ГЕНЕРАТОР РАЗРЫВОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ - КАЧЕР НА ТРАНЗИСТОРЕ Российский патент 2012 года по МПК H03K3/33 

Изобретение относится к областям автоматика, связь, электроника, энергетика.

Известен качер на радиолампе или транзисторе, см. описание Заявки №2010138295/089 (054709).

В заявке изложены признаки, относящиеся к радиолампе и транзистору, но без учета особенностей физики транзистора, требующих патентной защиты дополнительных отличительных признаков.

Генератор разрывов электрической цепи обладает уникальными физическими свойствами, ранее открытыми с помощью трансформатора Тесла. Разница между разрядником Тесла и качером в том, что качер (качатель реактивностей) - электронная схема, работающая в непрерывном режиме. Это позволяет создать трансформатор постоянного тока, абсолютный датчик - преобразующий неэлектрические величины в ток, напряжение, частоту напрямую без преобразований, передавать информацию через сплошные среды, и многое другое, что и является целью предлагаемого изобретения.

Если кристалл транзистора какое-то время будет полностью состоять из дырок (например, при температуре абсолютного нуля), в отсутствии электронов, то это означает, что он стал изолятором.

Известно, что при освещении pn перехода светом на его электродах возникает разность потенциалов. Электроны получают дополнительную энергию квантов света, и покидая валентную зону атома, переходят на более высокий разрешенный энергетический уровень в зону проводимости. Из-за поддерживаемой светом избыточности концентрации электронов возникает разность потенциалов на внешних границах перехода.

Наблюдение *1.с.а контура из генератора импульсов, индуктивности и pn перехода показывает, что после импульса наружного генератора (1.21.а, 1.аб.а) длительное время (прямо зависящее от величины индуктивности и амплитуды импульса) происходит ионизация дырок в кристалле, при этом на электродах диода 73 наблюдается напряжение 71 почти то же, что и во время воздействия внешнего импульса. Это объясняется тем, что электрон, возвращаясь из зоны проводимости в валентную зону, выделяет квант энергии, наблюдаемый на pn переходе в виде напряжения. Т.е. наблюдается событие, обратное тому, что было при освещении pn перехода.

Когда концентрация электронов в кристалле падает до нуля, возникает разрыв цепи, подтверждаемый реакцией возникновения ЭДС самоиндукции 1.71.а, которая затем преобразуется в колебательный процесс. Состояние разрыва цепи не может продолжаться долго, поскольку температурная, магнитная, электрическая составляющие всегда присутствуют в кристалле как деионизатор. В момент разрыва успевает возникнуть некоторое количество электронов, с энергией, похожей на емкостную, которая реагирует с индуктивностью, в результате возникает затухающий колебательный процесс.

В 1.21.а на шунте 21 наблюдается увеличение тока на время действия импульса генератора, за этим следует его плавное уменьшение до 0 А. В это время на базовом электроде наблюдается напряжение 0.7 В (по Закону Ома, если ток стремится к 0, а напряжение при этом не меняется, означает, что сопротивление цепи становится равным бесконечности), и при 0 А начинается пока еще малозаметный колебательный процесс.

Разрыв цепи наблюдается и на вторичной обмотке аб (1.аб.а). Время импульса с генератора 72 выглядит отрицательным выбросом, а время ионизации дырок положительным. Измерения производятся во вторичной цепи, т.е. через магнитное поле.

Во время действия импульса с внешнего генератора преобладает электронная составляющая проводимости. Из-за этого во вторичной обмотке отрицательный сигнал. После импульса преобладает дырочная проводимость, и это соответствует положительному сигналу. Эти суждения вытекают их эффекта Холла.

Взаимное подавление дырочной составляющей составляющую электронную (вызванную источником импульса амплитудой 8 В, см. 1.п.а) можно увидеть на опытах 1.41.б, в, г, 2.41,аб, г при встречном включении базовой и коллекторной катушек (отрицательной обратной связи).

В основу объяснения принципа действия качера заложены следующие утверждения.

1. Если с одной стороны кристалла транзистора инжектируется некоторое количество электронов, а на противоположной стороне экстрагируется большее количество электронов, то внутри кристалла возникает градиент напряжения от 0 В на плюсовой к источнику питания стороне до 0.7 В на базовом электроде, с увеличением к противоположной стороне кристалла, направленной к минусу источника питания. См. 1.вг.г.

2. Индуктивность при базе (а также ее отсутствие) инициирует генерацию дырок в базовой области.

3. Индуктивность коллекторной ветви обеспечивает экстракцию электронов из кристалла транзистора, через сопротивление индуктивности.

