Afhankelijk van hun elektrische kenmerken worden materialen gecategoriseerd als geleiders, Halfgeleiders , en isolatoren. Geleiders zijn materialen die gemakkelijk elektriciteit kunnen geleiden. De materialen die geen elektriciteit kunnen geleiden, worden daarentegen gecategoriseerd als isolatoren. De kenmerken van halfgeleidermaterialen liggen tussen geleiders en isolatoren. Bij het werken met isolatoren hebben onderzoekers geconstateerd dat isolatiemateriaal kan worden gemaakt om zich als een geleider te gedragen wanneer er een bepaalde hoeveelheid elektriciteit op wordt toegepast. Dit fenomeen werd Breakdown genoemd en de minimale spanning waarbij dit optreedt, staat bekend als Breakdown Voltage. Deze spanningsniveaus zijn verschillend voor verschillende materialen en zijn ook afhankelijk van hun fysische eigenschappen.
Wat is een doorslagspanning?
Doorslagspanning is het kenmerk van isolatiematerialen. Het minimale spanningsniveau waarop een isolator zich als een geleider gaat gedragen en elektriciteit geleidt, staat bekend als 'doorslagspanning'. Het staat ook bekend als de diëlektrische sterkte van het materiaal.
Geleiding van elektriciteit is alleen mogelijk als er mobiele elektrische ladingen in de materialen zitten. Isolatoren kunnen geen elektriciteit geleiden omdat er geen gratis mobiele elektrische ladingen in zitten. Wanneer een potentiaalverschil over de isolator wordt aangebracht, geleidt deze geen elektriciteit.
Wanneer de waarde van het aangelegde potentiaalverschil boven bepaalde niveaus wordt verhoogd, worden sommige elektronenparen verbroken en begint het ionisatieproces in het materiaal. Dit leidt tot de vorming van vrije mobiele elektronen. Deze mobiele ladingen beginnen te bewegen van het positieve uiteinde naar het negatieve uiteinde, waardoor de elektriciteit stroomt.
De isolator begint dus elektriciteit te geleiden en gedraagt zich als een geleider. Dit proces staat bekend als de elektrische doorslag van het materiaal en de minimale spanning waarbij dit fenomeen begint, staat bekend als de 'doorslagspanning van het materiaal'. Dit spanningsniveau varieert voor verschillende soorten materialen afhankelijk van de materiaalsamenstelling, vorm, grootte en lengte van het materiaal tussen elektrische contacten. De doorslagspanningswaarde van een materiaal die door de fabrikanten wordt gegeven, is meestal de gemiddelde doorslagspanningswaarde.
Diode doorslagspanning
Diodes zijn de halfgeleiders en hun elektrische eigenschappen liggen tussen die van geleiders en isolatoren in. EEN PN-junctiediode wordt gevormd met behulp van een P-type en N-type materiaal. PN-junctiediodes bevatten een bandafstand waardoor uitwisseling van ladingsdragers plaatsvindt. Wanneer een voorwaartse voorspanning wordt toegepast, stroomt de stroom in voorwaartse richting en vindt geleiding plaats. Wanneer een omgekeerde bias wordt toegepast, mag er geen geleiding plaatsvinden. Maar vanwege de aanwezigheid van minderheidsladingsdragers, vloeit er een kleine tegenstroom door de diode die bekend staat als lekstroom.
Door het vloeien van tegenstroom neemt de breedte van de verbindingsbarrière toe. Wanneer deze toegepaste tegenstroomspanning geleidelijk wordt verhoogd op een bepaald punt, kan een snelle toename van de tegenstroom worden waargenomen. Dit staat bekend als Junction breakdown. De overeenkomstige toegepaste sperspanning op dit punt staat bekend als Doorslagspanning van de PN-junctiediode Dit wordt ook wel Omgekeerde doorslagspanning
Omgekeerde voorgespannen PN-junctiediode
De essentiële factor om de doorslagspanning van de diode te bepalen, is de doteringsconcentratie. Overschrijding van dit spanningsniveau veroorzaakt de exponentiële toename van de lekstroom van de diode. Bij een defecte diode kan oververhitting worden waargenomen. Dus bij het werken met omgekeerde spanningen worden koellichamen en externe weerstanden gebruikt.
