Dependiendo de sus características eléctricas, los materiales se clasifican como conductores, Semiconductores y aislantes. Los conductores son materiales que pueden conducir electricidad fácilmente. Por el contrario, los materiales que no pueden conducir electricidad se clasifican como aislantes. Las características de los materiales semiconductores se encuentran entre conductores y aislantes. Al trabajar con aisladores, los investigadores han observado que se puede hacer que el material aislante se comporte como un conductor cuando se les aplica una cierta cantidad de electricidad. Este fenómeno se denominó Breakdown, y el voltaje mínimo al que esto ocurre se conoce como Breakdown Voltage. Estos niveles de voltaje son diferentes para diferentes materiales y también dependen de sus propiedades físicas.
¿Qué es un voltaje de ruptura?
El voltaje de ruptura es la característica de los materiales aislantes. El nivel de voltaje mínimo en el que un aislante comienza a comportarse como un conductor y conduce electricidad se conoce como 'voltaje de ruptura'. También se conoce como la rigidez dieléctrica del material.
Conducción de electricidad sólo es posible cuando hay cargas eléctricas móviles en los materiales. Los aisladores no pueden conducir electricidad porque no contienen cargas eléctricas móviles gratuitas. Cuando se aplica una diferencia de potencial a través del aislante, no conduce electricidad.
Cuando el valor de la diferencia de potencial aplicada aumenta más allá de ciertos niveles, algunos pares de electrones se rompen y comienza el proceso de ionización en el material. Esto conduce a la formación de electrones móviles libres. Estas cargas móviles comienzan a moverse desde el extremo positivo hacia el extremo negativo provocando el flujo de electricidad.
Por lo tanto, el aislante comienza a conducir electricidad y se comporta como un conductor. Este proceso se conoce como la ruptura eléctrica del material y la tensión mínima a la que se inicia este fenómeno se conoce como 'tensión de ruptura del material'. Este nivel de voltaje varía para diferentes tipos de materiales dependiendo de la composición, forma, tamaño y longitud del material entre los contactos eléctricos. El valor de voltaje de ruptura de un material proporcionado por los fabricantes suele ser el valor de voltaje de ruptura promedio.
Voltaje de ruptura del diodo
Los diodos son los semiconductores y sus propiedades eléctricas se encuentran entre las de los conductores y los aislantes. A Diodo de unión PN se forma utilizando un material tipo P y tipo N. Los diodos de unión PN contienen una banda prohibida a través del cual tiene lugar el intercambio de portadores de carga. Cuando se aplica una polarización directa, la corriente fluye en la dirección directa y tiene lugar la conducción. Cuando se aplica una polarización inversa, no debe tener lugar ninguna conducción. Pero debido a la presencia de portadores de carga minoritarios, una pequeña corriente inversa fluye a través del diodo conocido como corriente de fuga.
Debido al flujo de corriente inversa, aumenta el ancho de la barrera de unión. Cuando esta tensión de polarización inversa aplicada aumenta gradualmente en un cierto punto, se puede observar un rápido aumento de la corriente inversa. Esto se conoce como desglose del cruce. El voltaje inverso aplicado correspondiente en este punto se conoce como Voltaje de ruptura del diodo de unión PN . Esto también se conoce como Voltaje de ruptura inversa .
Diodo de unión PN de polarización inversa
El factor esencial para determinar la tensión de ruptura del diodo es su concentración de dopaje. Exceder este nivel de voltaje provoca el aumento exponencial de la corriente de fuga del diodo. Cuando se rompe un diodo, se puede observar un sobrecalentamiento. Entonces, cuando se opera con voltajes inversos, se utilizan disipadores de calor y resistencias externas.
Voltaje de ruptura del diodo Zener
Los diodos Zener se utilizan como bloques de construcción básicos en circuitos electrónicos . Se utilizan popularmente para proporcionar un voltaje de referencia a los circuitos electrónicos. Están diseñados para funcionar en las regiones de avería del diodo.
Los diodos Zener son diodos pesados que pueden funcionar de manera confiable en las regiones con polarización inversa. Aquí se produce el colapso debido al efecto Zener. En el efecto Zener cuando el campo eléctrico de la polarización inversa Diodo P-N aumenta, se produce un túnel de los electrones de valencia hacia la banda de conducción. Esto conduce a un aumento de los portadores de carga minoritarios, lo que aumenta la corriente inversa. Este fenómeno se conoce como efecto Zener y el voltaje mínimo al que se inicia este fenómeno se conoce como Desglose Zener Voltaje.
Desglose por avalancha
En diodos ligeramente dopados se produce una avería debido al efecto Avalancha. Aquí, en el efecto Avalancha, cuando un diodo se opera en polarización inversa debido a un aumento del campo eléctrico, los portadores de carga minoritarios obtienen energía cinética y chocan con los pares de electrones y agujeros, rompiendo así su enlace covalente y creando nuevos portadores de carga móviles. Este aumento en el número de portadores de carga minoritarios conduce a un aumento en la corriente inversa que causa averías. Aquí, el voltaje de ruptura se conoce como Voltaje de ruptura de avalancha .
Avería en el diodo Zener
El voltaje de ruptura de los comúnmente disponibles diodo Zener varía entre 1,2 V a 200 V. El diodo Zener exhibe una falla controlada y no requiere ningún circuito externo para limitar la corriente. Las características V-I del diodo con ruptura de avalancha aumentan gradualmente, mientras que para un diodo con ruptura Zener, las características V-I son agudas.
Desglose de sólidos, líquidos y gases
Además de los sólidos, muchos gases y líquidos también tienen propiedades aislantes y también se ven sometidos a fenómenos de degradación. La rigidez dieléctrica mínima del silicio a temperatura ambiente se puede calcular utilizando la siguiente fórmula.
mibr| =(12×105) / (3 registros (N / 1016)) V / cm
El aire también actúa como aislante en condiciones de presión atmosférica estándar. Se rompe cuando el voltaje aumenta más allá de 3,0 kv / mm. Los voltajes de ruptura de los gases se pueden calcular usando Ley de Paschen . En condiciones de vacío parcial el voltaje de ruptura del aire disminuye. Cuando el aire sufre un rayo de ruptura, se producen chispas. Estos voltajes también se conocen como voltajes de impacto.
los voltaje de ruptura del aceite del transformador también se conoce como fuerza dieléctrica. Es el valor de voltaje al que se observan chispas entre dos electrodos que están separados por un espacio y sumergidos en el aceite del transformador. Cuando hay humedad u otras sustancias conductoras en el aceite, se observan valores más bajos de voltajes de ruptura. La rigidez dieléctrica mínima del aceite ideal para transformadores es de 30 KV.
La avería también se puede observar en cables que transportan corriente. La tensión de ruptura del cable depende de la presencia de humedad a su alrededor, el tiempo de aplicación de la tensión y la temperatura de trabajo de los cables. ¿Cuál es el voltaje de ruptura mínimo de un Diodo Zener ?
