В зависимости от электрических характеристик материалы классифицируются как проводники, Полупроводники , и изоляторы. Проводники - это материалы, которые легко проводят электричество. Напротив, материалы, которые не могут проводить электричество, классифицируются как изоляторы. Характеристики полупроводниковых материалов лежат между проводниками и изоляторами. Работая с изоляторами, исследователи заметили, что изоляционный материал можно заставить вести себя как проводник, когда к ним прикладывается определенное количество электричества. Это явление получило название пробоя, а минимальное напряжение, при котором это происходит, известно как напряжение пробоя. Эти уровни напряжения различны для разных материалов, а также зависят от их физических свойств.
Что такое пробивное напряжение?
Напряжение пробоя является характеристикой изоляционных материалов. Минимальный уровень напряжения, при котором изолятор начинает вести себя как проводник и проводит электричество, известен как «напряжение пробоя». Он также известен как диэлектрическая прочность материала.
Проведение электричество возможно только при наличии мобильных электрических зарядов в материалах. Изоляторы не могут проводить электричество, потому что в них нет бесплатных мобильных электрических зарядов. Когда на изолятор подается разность потенциалов, он не проводит электричество.
Когда значение приложенной разности потенциалов превышает определенные уровни, некоторые электронные пары разрушаются, и в материале начинается процесс ионизации. Это приводит к образованию свободных подвижных электронов. Эти мобильные заряды начинают двигаться от положительного конца к отрицательному, вызывая поток электричества.
Таким образом, изолятор начинает проводить электричество и ведет себя как проводник. Этот процесс известен как электрический пробой материала, а минимальное напряжение, при котором это явление начинается, известно как «напряжение пробоя материала». Этот уровень напряжения варьируется для разных типов материалов в зависимости от состава материала, формы, размера и длины материала между электрическими контактами. Значение напряжения пробоя материала, указанное производителями, обычно является средним значением напряжения пробоя.
Напряжение пробоя диода
Диоды полупроводники а их электрические свойства лежат между свойствами проводников и изоляторов. А PN переходный диод формируется из материала P-типа и N-типа. Диоды с PN-переходом содержат запрещенную зону, через которую происходит обмен носителями заряда. Когда применяется прямое смещение, ток течет в прямом направлении и имеет место проводимость. Когда применяется обратное смещение, проводимости не должно быть. Но из-за наличия неосновных носителей заряда через диод протекает небольшой обратный ток, известный как ток утечки.
Из-за протекания обратного тока ширина переходного барьера увеличивается. Когда это приложенное напряжение обратного смещения постепенно увеличивается в определенной точке, может наблюдаться быстрое увеличение обратного тока. Это известно как пробой соединения. Соответствующее приложенное обратное напряжение в этой точке известно как Напряжение пробоя диода PN перехода . Это также известно как Обратное напряжение пробоя .
Обратно-смещенный PN-переходный диод
Существенным фактором для определения напряжения пробоя диода является его концентрация легирования. Превышение этого уровня напряжения вызывает экспоненциальное увеличение тока утечки диода. При пробое диода наблюдается перегрев. Так, при работе с обратными напряжениями используются радиаторы и внешние резисторы.
Напряжение пробоя стабилитрона
Стабилитроны используются в качестве основных строительных блоков в электронные схемы . Они широко используются для обеспечения опорного напряжения для электронных схем. Они предназначены для работы в областях пробоя диода.
Стабилитроны - это мощные диоды, которые могут надежно работать в областях с обратным смещением. Здесь происходит пробой из-за эффекта Зенера. В эффекте Зенера, когда электрическое поле обратносмещенного P-N диод увеличивается, происходит туннелирование валентных электронов в зону проводимости. Это приводит к увеличению неосновных носителей заряда, тем самым увеличивая обратный ток. Это явление известно как эффект Зенера, а минимальное напряжение, при котором это явление начинается, известно как Пробой Зенера Напряжение.
Лавина
В слаболегированных диодах происходит пробой из-за лавинного эффекта. Здесь, в эффекте Лавины, когда диод работает с обратным смещением из-за увеличенного электрического поля, неосновные носители заряда получают кинетическую энергию и сталкиваются с парами электрон-дырка, тем самым разрывая их ковалентную связь и создавая новые мобильные носители заряда. Это увеличение количества неосновных носителей заряда приводит к увеличению обратного тока, вызывающему пробой. Здесь напряжение пробоя известно как Напряжение лавинного пробоя .
Пробой в стабилитроне
Напряжение пробоя общедоступных Стабилитрон варьируется от 1,2 В до 200 В. Стабилитрон демонстрирует управляемый пробой и не требует каких-либо внешних схем для ограничения тока. Вольт-амперные характеристики диода с лавинным пробоем постепенно возрастают, тогда как у диода с зенеровским пробоем вольт-амперные характеристики резкие.
Разложение в твердых телах, жидкостях и газах
Помимо твердых тел, многие газы и жидкости также обладают изолирующими свойствами и также подвержены явлениям пробоя. Минимальная диэлектрическая прочность кремния при комнатной температуре может быть рассчитана по следующей формуле.
еbr| = (12 × 105) / (3-журнал (N / 1016)) В / см
Воздух также действует как изолятор при стандартных условиях атмосферного давления. Это пробой при повышении напряжения выше 3,0 кВ / мм. Напряжения пробоя газов можно рассчитать с помощью Закон Пашена . В условиях частичного вакуума напряжение пробоя воздуха уменьшается. Когда воздух подвергается пробою молнии, возникает искра. Эти напряжения также известны как напряжения разряда.
В напряжение пробоя трансформаторного масла также известен как диэлектрическая прочность. Это значение напряжения, при котором между двумя электродами, разделенными зазором и погруженными в трансформаторное масло, наблюдаются искры. Когда в масле присутствует влага или другие проводящие вещества, наблюдаются более низкие значения пробивного напряжения. Минимальная диэлектрическая прочность идеального трансформаторного масла составляет 30 кВ.
Пробой также можно наблюдать в кабелях, по которым проходит ток. Напряжение пробоя кабеля зависит от наличия влаги вокруг него, времени подачи напряжения и рабочей температуры кабелей. Какое минимальное напряжение пробоя Стабилитрон ?