4. Ток базы является компенсационным, направленным от большего напряжения на одном из электродов кристалла транзистора к меньшему на другом электроде.

5. Разрыв цепи - это удаление электронов из кристалла.

6. Импульсам напряжения разрыва не соответствует ток. Ток размещается во временном промежутке между импульсами разрыва.

7. Напряжение в базовой и коллекторной ветвях, относительно полюсов источника питания коллекторной ветви, находятся в одинаковой фазе (непосредственно на электродах базы и коллектора они выглядят в противофазе, поскольку измеряются относительно направления тока, проходящего в измеряемых точках).

В таблице 1 рассмотрены эффекты, свойственные для качера, собранного на npn транзисторе.

Во всех схемах 1.71.а, б, в, г базовые электроды в межимпульсное время имеют напряжение около 0.7 В.

Во всех схемах напряжение на эмиттере и коллекторе в межимпульсный период близко к 0 В относительно общего полюса источника питания коллекторной ветви.

Во всех схемах базовый ток отрицательный и убывающий к 0 А.

Во всех схемах базовый ток направлен от эмиттера к базе, даже в отсутствие взаимоиндукции между базовой и коллекторной катушками. Это может быть только при наличии в ветви источника напряжения, каковым был изначально импульс внешнего генератора. Но автономные колебания без взаимоиндукции возникают и по окончании действия импульса. Это означает, что источник напряжения, создающий ток базы, находится внутри кристалла транзистора.

Вывод - напряжение на базе является промежуточным. Внутри кристалла напряжение на краях меняется от 0 В со стороны, обращенной к плюсу источника питания коллекторно-эмиттерной ветви, до +0.7 В на базовом электроде, повышаясь к стороне, обращенной к отрицательному полюсу, как показано на графике U(x) 1.вг.г.

Базовый ток не является в общепринятом смысле базовым током, открывающим возможность инжекции основных носителей из эмиттера в базу. Это ток компенсационный, возникающий от перехода избыточных электронов с большего потенциала изнутри кристалла, к меньшему в базе, через малое сопротивление базовой индуктивности. Пробка из дырок образуется с повышением концентрации дырок в кристалле. Внутреннее напряжение по всему кристаллу выравнивается, вызывая разрыв цепи.

Энергия, переданная в скважности магнитным моментам атомов окружающего индуктивности вещества, возвращается в виде импульса напряжения самоиндукции возникающего при разрыве цепи, многократно превышающего уровень питающего напряжения.

В таблице 1 все показанные осциллограммы происходят при допороговом коллекторном напряжении 0.3 В. На базе в это время 0.7 В (см. 1.71.в, г).

Вывод: По окончания импульса с внешнего генератора, некоторое время происходит ионизация дырок. С выносом электронов из кристалла транзистора происходит разрыв цепи, вызывающий импульс самоиндукции. Это состояние удерживается наносекунды. В паузе разрыва восстанавливается концентрация электронов в кристалле транзистора. Процесс схожий с тем, что при освещении pn перехода светом, только в этом случае участвует энергия возврата механически развернутых магнитных моментов атомов окружающего индуктивности вещества, совершенное передачей энергии током электронов в межимульсное время. Восстановленные электроны вновь выносятся из кристалла в очередном периоде, и опять возникает очередной импульс разрыва цепи.

В таблице 2 повторяются те же действия с pnp транзистором, что было в таблице 1 с npn. Здесь допороговый режим получается на более низком уровне питания - 0.2 В. Это объясняется тем, что транзистор более легирован акцепторами. Электронная составляющая незначительная и присутствует в базе (а не в легированных донорами эмиттере и коллекторе как в npn).

Во всех схемах, показанных в таблицах, при вводе взаимоиндукции уменьшается частота. Это происходит потому, что при взаимоиндукции большее число носителей из объема кристалла, электронов и дырок, вовлекается в качер процесс.

В таблице 3 показаны схемы с ОЭ, ОБ, ОК, НОЭ. Здесь, как и в 1, 2 таблицах, все эпюры токов и напряжений совпадают по форме. Несмотря на то, что напряжения питания разнятся в 10 раз, амплитуды токов мало отличаются. Во всех случаях на коллекторе и эмиттере напряжения в межимпульсном промежутке почти равны 0 В, что соответствует состоянию открытого транзистора. Ток базы во всех случаях убывающий, что соответствует запиранию транзистора в общеизвестном принципе работы транзистора. Во всех случаях напряжение на базе около 0.7 В.