Doorslagspanning van zenerdiode
Zenerdiodes worden gebruikt als basisbouwstenen in elektronische schakelingen Ze worden in de volksmond gebruikt om een referentiespanning aan de elektronische schakelingen te leveren. Ze zijn ontworpen om te werken in de afbraakgebieden van de diode.
Zenerdiodes zijn zware diodes die betrouwbaar kunnen werken in de tegengestelde gebieden. Hier vindt afbraak plaats vanwege het Zener-effect. In het Zener-effect wanneer het elektrische veld van de omgekeerde vooringenomenheid is P-N-diode wordt verhoogd, vindt het tunnelen van de valentie-elektronen in de geleidingsband plaats. Dit leidt tot een toename van de minderheidsladingsdragers, waardoor de tegenstroom toeneemt. Dit fenomeen staat bekend als het zener-effect en de minimale spanning waarop dit fenomeen begint, staat bekend als Zener-uitsplitsing Spanning.
Lawine-uitval
Bij licht gedoteerde diodes vindt doorslag plaats vanwege het lawine-effect. Hier in het lawine-effect, wanneer een diode in tegengestelde richting wordt bedreven als gevolg van verhoogde elektrische spanning, krijgen de minderheidsladingsdragers kinetische energie en botsen ze met de elektron-gatparen, waardoor hun covalente binding wordt verbroken en nieuwe mobiele ladingsdragers worden gecreëerd. Deze toename van het aantal minderheidsladingsdragers leidt tot een toename van de tegenstroom waardoor een storing optreedt. Hier staat de doorslagspanning bekend als Lawine doorslagspanning
Breakdown-in-Zener-Diode
De doorslagspanning van de algemeen beschikbare Zener diode varieert tussen 1,2V tot 200V. Zenerdiode vertoont een gecontroleerde doorslag en vereist geen externe schakelingen om de stroom te beperken. De V-I-karakteristieken van de diode met lawinedoorslag nemen geleidelijk toe, terwijl voor een diode met zenerdoorslag de V-I-karakteristieken scherp zijn.
Uitsplitsing in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
Naast vaste stoffen hebben veel gassen en vloeistoffen ook isolerende eigenschappen en ondergaan ze ook afbraakverschijnselen. De minimale diëlektrische sterkte van silicium bij kamertemperatuur kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule.
ebr= (12 × 105) / (3-log (N / 1016)) V / cm
Lucht fungeert ook als een isolator bij standaard atmosferische drukomstandigheden. Het gaat kapot wanneer de spanning hoger wordt dan 3,0 kv / mm. Doorslagspanningen van gassen kunnen worden berekend met Paschen's wet Bij gedeeltelijk vacuüm is de doorslagspanning van lucht neemt af. Wanneer lucht blikseminslag ondergaat, treedt vonken op. Deze spanningen worden ook wel slagspanningen genoemd.
De doorslagspanning van transformatorolie staat ook bekend als de diëlektrische sterkte. Het is de spanningswaarde waarbij vonken worden waargenomen tussen twee elektroden die worden gescheiden door een opening en ondergedompeld in de transformatorolie. Wanneer vocht of andere geleidende stoffen in de olie aanwezig zijn, worden lagere waarden van doorslagspanningen waargenomen. De minimale diëlektrische sterkte van de ideale transformatorolie is 30KV.
De storing is ook te zien bij stroomvoerende kabels. De doorslagspanning van de kabel is afhankelijk van de aanwezigheid van vocht eromheen, het tijdstip van aanbrengen van spanning en de werktemperatuur van de kabels. Wat is de minimale doorslagspanning van a Zener diode
