Введение
Пространственный заряд – это интерпретация совокупности электрических зарядов, в которой избыточный электрический заряд рассматривается как континуум, распределённый по области пространства (объёму или поверхности), а не как отдельные точечные заряды. Эта модель обычно применяется, когда носители заряда испускаются из некоторой области твёрдого тела – облако испущенных носителей может формировать область пространственного заряда, если они достаточно рассеяны, или заряженные атомы или молекулы, оставшиеся в твёрдом теле, могут формировать область пространственного заряда. Эффекты пространственного заряда наиболее выражены в диэлектрических средах (включая вакуум); в сильнопроводящих средах заряд стремится быстро нейтрализоваться или экранироваться. Знак пространственного заряда может быть как отрицательным, так и положительным. Эта ситуация наиболее известна вблизи металлического объекта, нагреваемого до свечения в вакууме. Этот эффект был впервые обнаружен Томасом Эдисоном в нитях накаливания ламп, где он иногда называется эффектом Эдисона. Пространственный заряд является важным явлением во многих вакуумных и твердотельных электронных приборах.
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 и гомо обвинение
Гетерозаряд означает, что полярность объемного заряда противоположна полярности соседнего электрода, а гомозаряд – обратная ситуация. При приложении высокого напряжения, гетерозаряд вблизи электрода, как ожидается, снизит пробивное напряжение, в то время как гомозаряд повысит его. После изменения полярности при переменном напряжении, гомозаряд преобразуется в гетерообъемный заряд.
Возникновение
Космический заряд является неотъемлемым свойством всех вакуумных ламп. Это порой облегчало или затрудняло работу инженеров-электриков, использовавших лампы в своих разработках. Например, космический заряд существенно ограничил практическое применение триодных усилителей, что привело к дальнейшим инновациям, таким как вакуумная лампа тетрод. С другой стороны, космический заряд был полезен в некоторых применениях ламп, поскольку он генерирует отрицательную ЭДС внутри баллона лампы, которую можно использовать для создания отрицательного смещения на сетке лампы. Смещение сетки также можно было достичь, используя приложенное напряжение на сетке в дополнение к управляющему напряжению. Это могло улучшить контроль инженера и точность усиления. Это позволило создать лампы с космическим зарядом для автомобильных радиоприемников, требующих всего 6 или 12 вольт анодного напряжения (типичными примерами были 6DR8/EBF83, 6GM8/ECC86, 6DS8/ECH83, 6ES6/EF97 и 6ET6/EF98). Космический заряд также может возникать в диэлектриках. Например, когда газ вблизи электрода высокого напряжения начинает испытывать диэлектрический пробой, электрические заряды внедряются в область вблизи электрода, образуя области космического заряда в окружающем газе. Космический заряд также может возникать в твердых или жидких диэлектриках, подвергающихся воздействию высоких электрических полей. Захваченные в твердых диэлектриках космические заряды часто являются фактором, приводящим к диэлектрическим пробоям в высоковольтных силовых кабелях и конденсаторах. В физике полупроводников слои космического заряда, обедненные носителями заряда, используются в качестве модели для объяснения выпрямляющего поведения p–n переходов и накопления напряжения в фотоэлектрических элементах.
В полупроводниках
В полупроводниках и изоляционных материалах электрическое поле заставляет заряженные частицы, электроны, достигать определенной скорости дрейфа, направленной параллельно полю. Это отличается от поведения свободных заряженных частиц в вакууме, где поле приводит к ускорению частицы. Коэффициент пропорциональности между величинами скорости дрейфа, , и напряженности электрического поля, , называется подвижностью, :
Шум выстрелов
Космический заряд имеет тенденцию уменьшать шум выстрела. Шум выстрела возникает из-за случайного прихода дискретных зарядов; статистические флуктуации в моменты прихода создают шум выстрела. Космический заряд формирует потенциал, который замедляет носители заряда. Например, электрон, приближаясь к облаку других электронов, будет замедляться под действием силы отталкивания. Замедление носителей также увеличивает плотность космического заряда и, как следствие, потенциал. Кроме того, потенциал, создаваемый космическим зарядом, может уменьшить число испускаемых носителей. Когда космический заряд ограничивает ток, случайные моменты прихода носителей сглаживаются; уменьшение флуктуаций приводит к снижению шума выстрела.