V závislosti na jejich elektrických vlastnostech jsou materiály kategorizovány jako vodiče, Polovodiče a izolátory. Vodiče jsou materiály, které mohou snadno vést elektřinu. Naproti tomu materiály, které nemohou vést žádnou elektřinu, jsou kategorizovány jako izolátory. Vlastnosti polovodičových materiálů leží mezi vodiči a izolátory. Při práci s izolátory vědci zjistili, že izolační materiál lze chovat jako vodič, když je na ně aplikováno určité množství elektřiny. Tento jev byl pojmenován Breakdown a minimální napětí, při kterém k tomu dochází, je známé jako Breakdown Voltage. Tyto úrovně napětí se u různých materiálů liší a také závisí na jejich fyzikálních vlastnostech.
Co je to poruchové napětí?
Breakdown Voltage je charakteristikou izolačních materiálů. Minimální úroveň napětí, při které se izolátor začne chovat jako vodič a vede elektřinu, se označuje jako „Průrazné napětí“. Je také známá jako dielektrická pevnost materiálu.
Vedení elektřina je možné, pouze pokud jsou v materiálech mobilní elektrické náboje. Izolátory nemohou vést elektřinu, protože v nich nejsou žádné mobilní poplatky za elektřinu. Když se na izolátor aplikuje potenciální rozdíl, nevodí žádnou elektřinu.
Když se hodnota rozdílu aplikovaného potenciálu zvýší nad určité úrovně, některé elektronové páry se rozbijí a začne ionizační proces v materiálu. To vede k tvorbě volných mobilních elektronů. Tyto mobilní poplatky se začínají pohybovat od kladného konce k zápornému konci a způsobují tok elektřiny.
Izolátor tedy začne vést elektřinu a chová se jako vodič. Tento proces je znám jako elektrické přerušení materiálu a minimální napětí, při kterém tento jev začíná, je známé jako „průrazné napětí materiálu“. Tato úroveň napětí se u různých typů materiálů liší v závislosti na materiálovém složení, tvaru, velikosti a délce materiálu mezi elektrickými kontakty. Hodnota průrazného napětí materiálu udaná výrobci je obvykle hodnota průměrného průrazného napětí.
Průrazné napětí diody
Diody jsou polovodiče a jejich elektrické vlastnosti leží mezi vlastnostmi vodičů a izolátorů. A Přechodová dioda PN se tvoří za použití materiálu typu P a N. Přechodové diody PN obsahují bandgap, kterým probíhá výměna nosičů náboje. Když je aplikováno dopředné předpětí, proudí proud ve směru dopředu a probíhá vedení. Pokud se použije zpětné předpětí, nemělo by dojít k vedení. Ale kvůli přítomnosti menšinových nosičů náboje protéká diodou malý reverzní proud známý jako svodový proud.
V důsledku toku zpětného proudu se šířka spojovací bariéry zvětšuje. Když se toto aplikované reverzní předpětí postupně zvyšuje v určitém bodě, lze pozorovat rychlé zvýšení zpětného proudu. Toto je známé jako Junction breakdown. Odpovídající aplikované zpětné napětí v tomto bodě je známé jako Průrazné napětí přechodové diody PN . Toto je také známé jako Reverzní poruchové napětí .
Dioda s reverzním předpětím-PN-Junction
Podstatným faktorem pro určení průrazného napětí diody je její dopingová koncentrace. Překročení této úrovně napětí způsobí exponenciální nárůst svodového proudu diody. Při poruše diody lze pozorovat přehřátí. Při provozu s reverzním napětím se tedy používají chladiče a externí rezistory.
Průrazné napětí Zenerovy diody
Zenerovy diody se používají jako základní stavební kameny v systému elektronické obvody . Populárně se používají k zajištění referenčního napětí pro elektronické obvody. Jsou navrženy pro práci v oblastech poruchy diody.
Zenerovy diody jsou silně diody, které mohou spolehlivě fungovat v oblastech s obráceným předpětím. Zde dochází k rozpadu v důsledku Zenerova efektu. V Zenerově efektu, když je elektrické pole s předpětím P-N dioda se zvyšuje, dochází k tunelování valenčních elektronů do vodivého pásma. To vede ke zvýšení menšinových nosičů náboje, čímž se zvyšuje zpětný proud. Tento jev je znám jako Zenerův jev a minimální napětí, při kterém tento jev začíná, je známé jako Zenerovo zhroucení Napětí.
Lavinové zhroucení
U lehce dotované diody dochází k poruše v důsledku lavinového efektu. Tady v lavinovém efektu, když je dioda provozována v obráceném předpětí v důsledku zvýšeného elektrického pole, minoritní nosiče náboje získávají kinetickou energii a kolidují s páry elektron-díra, čímž narušují jejich kovalentní vazbu a vytvářejí nové mobilní nosiče náboje. Toto zvýšení počtu nositelů poplatků za menšiny vede ke zvýšení zpětného proudu způsobujícího poruchu. Zde je průrazné napětí známé jako Lavinové průrazné napětí .
Porucha v Zenerově diodě
Průrazné napětí běžně dostupného Zenerova dioda se pohybuje mezi 1,2V až 200V. Zenerova dioda vykazuje řízené poruchy a pro omezení proudu nevyžaduje žádné externí obvody. Charakteristiky V-I diody s rozpadem laviny se postupně zvyšují, zatímco u diody se Zenerovou poruchou jsou charakteristiky V-I ostré.
Rozpis pevných látek, kapalin a plynů
Kromě pevných látek má mnoho plynů a kapalin také izolační vlastnosti a je také vidět, že procházejí jevy rozpadu. Minimální dielektrickou pevnost křemíku při pokojové teplotě lze vypočítat pomocí níže uvedeného vzorce.
Ebr| = (12 × 105) / (3-log (N / 10.)16)) V / cm
Vzduch také působí jako izolátor při standardních podmínkách atmosférického tlaku. Poruší se, když napětí vzroste nad 3,0 kV / mm. Průrazná napětí plynů lze vypočítat pomocí Paschenův zákon . V podmínkách částečného vakua průrazné napětí vzduchu klesá. Když vzduch prochází bleskem, dojde k jiskření. Tato napětí jsou také známá jako nápadná napětí.
The průrazné napětí transformátorového oleje je také známá jako dielektrická síla. Je to hodnota napětí, při které jsou pozorovány jiskry mezi dvěma elektrodami, které jsou odděleny mezerou a ponořeny do transformátorového oleje. Pokud je v oleji přítomna vlhkost nebo jiné vodivé látky, jsou pozorovány nižší hodnoty poruchového napětí. Minimální dielektrická pevnost ideálního transformátorového oleje je 30 KV.
Poruchu lze pozorovat také u kabelů, které vedou proud. Průrazné napětí kabelu závisí na přítomnosti vlhkosti kolem něj, době působení napětí a pracovní teplotě kabelů. Jaké je minimální průrazné napětí a Zenerova dioda ?
