Физические механизмы

Физические константы материалов (коэффициент теплопроводности А,, удельной теплоемкости ср и удельного веса Y), характеризующие перенос тепла в электронасосе, определяются по средней температуре и принимаются постоянными, так как они незначительно изменяются во всем возможном интервале температур.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ

Важнейшие физические константы

Важнейшие физические константы

Физические константы для воздуха и продуктов сгорания среднего состава

Физические константы для воды

При пользовании формулой (6-19) особое внимание следует обращать на правильность выбора значений физических констант (К, т], ср и др.), так как эти константы зависят от температуры. Как правило, надо брать значения физических констант для той температуры, которая принималась при выводе эмпирической формулы. Так, для формулы (6-19) все физические константы надо относить к средней температуре жидкости, а для которой вычисляется, т. е.

Все физические константы следует относить к средней температуре газа /г, которая в первом приближении находится по формуле (6-20).

Коэффициент теплоотдачи найдется по формуле (6-19). Физические константы определятся для средней температуры воздуха fB=200°C по табл. 6-1: А = 0,0394 em/ (м- град); г\ = 26,0-10-в « -сек/л2.

Физические константы для газов по табл. 6-1 для /' = 350° С , 0,0429 + 0,0496

Физические константы для средней температуры воздуха ts = 260° G по табл. 6-1

Рассмотрим подробнее наиболее типичные физические механизмы тепловой обратной связи в полупроводниковых приборах.

Влияние циркуляции расплава на тепломассообмен и на геометрию ванны. Гидродинамическая обстановка в ванне, создаваемая электромагнитной циркуляцией, может определяющим образом влиять на технологический процесс. Влияние ее столь же многообразно, как и сами процессы, причем возможны как положительные, так и отрицательные воздействия. В данном разделе рассматриваются лишь основные физические механизмы этих воздействий.

Чтобы конкретизировать шумовые генераторы на входе и выходе, необходимо знать подробности схемы и характеристики внутренних источников шума. Здесь внутренние источники связаны с электронными устройствами внутри системы и, вообще говоря, сильно зависят от прибора, несмотря на то что физические механизмы, ответственные за этот шум, могут быть общими для целого круга устройств. Много места в книге уделяется механизмам возникновения шума и связанным с ними шумовым генераторам в конкретных устройствах. Основной акцент делается на твердое тело, так как шумы в вакуумных трубках подробно рассмотрены в других работах (например [1]).

По мере совершенствования технологии производства транзисторов l/f-компонента шума была снижена до такой степени, что незадолго до первых измерений собственных шумов в транзисторе отмечалось следующее: Монтгомери и Кларк [13] нашли, что для частот выше 1 кГц в зависимости от смещения шумовая компонента l/f для п—п—р-сплавных транзисторов является несущественной и что измеренный коэффициент шума для таких приборов находится в согласии с вычисленным значением на основе теплового шума в объеме прибора и дробового шума в переходах. Эти основополагающие физические механизмы давали возможность получить фундаментальный предел шумовым характеристикам, которые можно было ожидать для транзисторов любого типа. В приборе, исследованном Монтгомери и Кларком, этот предел соответствовал коэффициенту шума примерно 3 дБ на частотах 1 кГц и выше.

Спектры l/f-шума и процесса Винера — Лёви (см. раздх 2.10), который является одним из видов случайного блуждания, сходны в том, что в обоих случаях имеет место закон обратной^ пропорциональности от частоты, в первом логарифмический* наклон, примерно —1, а во втором —2. Но с точки зрения стационарности их поведение различно. Процесс Винера — Лёви — кумулятивный и у него как у такового форма сигнала отчетливо выражена. В низкочастотном пределе у такого процесса гарантируется изменение спектральной плотности с частотой по закону 1/со2 и, следовательно, данный процесс является, безусловно, нестационарным. В таком случае не возникает вопроса, связанного с граничной частотой спектра, так как это противоречит самой природе данного процесса (отсечка, представленная на 2.5, б, не является особенностью самого спектра' Винера — Лёви, это — артефакт, связанный с конечной величиной селекции). Однако в случае же l/f-шума физические механизмы, обусловливающие форму сигнала, не являются отчетливо выраженными и низкочастотная отсечка может существо» вать, а может и не существовать; вопрос о стационарности такого шума остается до сих пор все еще открытым, это уже обсуждалось выше.

