Tùy thuộc vào đặc tính điện của chúng, vật liệu được phân loại là Chất dẫn điện, Chất bán dẫn , và Chất cách điện. Chất dẫn điện là vật liệu có thể dẫn điện dễ dàng. Ngược lại, các vật liệu không thể dẫn điện được xếp vào loại Vật liệu cách điện. Đặc điểm của vật liệu bán dẫn nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Trong khi làm việc với chất cách điện, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng vật liệu cách điện có thể được tạo ra để hoạt động như một chất dẫn điện khi một lượng điện nhất định được đặt vào chúng. Hiện tượng này được đặt tên là Breakdown, và điện áp tối thiểu mà hiện tượng này xảy ra được gọi là Breakdown Voltage. Các mức điện áp này khác nhau đối với các vật liệu khác nhau và cũng phụ thuộc vào tính chất vật lý của chúng.
Điện áp đánh thủng là gì?
Sự cố Điện áp là đặc tính của vật liệu cách điện. Mức điện áp tối thiểu mà tại đó chất cách điện bắt đầu hoạt động như một chất dẫn điện và dẫn điện được gọi là “Điện áp đánh thủng”. Nó còn được gọi là Cường độ điện môi của vật liệu.
Dẫn của điện lực chỉ có thể xảy ra khi có các điện tích di động trong vật liệu. Chất cách điện không thể dẫn điện vì không có điện tích di động miễn phí trong chúng. Khi một hiệu điện thế được đặt trên chất cách điện, nó không dẫn điện.
Khi giá trị của hiệu điện thế tăng lên vượt quá mức nhất định, một số cặp điện tử bị phá vỡ và quá trình ion hóa bắt đầu trong vật liệu. Điều này dẫn đến sự hình thành các electron di động tự do. Các điện tích di động này bắt đầu di chuyển từ đầu dương sang đầu âm gây ra dòng điện.
Do đó, chất cách điện bắt đầu dẫn điện và hoạt động như một chất dẫn điện. Quá trình này được gọi là Sự cố điện của vật liệu và điện áp tối thiểu mà hiện tượng này bắt đầu được gọi là “Điện áp Sự cố của vật liệu”. Mức điện áp này thay đổi đối với các loại vật liệu khác nhau tùy thuộc vào thành phần vật liệu, hình dạng, kích thước và chiều dài của vật liệu giữa các tiếp điểm điện. Giá trị điện áp đánh thủng của vật liệu do nhà sản xuất đưa ra thường là giá trị Điện áp đánh thủng trung bình.
Điện áp đánh thủng Diode
Điốt là chất bán dẫn và đặc tính điện của chúng nằm giữa đặc tính của chất dẫn điện và chất cách điện. A Điốt nối PN được hình thành bằng cách sử dụng vật liệu loại P và loại N. Điốt tiếp giáp PN chứa một dải băng thông qua đó sự trao đổi các hạt mang điện tích diễn ra. Khi phân cực thuận được áp dụng, dòng điện chạy theo hướng thuận và diễn ra quá trình dẫn. Khi áp dụng phân cực ngược thì không có sự dẫn truyền nào xảy ra. Nhưng do sự hiện diện của các hạt tải điện thiểu số, một dòng điện ngược nhỏ chạy qua điốt được gọi là dòng điện rò.
Do dòng điện ngược chiều, chiều rộng của rào cản đường giao nhau tăng lên. Khi điện áp phân cực ngược được áp dụng này được tăng dần tại một thời điểm nhất định, có thể quan sát thấy dòng điện ngược tăng nhanh. Đây được gọi là sự cố Junction. Điện áp ngược được áp dụng tương ứng tại thời điểm này được gọi là Điện áp đánh thủng của diode tiếp giáp PN . Điều này còn được gọi là Điện áp đánh thủng ngược .
Đảo ngược-Biased-PN-Junction-Diode
Yếu tố cần thiết để xác định điện áp đánh thủng của diode là nồng độ pha tạp của nó. Vượt quá mức điện áp này làm tăng dòng điện rò của diode theo cấp số nhân. Khi có sự cố diode, có thể quan sát thấy hiện tượng quá nhiệt. Vì vậy, khi hoạt động với điện áp ngược, tản nhiệt và điện trở bên ngoài được sử dụng.
