Просторовий заряд: визначення приклади та ефекти

Поняття просторового заряду означає область простору, де накопичуються електричні заряди, як у вільному просторі, так і в діелектричному матеріалі. Електричні заряди можуть бути або позитивними, або негативними, а також можуть бути рухомими або нерухомими. Просторовий заряд може впливати на електричне поле, електричний потенціал та потік струму в цій області.

Приклади просторового заряду

Просторовий заряд може з'являтися в різних ситуаціях, таких як:

• Перехідні зони напівпровідників: Коли p-тип напівпровідника (який має надлишок дірок) приймає контакт з n-типом напівпровідника (який має надлишок електронів), електрони та дірки поблизу переходу рекомбінуються, залишаючи нерухомі іони. Це створює область просторового заряду, яка обезлюдується мобільними носіями заряду і має електричне поле, що протидіє подальшому розсіюванню зарядів. Цю область також називають зоною обеднення або регіоном обеднення.

• Електронні лампи: Коли електронна лампа (наприклад, вакуумна лампа або терміонний перетворювач) живиться енергією, електрони випромінюються з катоду (від'ємного електрода) і рухаються до аноду (позитивного електрода). Однак, електронам потрібен скінченний час для пересування через лампу, і вони можуть утворити хмара негативних зарядів поблизу катоду. Це створює область просторового заряду, яка відштовхує виділені електрони та зменшує потік струму. Цю область також називають падінням на катоді або віртуальним катодом.

  

Просторовий заряд може мати як позитивний, так і негативний вплив на різні пристрої та застосування, такі як:

• Терміонні перетворювачі: Терміонні перетворювачі — це пристрої, які перетворюють тепло на електроенергію, використовуючи терміонну емісію, яка є випромінюванням електронів з поверхні гарячого металу. Просторовий заряд зменшує ефективність та вихідну потужність терміонних перетворювачів, створюючи додатковий бар'єр для виділених електронів. Для подолання цього бар'єру потрібні вищі температури або нижчі напруги, що збільшує тепловтрати або зменшує вихідну напругу.

• Підсилювачі: Підсилювачі — це пристрої, які збільшують амплітуду входного сигналу, використовуючи електронну лампу або транзистор. Просторовий заряд може покращити роботу підсилювачів, створюючи негативну напругу на деяких лампах, що еквівалентно наданню негативного зміщення. Це зміщення допомагає контролювати процес підсилення та зменшити спотворення.

• Шум пострілів: Шум пострілів — це тип шуму, який виникає через випадкові коливання електричного струму через дискретні заряди. Просторовий заряд може зменшити шум пострілів, впливаючи на рух зарядів вздовж їхнього шляху. Це зменшує кількість зарядів, які випадково приходять в певну точку, отже, зменшує їхню статистичну варіацію, яка є шумом пострілів.

Висновок

      Просторовий заряд — це явище, яке виникає, коли електричні заряди накопичуються в області простору, яка може бути як вільним простором, так і діелектричним матеріалом. Воно може мати різні причини, такі як терміонна емісія, переходи напівпровідників, пробій діелектрика або водні дерева. Воно також може мати різні ефекти, такі як зменшення ефективності терміонного перетворення, покращення роботи підсилювачів або зменшення шуму пострілів.

Джерело: Electrical4u

Заява: Уважайте оригінал, доброзичливі статті варто поширювати, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для вилучення.