Beroende på deras elektriska egenskaper kategoriseras material som ledare, Halvledare och isolatorer. Ledare är material som enkelt kan leda elektricitet. Däremot kategoriseras material som inte kan leda någon elektricitet som isolatorer. Halvledarmaterialens egenskaper ligger mellan ledare och isolatorer. Under arbetet med isolatorer har forskare observerat att isolermaterial kan fås att fungera som ledare när en viss mängd elektricitet appliceras på dem. Detta fenomen fick namnet Breakdown, och den minsta spänning vid vilken detta inträffar kallas Breakdown Voltage. Dessa spänningsnivåer är olika för olika material och beror också på deras fysiska egenskaper.
Vad är en spänningsfördelning?
Nedbrytningsspänning är kännetecknet för isolatormaterial. Den minsta spänningsnivån vid vilken en isolator börjar fungera som en ledare och leder elektricitet är känd som 'Breakdown Voltage.' Det är också känt som materialets di-lektriska styrka.
Ledning av elektricitet är endast möjligt när det finns mobila elektriska laddningar i materialen. Isolatorer kan inte leda elektricitet eftersom det inte finns några kostnadsfria mobila laddningar i dem. När en potentiell skillnad appliceras över isolatorn leder den ingen elektricitet.
När värdet på den applicerade potentialskillnaden ökas utöver vissa nivåer bryts några elektronpar och joniseringsprocessen börjar i materialet. Detta leder till bildandet av fria rörliga elektroner. Dessa mobila avgifter börjar röra sig från den positiva änden mot den negativa änden och orsaka strömmen av el.
Således börjar isolatorn leda elektricitet och beter sig som en ledare. Denna process är känd som den elektriska nedbrytningen av materialet och den minsta spänning vid vilken detta fenomen startar kallas 'Materialets nedbrytningsspänning'. Denna spänningsnivå varierar för olika typer av material beroende på materialkomposition, form, storlek och längd på material mellan elektriska kontakter. Uppdelningsspänningsvärdet för ett material som tillverkarna anger är vanligtvis det genomsnittliga uppdelningsspänningsvärdet.
Diodens spänning
Dioder är halvledare och deras elektriska egenskaper ligger mellan ledare och isolatorer. A PN-korsningsdiod formas med ett material av P-typ och N-typ. PN-korsningsdioder innehåller ett bandgap genom vilket utbyte av laddningsbärare sker. När en framåtförspänning appliceras strömmar strömmen framåt och ledningen sker. När en omvänd förspänning tillämpas bör ingen ledning äga rum. Men på grund av närvaron av minoritetsladdningsbärare strömmar en liten backström genom dioden som kallas läckström.
På grund av flödet av omvänd ström ökar korsningsbarriärens bredd. När denna applicerade omvända förspänning ökas gradvis vid en viss punkt kan en snabb ökning av omvänd ström observeras. Detta är känt som Junction breakdown. Motsvarande applicerad omvänd spänning vid denna punkt är känd som Nedbrytningsspänning för PN-korsningsdioden . Detta är också känt som Omvänd nedbrytningsspänning .
Omvänd-partisk-PN-korsningsdiod
Den väsentliga faktorn för att bestämma diodens nedbrytningsspänning är dess dopningskoncentration. Överskridande av denna spänningsnivå orsakar exponentiell ökning av diodens läckström. När en diod går sönder kan överhettning observeras. Så när man arbetar med omvänd spänning används kylflänsar och externa motstånd.
Zener-diodens spänning
Zener-dioder används som grundläggande byggstenar i elektroniska kretsar . De används populärt för att tillhandahålla en referensspänning till de elektroniska kretsarna. De är utformade för att fungera i diodens nedbrytningsregioner.
Zener-dioder är tunga dioder som kan fungera tillförlitligt i de omvända förspända områdena. Här sker nedbrytning på grund av Zener-effekten. I Zener-effekten när det elektriska fältet för den omvända förspända P-N-diod ökar, sker tunnling av valenselektronerna i ledningsbandet. Detta leder till en ökning av minoritetsladdningsbärarna vilket ökar omvänd ström. Detta fenomen är känt som Zener-effekten och den minsta spänning vid vilken detta fenomen börjar är känd som Zener uppdelning Spänning.
Lavinfördelning
I lätt dopad diodfördelning sker på grund av lavineffekten. Här i lavineffekten, när en diod drivs i omvänd förspänning på grund av ökad elektrisk arkivering, får minoritetsladdningsbärarna kinetisk energi och kolliderar med elektronhålparen och bryter därmed deras kovalenta bindning och skapar nya mobila laddningsbärare. Denna ökning av antalet minoritetsavgiftsföretag leder till en ökning av omvänd ström och orsakar brott. Här är nedbrytningsspänningen känd som Lavins nedbrytningsspänning .
Uppdelning i Zener-diod
Nedbrytningsspänningen för de allmänt tillgängliga Zener-diod varierar mellan 1,2V och 200V. Zenerdioden uppvisar en kontrollerad nedbrytning och kräver inga externa kretsar för att begränsa strömmen. V-I-egenskaperna hos dioden med lavinfördelning ökar gradvis medan för en diod med Zener-uppdelning är V-I-egenskaperna skarpa.
Fördelning i fasta ämnen, vätskor och gaser
Förutom fasta ämnen har många gaser och vätskor också isoleringsegenskaper och ses också genomgå nedbrytningsfenomen. Den lägsta dielektriska styrkan för kisel vid rumstemperatur kan beräknas med hjälp av nedanstående formel.
ebr| = (12 × 105) / (3-logg (N / 1016)) V / cm
Luft fungerar också som en isolator vid vanliga atmosfäriska tryckförhållanden. Det går sönder när spänningen ökar över 3,0 kv / mm. Nedbrytningsspänningar för gaser kan beräknas med Paschens lag . Under partiella vakuumförhållanden nedbrytningsspänning av luft minskar. När luft genomgår blixtnedbrytning uppstår gnistbildning. Dessa spänningar kallas också slående spänningar.
De nedbrytningsspänning för transformatorolja är också känt som dess Dielektric styrka. Det är spänningsvärdet vid vilket gnistor observeras mellan två elektroder som är åtskilda av ett gap och nedsänkt i transformatoroljan. När fukt eller andra ledande ämnen finns i oljan observeras lägre värden för nedbrytningsspänningar. Den minsta dielektriska styrkan för den ideala transformatoroljan är 30KV.
Nedbrytningen kan också observeras i kablar som bär ström. Kabels nedbrytningsspänning beror på närvaron av fukt runt den, tidpunkten för spänningens applicering och kablarnas arbetstemperatur. Vad är den minsta nedbrytningsspänningen för a Zener-diod ?