Sự cố điện áp của Diode Zener
Điốt Zener được sử dụng làm khối xây dựng cơ bản trong mạch điện . Chúng được sử dụng phổ biến để cung cấp điện áp tham chiếu cho các mạch điện tử. Chúng được thiết kế để hoạt động trong các vùng đánh thủng của diode.
Điốt Zener là điốt nặng có thể làm việc đáng tin cậy ở các vùng phân cực ngược. Tại đây sự cố xảy ra do hiệu ứng Zener. Trong hiệu ứng Zener khi điện trường phân cực ngược Điốt P-N được tăng lên, diễn ra sự đào hầm của các electron hóa trị vào vùng dẫn. Điều này dẫn đến sự gia tăng các hạt tải điện thiểu số do đó làm tăng dòng điện ngược. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Zener và điện áp nhỏ nhất mà hiện tượng này bắt đầu được gọi là Sự cố Zener Vôn.
Sự cố tuyết lở
Trong trường hợp diode pha tạp nhẹ, sự cố xảy ra do hiệu ứng Avalanche. Ở đây trong hiệu ứng Avalanche, khi một diode được vận hành theo phân cực ngược do dòng điện tăng lên, các hạt mang điện tích nhỏ nhất sẽ thu được động năng và va chạm với các cặp lỗ trống điện tử, do đó phá vỡ liên kết cộng hóa trị của chúng và tạo ra các hạt mang điện di động mới. Sự gia tăng số lượng hạt tải điện thiểu số này dẫn đến sự gia tăng dòng điện ngược gây ra sự cố. Ở đây, điện áp đánh thủng được gọi là Điện áp đánh thủng tuyết lở .
Breakdown-in-Zener-Diode
Điện áp đánh thủng thường có sẵn Điốt Zener thay đổi trong khoảng 1,2V đến 200V. Diode Zener thể hiện sự cố có kiểm soát và không yêu cầu bất kỳ mạch bên ngoài nào để hạn chế dòng điện. Các đặc tính V-I của điốt có sự cố do tuyết lở tăng dần trong khi đối với điốt có sự cố Zener thì các đặc tính V-I là sắc nét.
Sự phân hủy chất rắn, chất lỏng và khí
Bên cạnh chất rắn, nhiều chất khí và chất lỏng cũng có đặc tính cách điện và cũng có thể trải qua các hiện tượng đánh thủng. Độ bền điện môi tối thiểu của silicon ở nhiệt độ phòng có thể được tính theo công thức dưới đây.
ebr| = (12 × 105) / (3-log (N / 1016)) V / cm
Không khí cũng hoạt động như một chất cách điện ở điều kiện áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Sự cố xảy ra khi điện áp tăng vượt quá 3.0kv / mm. Điện áp đánh thủng của khí có thể được tính toán bằng cách sử dụng Luật Paschen . Trong điều kiện chân không một phần, điện áp đánh thủng của không khí giảm dần. Khi không khí bị sét đánh thủng, tia lửa điện xảy ra. Các điện áp này còn được gọi là điện áp tấn công.
Các điện áp đánh thủng của dầu máy biến áp còn được gọi là cường độ điện môi. Nó là giá trị điện áp mà tại đó tia lửa điện quan sát được giữa hai điện cực được ngăn cách bởi một khe hở và ngâm trong dầu máy biến áp. Khi có hơi ẩm hoặc các chất dẫn điện khác trong dầu, các giá trị thấp hơn của điện áp đánh thủng được quan sát. Độ bền điện môi tối thiểu của dầu biến áp lý tưởng là 30KV.
Sự cố cũng có thể được quan sát thấy trong cáp mang dòng điện. Điện áp đánh thủng của cáp phụ thuộc vào sự hiện diện của hơi ẩm xung quanh nó, thời gian đặt điện áp và nhiệt độ làm việc của cáp. Điện áp đánh thủng tối thiểu của một Điốt Zener ?
