La acumulación de cargos en una región particular se denomina carga espacial. El espacio en el que se concentran las cargas puede ser un espacio libre o un dieléctrico. Además, esta nube de cargas puede ser de naturaleza móvil o inmóvil. Intentemos comprender mejor con la ayuda de ejemplos.
Ejemplo 1: Ahora, considere el caso en el que hemos traído un semiconductor tipo p en contacto con un semiconductor tipo n. Como es bien sabido, el material semiconductor de tipo n tiene exceso de electrones mientras que el material de tipo p está agotado de ellos. Por lo tanto, cuando estos dos tipos de materiales se pongan en contacto, los electrones comenzarán a moverse del tipo n al tipo p.
Esto hace que los electrones y los agujeros presentes cerca de la unión se recombinen entre sí. Como resultado, una cierta región alrededor de la unión se agotará de portadores de carga móvil. Esta región no es más que la región de la carga espacial que tiene iones inmóviles (Figura 1a).
Ejemplo 2: A continuación, supongamos que tenemos un tubo de electrones alimentado con energía. En tal situación, los electrones serán expulsados del terminal del cátodo y comenzarán a moverse hacia el ánodo.
Sin embargo, estos electrones no pueden llegar a su destino instantáneamente, es decir, tardarán una cantidad de tiempo finito en completar su viaje. Como resultado, estos electrones pueden acumularse cerca del extremo del cátodo del dispositivo formando una nube de cargas negativas. Esto lleva a la formación de una región de carga espacial negativa (Figura 1b) que puede moverse bajo la influencia de las cargas aplicadas campo eléctrico.
En el ejemplo 2 se indica que la razón básica que conduce a la acumulación de cargos es el hecho de que la tasa de eliminación es menor en comparación con la tasa de acumulación. Es decir, el terminal catódico emite más electrones que los que viajan hacia el ánodo. Sin embargo, incluso el atrapamiento de cargas, la deriva y la difusión pueden contribuir a la aparición de la región de carga espacial. Además, si la polaridad de las cargas que constituyen la carga espacial es la misma que la del electrodo asociado, entonces se llaman homocargas. Por otro lado, si sus polaridades difieren entre sí, entonces se denominan heterocargas.
Consecuencias de la carga espacial
El efecto de la carga espacial plantea un desafío al afectar la eficiencia de la conversión y la potencia de salida de los convertidores termiónicos. Esto se debe a que cuando tal nube de electrones está presente alrededor de la superficie metálica, plantea una barrera adicional para los electrones que se supone que llegan a su punto final. Esta inhibición del movimiento de los electrones se experimenta en forma de repulsión de los electrones emitidos por los electrones que están presentes en la nube.
El carga espacial El efecto que se produce en los dieléctricos también lleva a la ruptura de componentes eléctricos como condensadores. Esto se debe a que, cuando se eleva voltajes las cargas eléctricas emitidas por el electrodo quedan atrapadas en el gas que lo rodea. El mismo efecto también se ve que causa el fallo de cables de energía que llevan altos voltajes.
Sin embargo, el efecto de la carga espacial también se considera ventajoso en ciertos escenarios. Por ejemplo, la presencia de la región de carga espacial crea un CEM negativo en ciertos tubos, lo que es análogo a proporcionarle un sesgo negativo. Esto es a su vez meritorio ya que ayuda a los ingenieros a tener un mejor control sobre el proceso de amplificación, mejorando así su eficiencia.
Otro ejemplo digno de mención es que la carga espacial tiene una tendencia a reducir el ruido del disparo. Esto se debe a que, básicamente, la carga espacial afecta al fácil movimiento de las cargas a lo largo de su trayectoria. Esta inturn reduce el número de cargas que llegan aleatoriamente, reduciendo así su variación estadística que no es otra cosa que el ruido de disparo.
