Пространствен заряд: Дефиниция, примери и ефекти
Пространствен заряд се дефинира като област в пространството, където електрически заряди се натрупват, или в свободното пространство, или в диелектричен материал. Електрическите заряди могат да бъдат положителни или отрицателни и могат да бъдат подвижни или неподвижни. Пространственият заряд може да влияе на електричното поле, електричния потенциал и тока в тази област.
Примери за пространствен заряд
Пространствен заряд може да се появи в различни ситуации, такива като:
Полупроводникови съединения: Когато p-тип полупроводник (който има излишък от дупки) се докосне до n-тип полупроводник (който има излишък от електрони), електроните и дупките близо до съединението рекомбинират, оставяйки зад себе си неподвижни иони. Това създава област на пространствен заряд, която е лишена от подвижни носители на заряд и има електрично поле, което противодейства на по-нататъшната дифузия на зарядите. Тази област се нарича и зона на обезвождане или зона на обезвождане.
Електронни лампи: Когато електронна лампа (като вакуумна лампа или термионен преобразувател) получава напрежение, електрони се излъчват от катода (отрицателния електрод) и се движат към анода (положителния електрод). Обаче, електроните изминават определено време, за да преминат през лампата, и могат да образуват облак от отрицателни заряди близо до катода. Това създава област на пространствен заряд, който отблъсква излъчваните електрони и намалява тока. Тази област се нарича и катоден падеж или виртуален катод.
Пространствен заряд може да има както положителни, така и отрицателни ефекти върху различни устройства и приложения, такива като:
Термионни преобразуватели: Термионните преобразуватели са устройства, които преобразуват топлина в електричество чрез използване на термионно излъчване, което е излъчването на електрони от гореща метална повърхност. Пространствен заряд намалява ефективността и мощността на термионните преобразуватели, като създава допълнителна бариера за излъчваните електрони. За да се преодолее тази бариера, са необходими по-високи температури или по-ниски напрежения, които увеличават губите на топлина или намаляват изходящото напрежение.
Усилители: Усилителите са устройства, които увеличават амплитудата на входния сигнал чрез използване на електронна лампа или транзистор. Пространствен заряд може да подобри производителността на усилителите, като създава отрицателно напрежение в някои лампи, което е еквивалентно на предоставяне на отрицателна предварителна компенсация. Тази компенсация помага да се контролира процесът на усилване и да се намали искажението.
Импулсни шумове: Импулсните шумове са вид шум, който произтича от случайни колебания на електричния ток поради дискретни заряди. Пространствен заряд може да намали импулсните шумове, като влияе на движението на зарядите по техния път. Това намалява броя на зарядите, които достигат случайно до дадена точка, следователно намалява и статистическата им вариация, която е импулсният шум.
Заключение
Пространствен заряд е феномен, който се появява, когато електрически заряди се натрупват в област на пространството, или в свободното пространство, или в диелектричен материал. Може да има различни причини, такива като термионно излъчване, полупроводникови съединения, диелектрично разрушаване или водни дървета. Може също да има различни ефекти, такива като намаляване на ефективността на термионното преобразуване, подобряване на производителността на усилителите или намаляване на импулсните шумове.
Източник: Electrical4u
Декларация: Почитайте оригинала, добри статии заслужават споделяне, ако има нарушение на авторските права, моля, свържете се за изтриване.
