Vesmírný náboj

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 4. září 2017; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Prostorový náboj  je distribuovaný nekompenzovaný elektrický náboj stejného znaménka. Prostorové náboje vznikají ve vakuových a plynových výbojkách v prostoru mezi elektrodami , jakož i v nehomogenních oblastech polovodičových součástek , a silně ovlivňují průchod proudu těmito oblastmi, což vede k nelineárním charakteristikám proudově-napěťových takových zařízení.

Příklady

Například ve vakuové diodě , když proud protéká mezi katodou a anodou , je v mezeře mezi nimi určitá koncentrace elektronů se záporným nábojem. Zároveň se v této oblasti nenacházejí žádné kladně nabité ionty , a proto vzniká záporně nabitý elektronový mrak. Tento oblak brání emisi elektronů z katody.

Prostorové náboje vznikají také v polovodičových diodách v oblasti pn přechodu . Elektrony z polovodiče typu n v oblasti takového přechodu difundují do polovodiče typu p, kde se rekombinují s dírami . Podobně díry difundují z polovodiče typu p do polovodiče typu n, kde se rekombinují s elektrony. V důsledku toho se kolem pn přechodu objevují oblasti s nedostatkem elektronů a oblasti s nadbytkem elektronů, v tomto pořadí kladně a záporně nabité. V oblasti polovodiče typu n s nedostatkem elektronů vzniká kladný náboj donory a v oblasti typu p s přebytkem záporný náboj akceptory, na kterých se zachycují elektrony.

Elektrické pole v oblasti vesmírného náboje

Nekompenzované elektrické náboje kolem sebe vytvářejí elektrické pole . Oblasti prostorového náboje jsou proto současně oblastmi nehomogenního elektrického pole. Tato situace je zásadně odlišná od případu toku elektrického proudu v homogenních vodičích nebo polovodičích. Když elektrický proud protéká homogenní látkou, je v každém bodě této látky zachována elektrická neutralita a elektrické pole zůstává rovnoměrné. V oblasti prostorového náboje je elektrické pole nerovnoměrné. Tyto oblasti obvykle představují hlavní část poklesu napětí, když protéká proud.

Prostorově omezený proud

Elektrický proud ve vakuové diodě v důsledku nehomogenity elektrického pole v oblasti prostorového náboje závisí nelineárně na napětí mezi elektrodami.

,

kde j je proudová hustota, V je napětí a C je koeficient závislý na tvaru elektrod. Pro ploché elektrody

.

Zde L je vzdálenost mezi elektrodami, e je náboj elektronu, m je hmotnost elektronu.

Tento vztah se nazývá Childe-Langmuirův zákon .

Proudově napěťová charakteristika vakuové diody je tedy v podstatě nelineární. Při nízkém napětí mezi elektrodami prostorový náboj silně brání průchodu proudu. Zvýšení napětí vede k roztažení oblasti prostorového náboje, a proto proud roste rychleji než lineárně.

Literatura

Odkazy