего не знаю и мне бесполезно что-либо объяснять.

Пришел человек и объяснил про диффузию(пример о газах). Всего пара предложений и уже стало все гораздо понятнее. Это так сложно было сделать или требует огромной подготовки, формул?
Я понимаю, что наверняка тут много преподавателей, профессоров, инженеров или ученых. Вот я и пришел к вам за помощью. Зачем так "футболить" и ловить на ошибках, ничего не объясняя? Если где-то надо поправить, не значит что надо человеку все учебники от корки до корки пересказывать.

arseniiv тоже разъяснил до той степени, насколько возможно. Разный подход. "Зарубить" всегда можно, помочь намного сложнее.

Так же как есть книги, написанные сухим академичным языком, а есть более простые, которые разобраться помогают. Всем спасибо, дальше сам постараюсь ответы искать.

[EEater]

Manolo в сообщении #1289930 писал(а):

Мне около 40, я изучаю схемотехнику как любитель, кое-что паяю, чиню. Стараюсь вспоминать различные физические процессы, понимать какие-то явления, насколько получается.

Учитывайте, что физика полупроводников и их схемотехника - сферы, мало пересекающиеся. Возможно, вам полезнее инженерная схемотехника, без погружения в электроны и дырки, которые вас могут только сбить.

[Manolo]

EEater

Для ремонта-да, безусловно. Отсюда и "классика" этой самой инженерной схемотехники-книги Хоровица-Хилла. Просто я стараюсь и для себя кое-что понимать пытаться. Вот спросит твой ребенок-папа, а почему происходит то или иное природное явление, а ты не объяснишь. Неудобно как-то. Шучу. Мне самому интересна физика, со школы ее любил. Хотя многое подзабылось, как уже сказал, а книги, которые читал-они действительно имеют более прикладное применение, там многие моменты опускаются. Начал вот перечитывать в очередной раз, дошел до биполярников, и поймал себя на том, что многие вещи принял как факт. Хотя в общих чертах их работу себе вроде бы представляю, режимы, схемы включения-схемы собирал, понимаю что и как подключать, рассчитывал и собирал блоки питания, много чего еще. Т.е. ну навряд ли я прям совсем ничего не знаю и такие вещи делаю. Конечно, любитель не может помнить всего, порой и брякнет такое, что с точки зрения преподавателя физики-ересь. Приятно видеть, что все-таки есть люди, которые объяснить стараются, что к чему. Буду стараться подтянуть свои знания, что сказать. Для меня физика, и в частности-электроника, всегда вызывала интерес, так к ремонту разной техники и пришел.

Пока взял себе на заметку почитать зонную теорию и о диффузии. В тех книгах, о которых я упомянул выше, об этих вещах буквально пара слов(в основном о диффузии, что она происходит). И все. Остальное мне было, в принципе, понятно, пусть и в упрощенном виде-про переходы, запирающий слой, режимы работы и т.д. Но это ведь действительно упрощение, насколько я понял-в реальности все гораздо сложнее, и если бы не Ландау, который предложил применить для упрощения "квазичастицы", то неизвестно, сколько томов пришлось бы читать по одному только этому вопросу. Так что, руки не опускаю, сначала пойму на том уровне, каком удастся, потом-с уходом в высшую математику, комплексные числа и прочее. Ну и заодно, подтяну элементарные знания. Поскольку я не каждый день занимаюсь именно физикой, то и формулирую какие-то вещи не совсем корректно, хотя представляю себе, как правило, как функционирует, скажем, то или иное устройство или микросхема. Это палка о двух концах-практики часто знают как сделать, но попроси их дать корректные определения-и все, а теоретики идеально все формулируют, а как дело доходит до сконструировать что-нибудь, то ничего не могут Часто в жизни приходилось наблюдать. Тем не менее, я-за глубокие теоретические знания, так что буду учиться, сколько потребуется.

[Ascold]

Manolo в сообщении #1289936 писал(а):

Отсюда и "классика" этой самой инженерной схемотехники-книги Хоровица-Хилла.

Кстати, книга эта не везде хороша - глава про операционные усилители написана гораздо хуже, чем глава про транзисторы.
Да и в транзисторной главе про токовые зеркала, например, очень уж скомкано написано - надо будет как-нибудь здесь или на электронном форуме тему соответствующую сделать.

[profrotter]

Ascold, замечание за неправильное оформление цитаты, замечание за публикацию бессодержательного сообщения.