Prostorový náboj: Definice, příklady a účinky
Prostorový náboj se definuje jako oblast prostoru, kde se elektrické náboje akumulují, ať už ve volném prostoru nebo v dielektrickém materiálu. Elektrické náboje mohou být buď pozitivní, nebo negativní, a mohou být buď pohyblivé, nebo nepohyblivé. Prostorový náboj může ovlivnit elektrické pole, elektrický potenciál a proud v této oblasti.
Příklady prostorového náboje
Prostorový náboj může nastat v různých situacích, například:
Přechodové oblasti polovodičů: Když se p-polovodič (který má přebytek děr) připojí k n-polovodiči (který má přebytek elektronů), elektrony a díry blízko přechodu se rekombinují, zanechávají za sebou nepohyblivé ionty. Tím vzniká oblast prostorového náboje, která je vyčerpana pohyblivými nosiči náboje a má elektrické pole, které brání další difuzi nábojů. Tato oblast se také nazývá vyčerpávací vrstva nebo vyčerpávací zóna.
Elektronové trubice: Když se elektronová trubice (např. vakuumová trubice nebo termionický převodník) napájí, elektrony jsou emitovány z katody (záporné elektrody) a pohybují se směrem k anodě (kladné elektrodě). Nicméně, elektrony potřebují určitou konečnou dobu, aby prošly trubicí, a mohou tvořit mrak negativních nábojů blízko katody. Tím vzniká oblast prostorového náboje, která odpuzuje emitované elektrony a snižuje tok proudu. Tato oblast se také nazývá padec katody nebo virtuální katoda.
Prostorový náboj může mít jak pozitivní, tak negativní efekty na různé zařízení a aplikace, jako jsou:
Termionické převodníky: Termionické převodníky jsou zařízení, která převádějí teplo na elektrickou energii pomocí termionické emise, což je emise elektronů z horké kovové povrchu. Prostorový náboj snižuje efektivitu a výkon termionických převodníků tím, že vytváří dodatečnou bariéru pro emitované elektrony. Aby byla tato bariéra překonána, jsou potřeba vyšší teploty nebo nižší napětí, což zvyšuje tepelné ztráty nebo snižuje výstupní napětí.
Zesilovače: Zesilovače jsou zařízení, která zvyšují amplitudu vstupního signálu pomocí elektronové trubice nebo tranzistoru. Prostorový náboj může vylepšit výkon zesilovačů tím, že vytváří záporné napětí na některých trubicích, což je ekvivalentní poskytnutí záporné polarizace. Tato polarizace pomáhá kontrolovat proces zesilování a snižovat zkreslení.
Štěpný šum: Štěpný šum je typ šumu, který vzniká z náhodných fluktuací elektrického proudu způsobených diskrétními náboji. Prostorový náboj může snížit štěpný šum tím, že ovlivňuje pohyb nábojů po jejich cestě. To snižuje počet nábojů, které náhodně dorazí na daný bod, což snižuje jejich statistickou variabilitu, což je štěpný šum.
Závěr
Prostorový náboj je fenomén, který nastává, když se elektrické náboje akumulují v oblasti prostoru, ať už ve volném prostoru nebo v dielektrickém materiálu. Může mít různé příčiny, jako jsou termionická emise, přechodové oblasti polovodičů, dielektrické protržení nebo vodní stromy. Může také mít různé účinky, jako je snížení efektivity termionické konverze, vylepšení výkonu zesilovačů nebo snížení štěpného šumu.
Zdroj: Electrical4u
Prohlášení: Respektujte původ, dobaře napsané články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte pro smazání.
