Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кеңістікте үздісіз таратылған электр заряды
Electric charge treated as continuously distributed in space
Кеңістік заряды – электр зарядтары жиынтығының түсіндірілуі, онда артық электр заряды кеңістіктің белгілі бір аймағына (көлемге немесе бетке) таратылған зарядтың үздісіздігі ретінде қарастырылады, емес, жеке нүктелік зарядтар ретінде емес. Бұл модель әдетте заряд тасымалдаушылар қатты дененің белгілі бір аймағынан шығарылған кезде қолданылады. Егер олар жеткілікті түрде таратылған болса, шығарылған тасымалдаушылардың бұлты кеңістік зарядты аймақ құрауы мүмкін, немесе қатты дененің ішінде қалған зарядталған атомдар немесе молекулалар кеңістік зарядты аймақ құрауы мүмкін. Кеңістік зарядты әсері диэлектрлік ортада (вакуумды қоса алғанда) ең жақсы байқалады; жоғары өткізгіш ортада заряд тез бейтараптанады немесе қоршалғандай болады. Кеңістік зарядты белгісі теріс немесе оң болуы мүмкін. Бұл жағдай, әсіресе, металл дене қыздырылғанда вакуумда оның жанындағы аймақта жақсы таныс. Бұл әсерді алғаш Томас Эдисон шам шамдарында байқаған, кейде оны Эдисон эффектісі деп атайды. Кеңістік заряды көптеген вакуумдық және қатты күйдегі электрондық құрылғыларда маңызды құбылыс болып табылады.
Space charge is an interpretation of a collection of electric charges in which excess electric charge is treated as a continuum of charge distributed over a region of space (either a volume or an area) rather than distinct point like charges. This model typically applies when charge carriers have been emitted from some region of a solid—the cloud of emitted carriers can form a space charge region if they are sufficiently spread out, or the charged atoms or molecules left behind in the solid can form a space charge region. Space charge effects are most pronounced in dielectric media (including vacuum); in highly conductive media, the charge tends to be rapidly neutralized or screened. The sign of the space charge can be either negative or positive. This situation is perhaps most familiar in the area near a metal object when it is heated to incandescence in a vacuum. This effect was first observed by Thomas Edison in light bulb filaments, where it is sometimes called the Edison effect. Space charge is a significant phenomenon in many vacuum and solid state electronic devices.
Гетеро және гомо айыппұл
Гетерозаряд дегеніміз – кеңістіктегі зарядтың полярлығы көрші электродтың полярлығына қарама-қарсы болса, гомозаряд – кері жағдай. Жоғары кернеу қолданғанда электродқа жақын гетерозарядтың түсірілім кернеуін төмендетуі күтіледі, ал гомозаряд оны арттырады. Айнымалы ток жағдайында полярлық өзгергеннен кейін гомозаряд гетеро кеңістік зарядқа айналады.
Hetero charge means that the polarity of the space charge is opposite to that of neighboring electrode, and homo charge is the reverse situation. Under high voltage application, a hetero charge near the electrode is expected to reduce the breakdown voltage, whereas a homo charge will increase it. After polarity reversal under ac conditions, the homo charge is converted to hetero space charge.
Пайда болуы
Ғарыш заряды – барлық вакуумдық құбырлардың ішкі қасиеті. Бұл кейде электр инженерлерінің жұмысын қиындатса, кейде жеңілдетіп, олардың жобаларында құбырларды пайдалануға мүмкіндік берді. Мысалы, ғарыш заряды триодты күшейткіштердің практикалық қолданылуын шектеді, нәтижесінде вакуумдық тетрод сияқты жаңа өнертабыстар пайда болды. Екінші жағынан, ғарыш заряды кейбір құбырларда пайдалы болды, себебі ол құбырдың ішінде теріс ЭҚК (электр қозғаушы күш) тудырады, оны құбыр желісіне теріс смещение (bias) беру үшін қолдануға болады. Желідегі смещение басқару кернеуімен қоса, желіге сыртқы кернеу қосылу арқылы да қол жеткізілуі мүмкін. Бұл инженерге күшейтуді басқару және оның сапасын жақсартуға көмектеседі. Осы арқылы, 6 немесе 12 вольт анод кернеуін қажет ететін автомобиль радиоларына арналған ғарыш зарядты құбырларды жасауға болады (мысалы, 6DR8/EBF83, 6GM8/ECC86, 6DS8/ECH83, 6ES6/EF97 және 6ET6/EF98). Ғарыш зарядтары диэлектриктерде де пайда болуы мүмкін. Мысалы, жоғары кернеулі электродқа жақын газ диэлектрлік бұзылуға ұшырағанда, электр зарядтары электрод маңындағы аймаққа енгізіліп, айналасындағы газдың ғарыш зарядтық аймақтарын құрайды. Ғарыш зарядтары қатты немесе сұйық диэлектриктерде де пайда болады, егер олар жоғары электр өрісіне түсетін болса. Қатты диэлектриктердегі тұтқындалған ғарыш зарядтары жоғары кернеулі электр кабельдері мен конденсаторларында диэлектрлік ақаулардың туындауына себеп болуы мүмкін. Жартылай өткізгіш физикасында заряд тасушыларынан босаған ғарыш зарядтық қабаттары p-n тораптарының түзету қасиеттерін және фотоэлектрлік элементтерде кернеудің жиналуын түсіндіру үшін модель ретінде қолданылады.