Схема 3.с.б подтверждает Утверждение 1. Здесь 71,81~-0.7 В несмотря на то, что 8_н1=7 В. Если 71 принять за 0 В (вставить в него корпусной щуп осциллографа), то все встанет на свои места. На базе будет +0.7 В, на эмиттере и коллекторе около 0 В, остальное как обычно с ОЭ. Электрическое поле аб, вг изменяется вокруг нулевой оси и является отпирающим (своей низкоамплитудной частью) коллекторный и эмиттерный переходы.

Важно отметить, аб и вг находятся в одинаковой фазе, импульсы разрыва направлены в одну и ту же сторону (на осциллограммах, полученных непосредственно с индуктивностей в разные стороны, это объясняется тем, что измерения производятся относительно разных направлений тока). При этом измерения проводятся при согласной (начало к началу) и соосной установке катушек.

Запуск качер процесса не всегда происходит автономно. Приходится создавать внешнее воздействие касанием пинцетом на базу, или трансформацией в индуктивность независимым работающим качером запускаемого качера, или одиночным отпирающим импульсом в базу. Изначальное автономное включение может обеспечить внешний источник питания или делитель, приоткрывающий допороговым уровнем напряжения диффузионный потенциальный барьер на базовом переходе. В режиме генерации он может быть отключен.

Если в базовые ветви представленных в таблице 3.с.а,б,в схем вставить источник постоянного напряжения с полярностью противоположной полярности источника питания коллекторной ветви, генерация будет продолжаться до тех пор, пока напряжение источника такого смещения не сравняется с напряжением источника питания коллекторной ветви. Это также подтверждает существование дырочной пробки. 3.с.г при инверсном напряжении с наружного источника заработает при надпороговом напряжении питания коллекторной ветви.

В таблице 4.с.а представлен двухтранзисторный качер, работающий на допороговом уровне питания каждого отдельного кремниевого транзистора, когда на каждом транзисторе падает по 0.7 В. Транзисторы разнополярных проводимостей, имеющие общий ток, показывают разные амплитуды напряжений на разных полюсах одной и той же индуктивности 4.71,81.а. Это происходит от того, что pnp транзистор имеет меньшее собственное сопротивление, поскольку более легирован акцепторами, чем npn транзистор, и при общем для обоих транзисторов токе на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.

О качере 4.с.б можно сказать следующее. Из экспериментов, воздействуя на коллекторную ветвь импульсом с наружного генератора и одновременно подавая допороговое смещение в базу, видно, что индуктивность с электронами кристалла (током) транзистора способна совершать синхронные гармонические колебания. Величина индуктивности может меняться в очень больших пределах (это не резонанс). Наличие положительного допорогового смещения (надпороговое открывает транзистор, и закорачивает источник питания через малое активное сопротивление индуктивности, вызывая тепловой пробой транзистора), позволяет делать амплитуду этих колебаний выше, чем напряжение источника питания. Отрицательная полуволна заходит за пределы минусового уровня источника питания коллекторной ветви и электроны, направляемые внутренним электрическим полем индуктивности, встречаются с электрическим полем положительного полюса источника питания коллекторной ветви, которое заведомо выше зашедшей за нулевой уровень части отрицательной полуволны.

Начало отбора электронов сопровождается пульсацией. К наружному напряжению 0.5 В добавляется образующая дырки составляющая 4.71.б. Возникает ток 31, выносящий электроны из кристалла, создающий пробку. 4.31.б вслед за током отбора электронов наблюдаются две реакции выхода полуволны из насыщения и входа в нее. Положительный выброс 81 остается бестоковым, как и в остальных видах качеров.

4.с.в работает на том же принципе, что и 4.с.б, только в этом случае вместо наружного источника действует бестоковая катушка 7_н7, которая своим электрическим полем приоткрывает базово-эмиттерный потенциальный барьер, и на уровне положительной полуволны (которая на коллекторе наблюдается как отрицательная, см. Утверждение п.7) создаются условия для выноса электронов через коллектор.

В 4.с.в наблюдается явление возникновения сгустка энергии на свободном конце 7, активное взаимодействие которого с внешней средой вызывает увеличение напряжения источника питания и тока в коллекторной ветви по сравнению с теми параметрами питания, когда взаимодействие с внешней средой отсутствовало (т.е. внесение в прибор энергии извне). Явление наблюдается постоянно. На этом основании делаются утверждения многочисленных авторов о возможности создания электрических генераторов с КПД выше 100%. Явление заслуживает дальнейшего тщательного изучения.

Все представленные схемы могут быть воспроизведены на любых транзисторах любой мощности. С индуктивностями любого намоточного вида от 1 витка и выше, с чиповыми индуктивностями. Они могут быть вытравленными на металлизированных поверхностях. Могут состоять из проводников из высокоомных материалов. Предпочтительные сердечники однополосные, но могут быть любыми.

