Co to jest napięcie przebicia w diodach złączowych i diodzie Zenera

Co to jest napięcie przebicia w diodach złączowych i diodzie Zenera

W zależności od ich właściwości elektrycznych, materiały są klasyfikowane jako przewodniki, Półprzewodniki i Izolatory. Przewodniki to materiały, które łatwo przewodzą prąd. Natomiast materiały, które nie mogą przewodzić prądu, są klasyfikowane jako izolatory. Charakterystyka materiałów półprzewodnikowych leży między przewodnikami a izolatorami. Podczas pracy z izolatorami naukowcy zaobserwowali, że materiał izolatora może zachowywać się jak przewodnik po przyłożeniu do nich określonej ilości energii elektrycznej. Zjawisko to nazwano Breakdown, a minimalne napięcie, przy którym to występuje, znane jest jako Breakdown Voltage. Te poziomy napięcia są różne dla różnych materiałów, a także zależą od ich właściwości fizycznych.



Co to jest napięcie przebicia?

Napięcie przebicia jest charakterystyczne dla materiałów izolacyjnych. Minimalny poziom napięcia, przy którym izolator zaczyna zachowywać się jak przewodnik i przewodzi prąd, nazywany jest „napięciem przebicia”. Znany jest również jako wytrzymałość dielektryczna materiału.


Prowadzenie Elektryczność jest to możliwe tylko wtedy, gdy w materiałach występują ruchome ładunki elektryczne. Izolatory nie mogą przewodzić prądu, ponieważ nie ma w nich bezpłatnych mobilnych ładunków elektrycznych. Gdy różnica potencjałów jest przyłożona do izolatora, nie przewodzi on żadnej energii elektrycznej.





Gdy wartość zastosowanej różnicy potencjałów wzrośnie powyżej pewnych poziomów, niektóre pary elektronów zostają zerwane i w materiale rozpoczyna się proces jonizacji. Prowadzi to do powstania wolnych ruchomych elektronów. Te ładunki ruchome zaczynają przemieszczać się od końca dodatniego do końca ujemnego, powodując przepływ energii elektrycznej.

W ten sposób izolator zaczyna przewodzić prąd i zachowuje się jak przewodnik. Proces ten jest nazywany rozkładem elektrycznym materiału, a minimalne napięcie, przy którym zaczyna się to zjawisko, jest znane jako „napięcie przebicia materiału”. Ten poziom napięcia jest różny dla różnych typów materiałów, w zależności od składu materiału, kształtu, rozmiaru i długości materiału między stykami elektrycznymi. Wartość napięcia przebicia materiału podana przez producentów jest zwykle wartością średniego napięcia przebicia.



Napięcie przebicia diody

Diody to półprzewodniki a ich właściwości elektryczne leżą pomiędzy właściwościami przewodników i izolatorów. ZA Dioda złączowa PN jest formowany z materiału typu P i N. Diody złączowe PN zawierają pasmo wzbronione, przez które następuje wymiana nośników ładunku. Kiedy stosowane jest odchylenie w przód, prąd płynie w kierunku do przodu i ma miejsce przewodzenie. Kiedy stosowane jest odwrotne nastawienie, przewodzenie nie powinno mieć miejsca. Jednak ze względu na obecność mniejszościowych nośników ładunku przez diodę przepływa niewielki prąd wsteczny zwany prądem upływowym.


W wyniku przepływu prądu wstecznego zwiększa się szerokość bariery łączącej. Gdy to zastosowane napięcie polaryzacji wstecznej jest stopniowo zwiększane w pewnym momencie, można zaobserwować szybki wzrost prądu wstecznego. Jest to znane jako awaria węzła. Odpowiednie przyłożone napięcie wsteczne w tym momencie jest znane jako Napięcie przebicia diody złączowej PN . Jest to również znane jako Odwrotne napięcie przebicia .

