En funció de les seves característiques elèctriques, els materials es classifiquen com a conductors, Semiconductors i aïllants. Els conductors són materials que poden conduir l’electricitat fàcilment. En canvi, els materials que no poden conduir electricitat es classifiquen com a aïllants. Les característiques dels materials semiconductors es troben entre conductors i aïllants. Mentre treballaven amb aïllants, els investigadors han observat que es pot fer que el material aïllant es comporti com a conductor quan se li aplica una certa quantitat d’electricitat. Aquest fenomen es va anomenar avaria i la tensió mínima en què es produeix es coneix com a tensió de avaria. Aquests nivells de tensió són diferents per a diferents materials i també depenen de les seves propietats físiques.
Què és un voltatge d'avaria?
La tensió de ruptura és la característica dels materials aïllants. El nivell mínim de tensió en què un aïllant comença a comportar-se com a conductor i condueix electricitat es coneix com a 'Voltatge de ruptura'. També es coneix com la força dielèctrica del material.
Conducció de electricitat només és possible quan hi ha càrregues elèctriques mòbils als materials. Els aïllants no poden conduir electricitat perquè no hi ha cap càrrega elèctrica mòbil gratuïta. Quan s'aplica una diferència de potencial a través de l'aïllant, no condueix electricitat.
Quan el valor de la diferència de potencial aplicat augmenta més enllà de certs nivells, alguns parells d'electrons es trenquen i el procés d'ionització comença al material. Això condueix a la formació d’electrons mòbils lliures. Aquestes càrregues mòbils comencen a moure's des de l'extrem positiu cap a l'extrem negatiu provocant el flux d'electricitat.
Així, l’aïllant comença a conduir electricitat i es comporta com a conductor. Aquest procés es coneix com a avaria elèctrica del material i la tensió mínima a la qual comença aquest fenomen es coneix com a 'Voltatge de avaria del material'. Aquest nivell de voltatge varia segons els diferents tipus de materials en funció de la composició del material, la forma, la mida i la longitud del material entre els contactes elèctrics. El valor de la tensió de ruptura d'un material donat pels fabricants sol ser el valor de la tensió de ruptura mitjana.
Tensió de ruptura de díodes
Els díodes són els semiconductors i les seves propietats elèctriques es troben entre les dels conductors i els aïllants. A Diodo d’unió PN es forma mitjançant un material tipus P i tipus N. Els díodes d’unió PN contenen un gap de banda a través del qual es produeix l’intercanvi de portadors de càrrega. Quan s'aplica un biaix cap endavant, el corrent flueix en la direcció cap endavant i té lloc la conducció. Quan s’aplica un biaix invers no s’ha de produir cap conducció. Però a causa de la presència de portadors de càrrega minoritaris, un petit corrent invers flueix pel díode conegut com a corrent de fuita.
A causa del flux de corrent invers, l'amplada de la barrera de la unió augmenta. Quan aquest voltatge de polarització inversa aplicat augmenta gradualment en un punt determinat, es pot observar un ràpid augment del corrent invers. Això es coneix com a desglossament de Junction. La tensió inversa aplicada corresponent en aquest punt es coneix com Voltatge de ruptura del díode d'unió PN . Això també es coneix com Voltatge de desglossament invers .
Diode de connexió PN-polaritzat invers
El factor essencial per determinar la tensió de ruptura del díode és la seva concentració de dopatge. La superació d’aquest nivell de tensió provoca l’augment exponencial del corrent de fuita del díode. Quan es produeix una avaria de díodes, es pot observar un sobreescalfament. Així, quan es treballa amb tensions inverses s’utilitzen dissipadors de calor i resistències externes.
Voltatge de ruptura del díode Zener
Els díodes Zener s'utilitzen com a blocs bàsics a circuits electrònics . S’utilitzen popularment per proporcionar una tensió de referència als circuits electrònics. Estan dissenyats per funcionar a les regions de ruptura del díode.
Els díodes Zener són diodes molt intensos que poden funcionar de manera fiable a les regions esbiaixades inversament. Aquí es produeix el desglossament a causa de l’efecte Zener. En l’efecte Zener quan el camp elèctric del polaritzat invers Diodo P-N augmenta, es produeix un túnel dels electrons de valència cap a la banda de conducció. Això condueix a un augment de les companyies de càrrega minoritàries, augmentant així el corrent invers. Aquest fenomen es coneix com a efecte Zener i es coneix com a tensió mínima a la qual comença aquest fenomen Desglossament de Zener voltatge.
Desglossament de les allaus
En els díodes lleugerament dopats es produeix la degradació a causa de l'efecte Avalanche. Aquí, en l’efecte Avalanche, quan un díode funciona en polarització inversa a causa de l’augment de l’arxiu elèctric, els portadors de càrrega minoritaris guanyen energia cinètica i xoquen amb els parells electró-forat, trencant així el seu enllaç covalent i creant nous portadors de càrrega mòbils. Aquest augment del nombre de transportistes de càrrega minoritària condueix a un augment del corrent invers que causa avaria. Aquí, la tensió de ruptura es coneix com Tensió de ruptura d’allau .
Desglossament en díode Zener
La tensió de ruptura de la que es disposa habitualment Diodo Zener varia entre 1,2V i 200V. El díode Zener presenta una avaria controlada i no requereix cap circuit extern per limitar el corrent. Les característiques V-I del díode amb ruptura per allau augmenten gradualment mentre que per a un díode amb ruptura de Zener les característiques V-I són nítides.
Desglossament de sòlids, líquids i gasos
A més dels sòlids, molts gasos i líquids també tenen propietats aïllants i també experimenten fenòmens de degradació. La força dielèctrica mínima del silici a temperatura ambient es pot calcular mitjançant la fórmula següent.
ebr| = (12 × 105) / (3 registres (N / 1016)) V / cm
L’aire també actua com a aïllant en condicions de pressió atmosfèrica estàndard. Es produeix un avaria quan el voltatge augmenta més enllà de 3,0kv / mm. Es poden calcular les tensions de desglossament dels gasos mitjançant Llei de Paschen . En condicions de buit parcial el tensió de ruptura de l'aire disminueix. Quan l’aire pateix un llamp d’avaria, es produeix una espurna. Aquestes tensions també es coneixen com a tensions impactants.
El tensió de ruptura de l'oli del transformador també es coneix com a força dielèctrica. És el valor de tensió al qual s’observen espurnes entre dos elèctrodes separats per un buit i immersos en l’oli del transformador. Quan hi ha humitat o altres substàncies conductores a l’oli, s’observen valors més baixos de tensions de ruptura. La força dielèctrica mínima de l’oli ideal per a transformadors és de 30KV.
La avaria també es pot observar en cables que transporten corrent. La tensió de ruptura del cable depèn de la presència d'humitat al seu voltant, del moment d'aplicació del voltatge i de la temperatura de treball dels cables. Quina és la tensió de ruptura mínima d'un Diodo Zener ?
