根据其电气特性,材料分为导体、半导体和绝缘体。导体是一种很容易导电的材料。相比之下,不能导电的材料被归类为绝缘体。半导体材料的特性介于导体和绝缘体之间。在研究绝缘体时,研究人员观察到,当向绝缘体施加一定量的电时,绝缘体材料可以发挥导体的作用。这种现象被命名为击穿,发生这种现象的最小电压被称为击穿电压。这些电压水平对于不同的材料是不同的,并且还取决于它们的物理性质。


什么是击穿电压?

击穿电压是绝缘体材料的特性。绝缘体开始充当导体并导电的最低电压水平被称为“击穿电压”。它也被称为材料的介电强度。

只有当材料中存在移动电荷时,才有可能导电。绝缘体不能导电,因为绝缘体中没有免费的移动电荷。当电势差施加在绝缘体上时,绝缘体不导电。

当施加的电势差的值增加到超过一定水平时,一些电子对被破坏,电离过程在材料中开始。这导致了自由移动电子的形成。这些移动电荷开始从正极向负极移动,从而导致电流流动。

因此,绝缘体开始导电,并起到导体的作用。这一过程被称为材料的电气击穿,这种现象开始时的最小电压被称为“材料的击穿电压”。这种电压水平对于不同类型的材料是不同的,这取决于电触点之间材料的成分、形状、尺寸和长度。制造商给出的材料的击穿电压值通常为平均击穿电压值。

二极管击穿电压

二极管是半导体,其电学性质介于导体和绝缘体之间。PN结二极管是使用P型和N型材料形成的。PN结二极管包含一个带隙,通过该带隙进行电荷载流子的交换。当施加正向偏置时,电流在正向方向上流动并且发生导通。当施加反向偏压时,不应发生导通。但由于少数载流子的存在,一个小的反向电流流过二极管,称为漏电流。

由于反向电流的流动,结势垒的宽度增加。当该施加的反向偏置电压在某一点处逐渐增加时,可以观察到反向电流的快速增加。这被称为交叉点击穿。在这一点上施加的相应反向电压被称为PN结二极管的击穿电压。这也被称为反向击穿电压.

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反向偏置PN结二极管

决定二极管击穿电压的关键因素是其掺杂浓度。超过该电压电平会导致二极管的漏电流呈指数级增加。当二极管击穿时,可以观察到过热现象。因此,当使用反向电压操作时,使用散热器和外部电阻器。

齐纳二极管的击穿电压

齐纳二极管被用作电子电路中的基本组成部分。它们通常用于向电子电路提供参考电压。它们被设计为在二极管的击穿区域中工作。

齐纳二极管是一种可以在反向偏置区域可靠工作的重二极管。这里的击穿是由于齐纳效应造成的。在齐纳效应中,当反向偏置的P-N二极管的电场增加时,发生价电子进入导带的隧穿。这导致少数电荷载流子的增加,从而增加反向电流。这种现象被称为齐纳效应,并且这种现象开始时的最小电压被称为齐纳击穿电压。

雪崩故障

在轻掺杂二极管中,由于雪崩效应而发生击穿。在雪崩效应中,当二极管由于电场增加而在反向偏压下工作时,少数电荷载流子获得动能并与电子-空穴对碰撞,从而破坏它们的共价键并产生新的移动电荷载流子。少数电荷载流子数量的增加导致反向电流的增加,从而导致击穿。这里,击穿电压被称为雪崩击穿电压.

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齐纳二极管击穿

通常可用的齐纳二极管的击穿电压在1.2V到200V之间变化。齐纳二极管表现出可控击穿,并且不需要任何外部电路来限制电流。具有雪崩击穿的二极管的V-I特性逐渐增加,而对于具有齐纳击穿的二极管,V-I特性是尖锐的。

固体、液体和气体的分解

除了固体,许多气体和液体也具有绝缘体特性,并且也会发生击穿现象。硅在室温下的最小介电强度可以使用以下公式计算。

|ε<sub>br| =(12×105.)/(3对数(N/1016))伏/厘米

在标准大气压力条件下,空气也起到绝缘体的作用。当电压增加到3.0kv/mm以上时,它就会击穿。气体的击穿电压可以用Paschen定律计算。在部分真空条件下空气击穿电压减少。当空气经历击穿闪电时,会产生火花。这些电压也被称为冲击电压。

这个变压器油击穿电压也被称为介电强度。它是在两个电极之间观察到火花的电压值,这两个电极被一个间隙分开并浸入变压器油中。当油中存在水分或其他导电物质时,可以观察到较低的击穿电压值。理想变压器油的最小介电强度为30KV。

在携带电流的电缆中也可以观察到击穿现象。电缆的击穿电压取决于其周围是否存在湿气、施加电压的时间和电缆的工作温度。齐纳二极管的最小击穿电压是多少?