ค่าชาร์จพื้นที่: คำจำกัดความ ตัวอย่าง และผลกระทบ

"space charge" หมายถึง พื้นที่ที่มีประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ ไม่ว่าจะอยู่ในอากาศหรือวัสดุฉนวน ประจุไฟฟ้านี้อาจเป็นบวกหรือลบ และอาจเคลื่อนที่ได้หรือไม่ได้ ประจุพื้นที่สามารถส่งผลต่อสนามไฟฟ้า, ศักย์ไฟฟ้า, และการไหลของกระแสไฟฟ้าในบริเวณนั้น

ตัวอย่างของประจุพื้นที่

ประจุพื้นที่สามารถเกิดขึ้นในสถานการณ์ต่างๆ เช่น:

• จุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์: เมื่อเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p (ซึ่งมีหลุมมากเกิน) ถูกนำมาสัมผัสกับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n (ซึ่งมีอิเล็กตรอนมากเกิน), อิเล็กตรอนและหลุมใกล้จุดเชื่อมต่อจะรวมตัวกัน ทำให้เหลือไอออนที่ไม่เคลื่อนที่ สร้างเป็นพื้นที่ประจุพื้นที่ที่ขาดแคลนพาหะประจุที่เคลื่อนที่ได้และมีสนามไฟฟ้าที่ขัดขวางการกระจายตัวของประจุต่อไป พื้นที่นี้เรียกว่าชั้นคายประจุหรือโซนคายประจุ

• หลอดอิเล็กตรอน: เมื่อหลอดอิเล็กตรอน (เช่น หลอดสุญญากาศหรือตัวแปลงเทอร์มิโอนิก) ได้รับพลังงาน อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกจากแคธ็อด (ขั้วลบ) และเคลื่อนที่ไปยังแอโนด (ขั้วบวก) แต่อิเล็กตรอนใช้เวลาในการเดินทางข้ามหลอด และอาจสร้างเมฆประจุลบใกล้แคธ็อด สร้างเป็นพื้นที่ประจุพื้นที่ที่ผลักอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกและลดการไหลของกระแสไฟฟ้า พื้นที่นี้เรียกว่า "แคธ็อดฟอลล์" หรือ "แคธ็อดเสมือน"

  

ประจุพื้นที่สามารถมีผลกระทบทั้งในทางบวกและลบต่ออุปกรณ์และแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น:

• ตัวแปลงเทอร์มิโอนิก: ตัวแปลงเทอร์มิโอนิกเป็นอุปกรณ์ที่แปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าโดยใช้การปล่อยเทอร์มิโอนิก, ซึ่งเป็นการปล่อยอิเล็กตรอนจากพื้นผิวโลหะที่ร้อน ประจุพื้นที่ลดประสิทธิภาพและกำลังผลิตของตัวแปลงเทอร์มิโอนิกโดยสร้างอุปสรรคเพิ่มเติมสำหรับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา เพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้ จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้นหรือแรงดันไฟฟ้าต่ำลง ซึ่งทำให้ความร้อนสูญเสียเพิ่มขึ้นหรือแรงดันไฟฟ้าลดลง

• เครื่องขยายสัญญาณ: เครื่องขยายสัญญาณเป็นอุปกรณ์ที่เพิ่มขนาดของสัญญาณขาเข้าโดยใช้หลอดอิเล็กตรอนหรือทรานซิสเตอร์ ประจุพื้นที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องขยายสัญญาณโดยสร้างแรงดันไฟฟ้าลบบนหลอดบางตัว ซึ่งเทียบเท่ากับการให้ไบอัสลบแก่พวกมัน ไบอัสนี้ช่วยควบคุมกระบวนการขยายสัญญาณและลดการบิดเบือน

• เสียงรบกวนจากการยิง: เสียงรบกวนจากการยิงเป็นประเภทหนึ่งของเสียงรบกวนที่เกิดจากความผันผวนแบบสุ่มของกระแสไฟฟ้าเนื่องจากประจุที่แยกกัน ประจุพื้นที่สามารถลดเสียงรบกวนจากการยิงโดยส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของประจุตามทาง ซึ่งลดจำนวนประจุที่มาถึงจุดใดจุดหนึ่งแบบสุ่ม ทำให้ลดความผันผวนทางสถิติ ซึ่งเป็นเสียงรบกวนจากการยิง

สรุป

      ประจุพื้นที่เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อประจุไฟฟ้าสะสมในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง ไม่ว่าจะอยู่ในอากาศหรือวัสดุฉนวน มันสามารถมีสาเหตุต่างๆ เช่น การปล่อยเทอร์มิโอนิก, จุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์, การแตกฉนวน, หรือต้นไม้น้ำ นอกจากนี้ ประจุพื้นที่ยังสามารถมีผลกระทบต่างๆ เช่น การลดประสิทธิภาพการแปลงเทอร์มิโอนิก, การปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องขยายสัญญาณ, หรือการลดเสียงรบกวนจากการยิง

แหล่งที่มา: Electrical4u

คำชี้แจง: ขอขอบคุณบทความดีๆ ที่ควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