Tértöltés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2017. szeptember 4-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A térbeli töltés  egy azonos előjelű elosztott, nem kompenzált elektromos töltés . Tértöltések keletkeznek a vákuum- és gázkisüléses lámpákban az elektródák közötti térben , valamint a félvezető eszközök inhomogén tartományaiban, és erősen befolyásolják az áram áthaladását ezeken a területeken, ami az ilyen eszközök nemlineáris áram-feszültség jellemzőit eredményezi.

Példák

Például egy vákuumdiódában , amikor áram folyik a katód és az anód között, a köztük lévő résben van egy bizonyos koncentrációjú elektronok , amelyek negatív töltéssel rendelkeznek. Ugyanakkor ebben a régióban nincsenek pozitív töltésű ionok , ezért negatív töltésű elektronfelhő képződik. Ez a felhő megakadályozza az elektronok kibocsátását a katódból.

Tértöltések keletkeznek a félvezető diódákban is a pn átmenet tartományában . Az ilyen átmenet tartományában lévő n-típusú félvezetőből származó elektronok egy p-típusú félvezetőbe diffundálnak, ahol lyukakkal rekombinálódnak . Hasonlóképpen, a lyukak a p-típusú félvezetőből az n-típusú félvezetőbe diffundálnak, ahol újra egyesülnek az elektronokkal. Ennek eredményeként a pn átmenet körül elektronhiányos és elektronfelesleggel rendelkező régiók jelennek meg, pozitívan, illetve negatívan töltve. Az n-típusú félvezető elektronhiányos tartományában pozitív töltést hoznak létre a donorok, a p-típusú feleslegben pedig negatív töltést hoznak létre az akceptorok, amelyeken az elektronok megragadnak.

Elektromos mező a tértöltési tartományban

A kompenzálatlan elektromos töltések elektromos mezőt hoznak létre maguk körül . Ezért a tértöltési régiók egyidejűleg egy inhomogén elektromos tér területei. Ez a helyzet alapvetően különbözik a homogén vezetőkben vagy félvezetőkben lévő elektromos áram áramlásának esetétől. Amikor elektromos áram folyik át egy homogén anyagon, ennek az anyagnak minden pontján az elektromos semlegesség megmarad, és az elektromos tér egyenletes marad. A tértöltési tartományban az elektromos tér egyenetlen. Általában ezek a területek adják a feszültségesés nagy részét, amikor áram folyik.

Tértöltés-korlátozott áram

A vákuumdiódában lévő elektromos áram a tértöltési tartományban lévő elektromos tér inhomogenitása miatt nemlineárisan függ az elektródák közötti feszültségtől.

,

ahol j az áramsűrűség, V a feszültség, C pedig az elektródák alakjától függő együttható. Lapos elektródákhoz

.

Itt L az elektródák közötti távolság, e az elektron töltése, m az elektron tömege.

Ezt a kapcsolatot Childe-Langmuir törvénynek nevezik .

Így a vákuumdióda áram-feszültség karakterisztikája lényegében nemlineáris. Az elektródák közötti alacsony feszültségeknél a tértöltés erősen megakadályozza az áram áthaladását. A feszültség növekedése a tértöltési régió megnyúlásához vezet, ezért az áram gyorsabban nő, mint lineárisan.

Irodalom

Linkek