Qual è la tensione di rottura nei diodi a giunzione e nel diodo Zener

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A seconda delle loro caratteristiche elettriche, i materiali sono classificati come conduttori, Semiconduttori e isolanti. I conduttori sono materiali che possono condurre facilmente l'elettricità. Al contrario, i materiali che non possono condurre elettricità sono classificati come isolanti. Le caratteristiche dei materiali semiconduttori si trovano tra conduttori e isolanti. Mentre si lavora con gli isolanti, i ricercatori hanno osservato che il materiale isolante può essere fatto per comportarsi come un conduttore quando viene applicata una certa quantità di elettricità. Questo fenomeno è stato chiamato Breakdown e la tensione minima alla quale si verifica è nota come Breakdown Voltage. Questi livelli di tensione sono diversi per materiali diversi e dipendono anche dalle loro proprietà fisiche.

Cos'è una tensione di rottura?

La tensione di rottura è la caratteristica dei materiali isolanti. Il livello di tensione minimo al quale un isolante inizia a comportarsi come un conduttore e conduce l'elettricità è noto come 'tensione di rottura'. È anche noto come rigidità dielettrica del materiale.




Conduzione di elettricità è possibile solo quando ci sono cariche elettriche mobili nei materiali. Gli isolanti non possono condurre l'elettricità perché non contengono cariche elettriche mobili gratuite. Quando una differenza di potenziale viene applicata attraverso l'isolante, non conduce elettricità.

Quando il valore della differenza di potenziale applicata viene aumentato oltre determinati livelli, alcune coppie di elettroni si rompono e il processo di ionizzazione inizia nel materiale. Ciò porta alla formazione di elettroni mobili liberi. Queste cariche mobili iniziano a spostarsi dall'estremità positiva verso l'estremità negativa provocando il flusso di elettricità.



Pertanto, l'isolante inizia a condurre elettricità e si comporta come un conduttore. Questo processo è noto come la rottura elettrica del materiale e la tensione minima alla quale inizia questo fenomeno è nota come 'tensione di rottura del materiale'. Questo livello di tensione varia per diversi tipi di materiali a seconda della composizione del materiale, della forma, delle dimensioni e della lunghezza del materiale tra i contatti elettrici. Il valore della tensione di rottura di un materiale fornito dai produttori è solitamente il valore della tensione di rottura media.

Tensione di rottura del diodo

I diodi sono i semiconduttori e le loro proprietà elettriche si trovano tra quelle dei conduttori e degli isolanti. UN Diodo di giunzione PN è formato utilizzando un materiale di tipo P e di tipo N. I diodi a giunzione PN contengono un bandgap attraverso il quale avviene lo scambio di portatori di carica. Quando viene applicata una polarizzazione diretta, la corrente scorre nella direzione in avanti e ha luogo la conduzione. Quando viene applicato un bias inverso, non deve aver luogo la conduzione. Ma a causa della presenza di portatori di carica di minoranza, una piccola corrente inversa scorre attraverso il diodo noto come corrente di dispersione.


A causa del flusso di corrente inversa, la larghezza della barriera di giunzione aumenta. Quando questa tensione di polarizzazione inversa applicata viene aumentata gradualmente a un certo punto, si può osservare un rapido aumento della corrente inversa. Questo è noto come rottura della giunzione. La corrispondente tensione inversa applicata a questo punto è nota come Tensione di rottura del diodo di giunzione PN . Questo è anche noto come Tensione di rottura inversa .

Diodo a polarizzazione inversa PN

Diodo a giunzione PN a polarizzazione inversa

Il fattore essenziale per determinare la tensione di rottura del diodo è la sua concentrazione di drogaggio. Il superamento di questo livello di tensione provoca l'aumento esponenziale della corrente di dispersione del diodo. In caso di guasto di un diodo, si può osservare un surriscaldamento. Quindi, quando si opera con tensioni inverse, vengono utilizzati dissipatori di calore e resistenze esterne.

Tensione di rottura del diodo Zener

I diodi Zener sono utilizzati come elementi costitutivi di base in circuiti elettronici . Sono comunemente usati per fornire una tensione di riferimento ai circuiti elettronici. Sono progettati per funzionare nelle regioni di rottura del diodo.

I diodi Zener sono fortemente diodi che possono funzionare in modo affidabile nelle regioni a polarizzazione inversa. Qui avviene il guasto a causa dell'effetto Zener. Nell'effetto Zener quando il campo elettrico del polarizzato inverso Diodo P-N viene aumentato, ha luogo il tunneling degli elettroni di valenza nella banda di conduzione. Ciò porta ad un aumento dei portatori di carica di minoranza aumentando così la corrente inversa. Questo fenomeno è noto come effetto Zener e la tensione minima alla quale inizia questo fenomeno è nota come Zener Breakdown voltaggio.

Avalanche Breakdown

In un diodo leggermente drogato si verifica un guasto a causa dell'effetto valanga. Qui nell'effetto Avalanche, quando un diodo viene azionato in polarizzazione inversa a causa dell'aumento del campo elettrico, i portatori di carica minoritari guadagnano energia cinetica e si scontrano con le coppie elettrone-lacuna, rompendo così il loro legame covalente e creando nuovi portatori di carica mobili. Questo aumento del numero di portatori di carica di minoranza porta ad un aumento della corrente inversa che causa guasti. Qui, la tensione di rottura è nota come Tensione di rottura delle valanghe .

Ripartizione in diodo Zener

Ripartizione in diodo Zener

La tensione di rottura del comunemente disponibile Diodo Zener varia tra 1,2 V e 200 V. Il diodo Zener mostra un guasto controllato e non richiede alcun circuito esterno per limitare la corrente. Le caratteristiche V-I del diodo con rottura da valanga aumentano gradualmente mentre per un diodo con rottura Zener le caratteristiche V-I sono nette.

Ripartizione in solidi, liquidi e gas

Oltre ai solidi, molti gas e liquidi hanno anche proprietà isolanti e sono soggetti a fenomeni di degradazione. La rigidità dielettrica minima del silicio a temperatura ambiente può essere calcolata utilizzando la formula seguente.

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

L'aria funge anche da isolante in condizioni di pressione atmosferica standard. Si verifica un guasto quando la tensione aumenta oltre 3.0kv / mm. Le tensioni di rottura dei gas possono essere calcolate utilizzando Legge di Paschen . In condizioni di vuoto parziale il tensione di rottura dell'aria diminuisce. Quando l'aria è soggetta a fulmini, si verificano scintille. Queste tensioni sono anche note come tensioni Striking.

Il tensione di rottura dell'olio del trasformatore è anche noto come rigidità dielettrica. È il valore di tensione al quale si osservano scintille tra due elettrodi separati da uno spazio e immersi nell'olio del trasformatore. Quando nell'olio sono presenti umidità o altre sostanze conduttive, si osservano valori inferiori di tensioni di rottura. La rigidità dielettrica minima dell'olio per trasformatori ideale è di 30KV.

La rottura può essere osservata anche nei cavi che trasportano corrente. La tensione di rottura del cavo dipende dalla presenza di umidità intorno ad esso, dal tempo di applicazione della tensione e dalla temperatura di lavoro dei cavi. Qual è la tensione minima di rottura di un Diodo Zener ?