Charge d'espace : Définition, exemples et effets
Un espace de charge est défini comme une région d'espace où les charges électriques s'accumulent, soit dans l'espace libre, soit dans un matériau diélectrique. Les charges électriques peuvent être positives ou négatives, et elles peuvent être mobiles ou immobiles. L'espace de charge peut affecter le champ électrique, le potentiel électrique, et le flux de courant dans la région.
Exemples d'espace de charge
L'espace de charge peut se produire dans diverses situations, telles que :
Jonctions de semi-conducteurs : Lorsqu'un semi-conducteur de type p (qui a un excès de trous) est mis en contact avec un semi-conducteur de type n (qui a un excès d'électrons), les électrons et les trous près de la jonction se recombinent, laissant derrière eux des ions immobiles. Cela crée une région d'espace de charge qui est dépourvue de porteurs de charge mobiles et possède un champ électrique qui s'oppose à la diffusion supplémentaire des charges. Cette région est également appelée couche de déplétion ou zone de déplétion.
Tubes électroniques : Lorsqu'un tube électronique (tel qu'un tube à vide ou un convertisseur thermionique) est alimenté, des électrons sont émis par la cathode (l'électrode négative) et se dirigent vers l'anode (l'électrode positive). Cependant, les électrons prennent un certain temps fini pour traverser le tube, et ils peuvent former un nuage de charges négatives près de la cathode. Cela crée une région d'espace de charge qui repousse les électrons émis et réduit le flux de courant. Cette région est également appelée chute de cathode ou cathode virtuelle.
L'espace de charge peut avoir des effets positifs et négatifs sur divers dispositifs et applications, tels que :
Convertisseurs thermioniques : Les convertisseurs thermioniques sont des dispositifs qui convertissent la chaleur en électricité en utilisant l'émission thermionique, qui est l'émission d'électrons à partir d'une surface métallique chaude. L'espace de charge réduit l'efficacité et la puissance de sortie des convertisseurs thermioniques en créant une barrière supplémentaire pour les électrons émis. Pour surmonter cette barrière, des températures plus élevées ou des tensions plus faibles sont nécessaires, ce qui augmente la perte de chaleur ou diminue la tension de sortie.
Amplificateurs : Les amplificateurs sont des dispositifs qui augmentent l'amplitude d'un signal d'entrée en utilisant un tube électronique ou un transistor. L'espace de charge peut améliorer les performances des amplificateurs en créant une tension négative sur certains tubes, ce qui est équivalent à leur fournir un biais négatif. Ce biais aide à contrôler le processus d'amplification et à réduire la distorsion.
Bruit de tir : Le bruit de tir est un type de bruit qui provient des fluctuations aléatoires du courant électrique dues aux charges discrètes. L'espace de charge peut réduire le bruit de tir en affectant le mouvement des charges le long de leur trajet. Cela réduit le nombre de charges qui arrivent de manière aléatoire à un point donné, réduisant ainsi leur variation statistique, qui est le bruit de tir.
Conclusion
L'espace de charge est un phénomène qui se produit lorsque des charges électriques s'accumulent dans une région d'espace, soit dans l'espace libre, soit dans un matériau diélectrique. Il peut avoir diverses causes, telles que l'émission thermionique, les jonctions de semi-conducteurs, la rupture diélectrique, ou les arbres d'eau. Il peut également avoir divers effets, tels que la réduction de l'efficacité de conversion thermionique, l'amélioration des performances des amplificateurs, ou la réduction du bruit de tir.
Source : Electrical4u
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