Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La acumulación de cargas 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 puesto un semiconductor de tipo p en contacto con un semiconductor de tipo n . Como es bien sabido, el material semiconductor de tipo n tiene un exceso de electrones mientras que el material de tipo p está agotado. Por lo tanto, cuando estos dos tipos de materiales se ponen en contacto, los electrones comenzarán a moverse del tipo n al tipo p.
Esto hace que los electrones y los huecos presentes cerca de la unión se recombinen entre sí. Como resultado, una determinada región alrededor de la unión se agotará de los portadores de carga móviles . Esta región no es más que la región de 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, necesitarán una cantidad de tiempo finito para completar su viaje. Como resultado, estos electrones pueden acumularse cerca del extremo del cátodo del dispositivo formando una nube de cargas negativas. Esto conduce a la formación de una región de carga espacial negativa (Figura 1b) que puede moverse bajo la influencia del campo eléctrico aplicado .
El ejemplo 2 indica que la razón básica que conduce a la acumulación de cargos es el hecho de que la tasa de remoción es menor en comparación con la tasa de acumulación. Es decir, el terminal del cátodo emite más electrones que los que viajan hacia el ánodo. Sin embargo, incluso la captura 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 denominan homocargas. Por otro lado, si sus polaridades difieren entre sí, se denominan heterocargas.
Consecuencias de la carga espacial
El efecto de carga espacial plantea un desafío al afectar la eficiencia de conversión y la potencia de salida de los convertidores termoiónicos. Esto se debe a que cuando una nube de electrones de este tipo está presente alrededor de la superficie del metal, representa una barrera adicional para los electrones que se supone que alcanzarán su punto final. Esta inhibición del movimiento de electrones se experimenta en forma de repulsión por los electrones emitidos por los electrones que están presentes en la nube.
El efecto de carga espacial que se produce en los dieléctricos también conduce a la ruptura de componentes eléctricos como los condensadores . Esto se debe a que, cuando los altos voltajesse aplican, las cargas eléctricas emitidas por el electrodo quedan atrapadas dentro del gas que lo rodea. También se ve que el mismo efecto causa la falla de los cables de alimentación que transportan altos voltajes.
Sin embargo, el efecto de carga espacial también se considera ventajoso en ciertos escenarios. Por ejemplo, la presencia de la región de carga espacial crea un EMF negativo en ciertos tubos 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 espacialtiene tendencia a reducir el ruido de los disparos. Esto se debe a que, básicamente, la carga espacial afecta el fácil movimiento de las cargas a lo largo de su trayectoria. Esto a su vez reduce el número de cargas que llegan aleatoriamente, reduciendo así su variación estadística que no es más que el ruido de disparo.
