Пространственный заряд: определение примеры и эффекты

Пространственный заряд определяется как область пространства, где накапливаются электрические заряды, будь то в свободном пространстве или в диэлектрическом материале. Электрические заряды могут быть как положительными, так и отрицательными, они могут быть подвижными или неподвижными. Пространственный заряд может влиять на электрическое поле, электрический потенциал и течение тока в данной области.

Примеры пространственного заряда

Пространственный заряд может возникать в различных ситуациях, таких как:

• Полупроводниковые переходы: Когда p-тип полупроводника (с избытком дырок) соприкасается с n-типом полупроводника (с избытком электронов), электроны и дырки около перехода рекомбинируют, оставляя за собой неподвижные ионы. Это создает область пространственного заряда, обедненную подвижными носителями заряда и имеющую электрическое поле, противодействующее дальнейшему диффузии зарядов. Эта область также называется зоной обеднения или зоной истощения.

• Электронные лампы: Когда электронная лампа (например, вакуумная лампа или термоэлектрический преобразователь) подключена к источнику питания, электроны испускаются катодом (отрицательным электродом) и движутся к аноду ( положительному электроду). Однако электроны затрачивают некоторое конечное время на пересечение лампы, и они могут образовать облако отрицательных зарядов около катода. Это создает область пространственного заряда, которая отталкивает испущенные электроны и уменьшает ток. Эта область также называется падением напряжения на катоде или виртуальным катодом.

  

Пространственный заряд может иметь как положительные, так и отрицательные эффекты на различные устройства и приложения, такие как:

• Термоэлектрические преобразователи: Термоэлектрические преобразователи — это устройства, которые преобразуют тепло в электричество, используя термоэмиссию, которая представляет собой испускание электронов с горячей металлической поверхности. Пространственный заряд снижает эффективность и выходную мощность термоэлектрических преобразователей, создавая дополнительный барьер для испущенных электронов. Чтобы преодолеть этот барьер, требуются более высокие температуры или более низкие напряжения, что увеличивает тепловые потери или уменьшает выходное напряжение.

• Усилители: Усилители — это устройства, которые увеличивают амплитуду входного сигнала, используя электронную лампу или транзистор. Пространственный заряд может улучшить работу усилителей, создавая отрицательное напряжение на некоторых лампах, что эквивалентно предоставлению им отрицательного смещения. Это смещение помогает контролировать процесс усиления и уменьшает искажения.

• Шумовые выбросы: Шумовые выбросы — это тип шума, который возникает из-за случайных колебаний электрического тока, вызванных дискретными зарядами. Пространственный заряд может уменьшить шумовые выбросы, влияя на движение зарядов по их пути. Это уменьшает количество зарядов, случайно прибывающих в данную точку, тем самым уменьшая их статистическую вариацию, которая является шумом.

Заключение

     Пространственный заряд — это явление, которое происходит, когда электрические заряды накапливаются в области пространства, будь то в свободном пространстве или в диэлектрическом материале. Он может иметь различные причины, такие как термоэмиссия, полупроводниковые переходы, диэлектрический пробой или водные деревья. Он также может иметь различные эффекты, такие как снижение эффективности термоэлектрического преобразования, улучшение работы усилителей или уменьшение шумовых выбросов.

Источник: Electrical4u

Заявление: Уважайте оригинальные статьи, достойные обмена, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.