Space charge is an inherent property of all vacuum tubes. This has at times made life harder or easier for electrical engineers who used tubes in their designs. For example, space charge significantly limited the practical application of triode amplifiers which led to further innovations such as the vacuum tube tetrode. On the other hand, space charge was useful in some tube applications because it generates a negative EMF within the tube's envelope, which could be used to create a negative bias on the tube's grid. Grid bias could also be achieved by using an applied grid voltage in addition to the control voltage. This could improve the engineer's control and fidelity of amplification. It allowed the construction of space charge tubes for car radios that required only 6 or 12 volts anode voltage (typical examples were the 6DR8/EBF83, 6GM8/ECC86, 6DS8/ECH83, 6ES6/EF97 and 6ET6/EF98). Space charges can also occur within dielectrics. For example, when gas near a high voltage electrode begins to undergo dielectric breakdown, electrical charges are injected into the region near the electrode, forming space charge regions in the surrounding gas. Space charges can also occur within solid or liquid dielectrics that are stressed by high electric fields. Trapped space charges within solid dielectrics are often a contributing factor leading to dielectric failure within high voltage power cables and capacitors. In semiconductor physics, space charge layers that are depleted of charge carriers are used as a model to explain the rectifying behaviour of p–n junctions and the buildup of a voltage in photovoltaic cells.
Жартылай өткізгіштерде
Жартылай өткізгіштерде және оқшаулағыш материалдарда электр өрісі зарядталған бөлшектер, электрондар, өріс бағытына параллель белгілі бір дрейфтік жылдамдыққа ие болуына себеп болады. Бұл вакуумдағы бос зарядталған бөлшектердің қылығынан өзгеше, онда өріс бөлшекті үдетіп жібереді. Дрейфтік жылдамдық пен электр өрісінің шамалары арасындағы пропорционалдық коэффициент – қозғалғыштық деп аталады:
In semiconductors and insulating materials, an electric field causes charged particles, electrons, to reach a specific drift velocity that is parallel to the direction of the field. This is different from the behavior of the free charged particles in a vacuum, in which a field accelerates the particle. The proportionality factor between the magnitudes of the drift velocity, , and the electric field, , is called the mobility, :
Атыс шуы
Ғарыш заряды оқ шуды азайтуға бейім. Оқ шуы дискретті зарядтың кездейсоқ түсуінен туындайды; түсудегі статистикалық өзгерістер оқ шуын құрайды. Ғарыш заряды тасымалдаушылардың жылдамдығын төмендететін потенциал қалыптастырады. Мысалы, басқа электрондар тобына жақындаған электрон, итергіш күштің әсерінен баяулайды. Тасымалдаушылардың баяулауы ғарыш зарядының тығыздығын және одан туындайтын потенциалды арттырады. Бұдан өзге, ғарыш зарядының қалыптасуы шығарылатын тасымалдаушылар санын азайтуы мүмкін. Ғарыш заряды токқа шектеу қойғанда, тасымалдаушылардың кездейсоқ түсуі тегістеледі; азайған өзгерістер оқ шуының төмендеуіне себеп болады.
Space charge tends to reduce shot noise. Shot noise results from the random arrivals of discrete charge; the statistical variation in the arrivals produces shot noise. A space charge develops a potential that slows the carriers down. For example, an electron approaching a cloud of other electrons will slow down due to the repulsive force. The slowing carriers also increases the space charge density and resulting potential. In addition, the potential developed by the space charge can reduce the number of carriers emitted. When the space charge limits the current, the random arrivals of the carriers are smoothed out; the reduced variation results in less shot noise.