Ясно, что процесс, описываемый случайным цугом импульсов в том случае, когда индивидуальный импульс примерно описывается формулой /~1/2, приводит к тем же статистическим параметрам второго порядка, которые получают при экспериментальных измерениях l/f-шума. Конечно, физические механизмы, обусловливающие импульсы именно такой формы в электронной аппаратуре или во многих неэлектронных системах, с первого взгляда не очевидны. В качестве механизма, приводящего к модуляции электрического сопротивления образца, которая в свою очередь приводит к возникновению l/f-шума в определенном диапазоне частот, была предложена термодиффузия; такой механизм можно интерпретировать как процесс случайного цуга импульсов, рассмотренный выше. Хотя термофлуктуации больше не считают единственным механизмом, обусловливающим весь наблюдаемый l/f-шум (по крайней мере в большинстве случаев), эта модель казалась многообещающей в середине 1970-х гг. при ее возникновении. Одна привлекательная особенность этого подхода состоит в том, что равновесный обмен тепловой энергией между телом и его окружением есть явление универсальное и в этом смысле очень схожее с самим l/f-шумом. Однако другие факторы противоречили гипотезе о температурных флуктуациях, а экспериментальные данные, полученные к настоящему времени, таковы, что данная модель, если не целиком отвергается, то и не оправдывает связанных с ней надежд. Ввиду того внимания, которое привлек к себе этот механизм, когда он был предложен, и возможности его повторного рассмотрения в будущем в модифицированном виде, мы опишем его преимущества и недостатки ниже в разд. 6.7.3.

6.7. Физические механизмы возникновения 1//-шума и его теоретические модели

утверждал, что взрывной шум — явление сложное, которое никает из-за нескольких причин, в ряде случаев конкурирую-; щих между собой. С его дочки зрения, нет причин полагать, что все виды взрывного шума, которые экспериментально на-, блюдаются, обусловлены единственным физическим механизмом. И это действительно верно, поскольку в определенном смысле взрывной шум в р—n-переходах с прямым смещением имеет существенно иные характеристики по сравнению со взрывным шумом в обратносмещенных р—я-переходах, что дает возможность предполагать, что в этих двух случаях действуют разные физические механизмы генерации шума. Характеристики взрывного шума в р—я-переходах с прямым смещением рассматриваются ниже.

Твердотельные устройства, такие, как туннельные диоды, лавинно-пролетные диоды и диоды Ганна, в наши дни широко используются в качестве генераторов СВЧ. Эти устройства обладают собственными шумами, что в одних случаях практического применения не имеет большого значения, а в других заслуживает серьезного рассмотрения. Примером последнего может служить приемник СВЧ, в котором смеситель с внешним гетеродином помещается перед усилительным каскадом. Естественно, физические механизмы, ответственные за шум, зависят от внутренней структуры генератора. В этой главе мы не углубляемся в детали этих порождающих шум механизмов, а полагаем только, что генератор колебаний содержит внутренний генератор белого шума, который служит причиной появления на выходе случайно флуктуирующего сигнала. Спектральные характеристики выходного шума в твердотельных генераторах уже обсуждались в литературе [1, 2, 6, 15].

налов, где шум не столь важен. Кроме того, очень сложное подробное исследование физики работы ПЛПД требует компьютерного моделирования {15, 36] для анализа большого разнообразия формы сигналов диода и режимов, соответствующих включению диода в различные схемы. Пока физические механизмы в плазменном диоде неясны, создается впечатление, что подробную теорию шумовых характеристик усилителей на этих диодах получить невозможно.

6.6.9. l/f-шум у аморфных и поликристаллических веществ . . 177 6.7. Физические механизмы возникновения l/f-шума и его теоретические

Физические механизмы некоррелированного шума те же, что и в одноэлементных фоточувствительных устройствах. В фотодиодных матрицах с МДП-ключевыми транзисторами преобладает тепловой шум. Порог чувствительности, ограниченный этим шумом, составляет приблизительно 6-10~15 Дж.