空間電荷：定義、例および影響
空間電荷とは、自由空間または誘電体材料の中で電荷が蓄積する領域を指します。電荷は正または負であり、移動可能または不動である場合があります。空間電荷は電場、電位、およびその領域での電流の流れに影響を与えることができます。
空間電荷の例
空間電荷は以下の状況で発生することがあります：
半導体接合部: p型半導体（穴過剰）とn型半導体（電子過剰）が接触すると、接合部近くの電子と穴が再結合し、不動のイオンを残します。これにより、移動可能な電荷キャリアが枯渇した空間電荷領域が形成され、電荷のさらなる拡散を防ぐ電場が生じます。この領域は枯渇層または枯渇ゾーンとも呼ばれます。
電子管: 電子管（真空管や熱電子変換器など）に電力が供給されると、カソード（負極）から電子が放出され、アノード（正極）に向かって移動します。しかし、電子は管を横断するのに有限の時間がかかり、カソード近くに負の電荷の雲を形成することができます。これにより、放出された電子を反発し、電流の流れを減少させる空間電荷領域が形成されます。この領域はカソード降下または仮想カソードとも呼ばれます。
空間電荷は様々なデバイスやアプリケーションに対して、以下のような正と負の効果を持つことがあります：
熱電子変換器: 熱電子変換器は、熱電子放出を使用して熱を電気に変換する装置です。空間電荷は、放出された電子に対する追加の障壁を作り出し、熱電子変換器の効率と出力を低下させます。この障壁を克服するには、より高い温度または低い電圧が必要となり、これは熱損失の増大または電圧出力の減少につながります。
増幅器: 増幅器は、電子管またはトランジスタを使用して入力信号の振幅を増加させる装置です。空間電荷は、一部の管に負の電圧を作り出すことで、増幅器の性能を向上させることができます。これはそれらに負のバイアスを与えることに等しく、このバイアスは増幅過程を制御し、歪みを減らすのに役立ちます。
ショットノイズ: ショットノイズは、離散的な電荷による電流のランダムな変動から生じるノイズの一種です。空間電荷は、電荷の動きに影響を与え、特定の点にランダムに到達する電荷の数を減少させることでショットノイズを減少させることができます。これにより、統計的な変動、つまりショットノイズが減少します。
結論
空間電荷は、自由空間または誘電体材料の中で電荷が蓄積する現象です。熱電子放出、半導体接合部、誘電体破壊、または水樹などの様々な原因によって発生します。また、熱電子変換効率の低下、増幅器の性能向上、ショットノイズの減少などの様々な効果を持ちます。
出典: Electrical4u
声明: 原文を尊重し、良い記事は共有に値します。著作権侵害がある場合は削除をお願いします。