Dioda z odwróconym polaryzacją PN

Dioda złączowa PN-spolaryzowana odwrotnie

Istotnym czynnikiem określającym napięcie przebicia diody jest jej stężenie domieszkowania. Przekroczenie tego poziomu napięcia powoduje wykładniczy wzrost prądu upływu diody. W przypadku awarii diody można zaobserwować przegrzanie. Tak więc podczas pracy z napięciem wstecznym stosuje się radiatory i zewnętrzne rezystory.

Napięcie przebicia diody Zenera

Diody Zenera są używane jako podstawowe elementy konstrukcyjne w programie elektroniczne obwody . Są powszechnie używane do dostarczania napięcia odniesienia do obwodów elektronicznych. Przeznaczone są do pracy w obszarach awarii diody.

Diody Zenera są diodami silnie działającymi, które mogą niezawodnie działać w regionach o odwrotnej polaryzacji. Tutaj następuje załamanie z powodu efektu Zenera. W efekcie Zenera, gdy pole elektryczne jest odwrotne Dioda P-N zwiększa się, następuje tunelowanie elektronów walencyjnych do pasma przewodnictwa. Prowadzi to do wzrostu nośników ładunku mniejszościowego, zwiększając tym samym prąd wsteczny. Zjawisko to jest znane jako efekt Zenera, a minimalne napięcie, przy którym zaczyna się to zjawisko, jest znane jako Podział Zenera Napięcie.

Awaria lawiny

W lekko domieszkowanej diodzie następuje przebicie spowodowane efektem lawiny. Tutaj w efekcie lawiny, kiedy dioda działa w odwrotnym polaryzacji z powodu zwiększonego pola elektrycznego, nośniki ładunku mniejszościowego zyskują energię kinetyczną i zderzają się z parami elektron-dziura, przerywając w ten sposób ich wiązanie kowalencyjne i tworząc nowe ruchome nośniki ładunku. Ten wzrost liczby nośników ładunku mniejszościowego prowadzi do wzrostu prądu wstecznego, powodując awarię. Tutaj napięcie przebicia jest znane jako Napięcie przebicia lawiny .

Dioda Zenera

Dioda Zenera

Napięcie przebicia powszechnie dostępnego Dioda Zenera waha się od 1,2 V do 200 V. Dioda Zenera wykazuje kontrolowane przebicie i nie wymaga żadnych zewnętrznych obwodów w celu ograniczenia prądu. Charakterystyki V-I diody z przebiciem lawinowym rosną stopniowo, podczas gdy dla diody z przebiciem Zenera charakterystyki V-I są ostre.

Podział na ciała stałe, ciecze i gazy

Oprócz ciał stałych wiele gazów i cieczy ma również właściwości izolacyjne i także ulega zjawisku rozpadu. Minimalną wytrzymałość dielektryczną krzemu w temperaturze pokojowej można obliczyć za pomocą poniższego wzoru.

mibr| = (12 × 105) / (3-log (N / 1016)) V / cm

Powietrze działa również jako izolator w standardowych warunkach ciśnienia atmosferycznego. Przełamuje się, gdy napięcie wzrośnie powyżej 3,0 kv / mm. Napięcia przebicia gazów można obliczyć za pomocą Prawo Paschena . W warunkach częściowej próżni napięcie przebicia powietrza maleje. Kiedy powietrze przechodzi błyskawicę, pojawia się iskrzenie. Napięcia te są również nazywane napięciami udarowymi.

Plik napięcie przebicia oleju transformatorowego jest również znany jako wytrzymałość dielektryczna. Jest to wartość napięcia, przy której obserwuje się iskry między dwiema elektrodami oddzielonymi szczeliną i zanurzonymi w oleju transformatorowym. Gdy w oleju występuje wilgoć lub inne substancje przewodzące, obserwuje się niższe wartości napięć przebicia. Minimalna wytrzymałość dielektryczna idealnego oleju transformatorowego wynosi 30 kV.

Awarię można również zaobserwować w kablach przewodzących prąd. Napięcie przebicia kabla zależy od wilgoci wokół niego, czasu podania napięcia oraz temperatury pracy kabli. Jakie jest minimalne napięcie przebicia a Dioda Zenera ?