Полевые транзисторы работают в режиме качера. Их свойства во многом совпадают с качером на p/лампе.

* Условные обозначения: последовательность знаков перед точками здесь и далее означают - таблица, строка, колонка: [№ таблицы], [строка в данной таблице, буквы «н» - название, «п» - параметры, «с» - схема, цифры и парные буквы в строке означают точки на схеме, между которыми произведена осциллограмма или иное измерение], [колонка].

В тексте вместо, например, U_num, пишется 81 разность потенциалов между измеряемыми точками, обозначенными на схемах. В разных схемах схожие точки обозначаются одинаковыми цифрами.

** Одновременно следует принять для однозначности следующие правила:

1. Началом индуктивности принимаем: (подобно европейскому письму), начало - левый верхний угол, конец - нижний правый (Текст справа).

2. Расположение витков справа от начала сверху вниз по часовой стрелке (см. 4.с.г). На схемах начало индуктивности обозначается точкой, и индексом «н» при цифре, означающей точку измерения.

3. Начало базовой индуктивности всегда соединяется с базой. Начало коллекторной индуктивности всегда соединяется с источником питания.

В этом случае при согласном расположении катушек «начало к началу» обеспечивается положительная взаимоиндуктивная связь.

- Нулевая черта отсчета в осциллограммах обозначается бледной горизонтальной чертой.

- Верхняя цифра в осциллограммах означает цену одного деления сетки осциллографа в µS, ближайшая к нулевой черте - цена деления по вертикали в вольтах для данного луча.

- На некоторых осциллограммах лучи обозначены измеряемыми точками

• допороговый уровень - следует считать уровень напряжения на pn переходе, соответствующий режиму отсечки для данного транзистора.

• надпороговый уровень - следует считать уровень напряжения на pn переходе, при котором транзистор способен войти в активный режим и режим насыщения.

Изобретение относится к средствам автоматики, связи электроники и энергетики. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей генератора разрывов, за счет преобразования неэлектрических величин в ток, напряжение, частоту без преобразований, и передачи информации через сплошные среды. Генератор разрывов электрической цепи на транзисторе, отличающийся тем, что при допороговом и надпороговом напряжении источника питания в коллекторной ветви создаются условия для экстракции электронов в сторону положительного полюса источника питания, при этом заполнение объема кристалла транзистора дырками формирует кратковременный разрыв цепи в конце периода, за время которого восстанавливается исходная концентрация электронов, а в течение всего межимпульсного периода формируется напряжение на базовом электроде, из-за этого между наружными электродами внутри транзистора создается перепад напряжений, инверсный источнику питания коллекторной ветви, выравнивающийся по амплитуде вдоль всего кристалла при повышении концентрации дырок. 4 табл.

Генератор разрывов электрической цепи на транзисторе, возникающих в цепях, состоящих из наружных элементов, входящих в состав электросхемы на транзисторе, создающей импульсы напряжения самоиндукции в момент прерывания течения тока, состоящий из одного или двух транзисторов и наружных индуктивностей с сердечниками или без, при этом наружные ветви генератора могут дополнительно включать диоды, резисторы, конденсаторы, источники питания, а индуктивности могут не состоять в обратной связи, и в том же состоянии находиться в положительной обратной связи, и при определенных витковых соотношениях генерировать находясь в отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что при допороговом и надпороговом напряжении источника питания в коллекторной ветви создаются условия для экстракции электронов в сторону положительного полюса источника питания с целью повышения концентрации дырок в объеме кристалла транзистора, при этом заполнение объема кристалла транзистора дырками формирует кратковременный разрыв цепи в конце периода, за время которого восстанавливается исходная концентрация электронов, а в течение всего межимпульсного периода формируется напряжение на базовом электроде, соответствующее выделению энергии перехода электронов с высокого энергетического уровня на ниже лежащий, из-за этого между наружными электродами внутри транзистора создается перепад напряжений, инверсный источнику питания коллекторной ветви, выравнивающийся по амплитуде вдоль всего кристалла при повышении концентрации дырок, и за время экстракции электронов, выражающейся в нарастающем до момента разрыва токе коллектора эмиттера, при этом одновременно базовый ток делается убывающим, поскольку является компенсационным, удаляющим электроны с внешней стороны кристалла транзистора с большим напряжением внутри кристалла к меньшему напряжению на базовом электроде, и в конце периода при достижении разрыва течения тока в ветвях возникает напряжение самоиндукции, многократно превышающее уровень напряжения, питающего ветвь.