اعتمادًا على خصائصها الكهربائية ، يتم تصنيف المواد على أنها موصلات ، أشباه الموصلات ، والعوازل. الموصلات عبارة عن مواد يمكنها توصيل الكهرباء بسهولة. في المقابل ، يتم تصنيف المواد التي لا يمكنها توصيل أي كهرباء على أنها عوازل. تكمن خصائص المواد شبه الموصلة بين الموصلات والعوازل. أثناء العمل مع العوازل ، لاحظ الباحثون أنه يمكن جعل مادة العازل تتصرف كموصل عند تطبيق كمية معينة من الكهرباء عليها. سميت هذه الظاهرة بالانهيار ، ويعرف الحد الأدنى من الجهد الذي يحدث عنده باسم جهد الانهيار. تختلف مستويات الجهد هذه باختلاف المواد وتعتمد أيضًا على خصائصها الفيزيائية.
ما هو جهد الانهيار؟
جهد الانهيار هو سمة من سمات مواد العازل. يُعرف الحد الأدنى لمستوى الجهد الذي يبدأ عنده العازل بالتصرف كموصل ويقوم بتوصيل الكهرباء باسم 'جهد الانهيار'. ويُعرف أيضًا باسم القوة العازلة للمادة.
توصيل كهرباء ممكن فقط عند وجود شحنات كهربائية متحركة في المواد. لا تستطيع العوازل توصيل الكهرباء لعدم وجود شحنات كهربائية متحركة مجانية فيها. عندما يتم تطبيق فرق جهد عبر العازل ، فإنه لا يقوم بتوصيل أي كهرباء.
عندما تزداد قيمة فرق الجهد المطبق إلى ما بعد مستويات معينة تنكسر بعض أزواج الإلكترونات وتبدأ عملية التأين في المادة. هذا يؤدي إلى تكوين إلكترونات متحركة حرة. تبدأ شحنات الهاتف المحمول هذه في التحرك من الطرف الموجب إلى الطرف السالب مما يتسبب في تدفق الكهرباء.
وهكذا ، يبدأ العازل في توصيل الكهرباء ويتصرف كموصل. تُعرف هذه العملية باسم الانهيار الكهربائي للمادة ، ويُعرف الحد الأدنى للجهد الذي تبدأ عنده هذه الظاهرة باسم 'جهد انهيار المادة'. يختلف مستوى الجهد هذا لأنواع مختلفة من المواد اعتمادًا على تكوين المواد وشكلها وحجمها وطولها بين التلامسات الكهربائية. عادةً ما تكون قيمة جهد الانهيار للمادة التي قدمها المصنعون هي متوسط قيمة جهد الانهيار.
الجهد انهيار الصمام الثنائي
الثنائيات هي أشباه الموصلات وخصائصها الكهربائية تقع بين تلك الخاصة بالموصلات والعوازل. أ صمام تقاطع PN يتم تشكيله باستخدام مادة من النوع P و N. تحتوي ثنائيات الوصلات PN على فجوة نطاق يتم من خلالها تبادل ناقلات الشحن. عندما يتم تطبيق التحيز إلى الأمام ، فإن التدفق الحالي في الاتجاه الأمامي يحدث والتوصيل. عندما يتم تطبيق التحيز العكسي لا ينبغي أن يحدث أي توصيل. ولكن نظرًا لوجود ناقلات شحنة أقلية ، يتدفق تيار عكسي صغير عبر الصمام الثنائي المعروف باسم تيار التسرب.
نظرًا لتدفق التيار العكسي ، يزداد عرض حاجز الوصلة. عندما يتم زيادة جهد التحيز العكسي المطبق تدريجياً عند نقطة معينة ، يمكن ملاحظة زيادة سريعة في التيار العكسي. يُعرف هذا باسم انهيار التقاطع. يُعرف الجهد العكسي المطبق المقابل عند هذه النقطة بـ جهد انهيار الصمام الثنائي للوصل PN . يُعرف هذا أيضًا باسم الجهد العكسي للانهيار .
عكس منحاز- PN- مفرق ديود
العامل الأساسي لتحديد جهد انهيار الصمام الثنائي هو تركيز المنشطات. يؤدي تجاوز مستوى الجهد هذا إلى زيادة أسية في تيار التسرب للديود. عند انهيار الصمام الثنائي ، يمكن ملاحظة ارتفاع درجة الحرارة. لذلك ، عند العمل مع الفولتية العكسية ، يتم استخدام أحواض الحرارة والمقاومات الخارجية.
جهد انهيار الصمام الثنائي زينر
تستخدم ثنائيات زينر كعناصر بناء أساسية في الدوائر الإلكترونية . يتم استخدامها بشكل شائع لتوفير جهد مرجعي للدوائر الإلكترونية. وهي مصممة للعمل في مناطق انهيار الصمام الثنائي.
ثنائيات زينر هي صمامات ثنائية كبيرة يمكنها العمل بشكل موثوق في المناطق المنحازة العكسي. يحدث الانهيار هنا بسبب تأثير Zener. في تأثير زينر عندما يكون المجال الكهربائي منحازًا عكسيًا الصمام الثنائي PN يتم زيادة نفق إلكترونات التكافؤ في نطاق التوصيل. هذا يؤدي إلى زيادة في ناقلات الشحنة الأقلية وبالتالي زيادة التيار العكسي. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير Zener ويُعرف الحد الأدنى للجهد الذي تبدأ عنده هذه الظاهرة انهيار زينر الجهد االكهربى.
انهيار الانهيار الجليدي
يحدث انهيار الصمام الثنائي المشبع قليلاً بسبب تأثير الانهيار الجليدي. هنا في تأثير الانهيار الجليدي ، عندما يتم تشغيل الصمام الثنائي في انحياز عكسي بسبب زيادة المجال الكهربائي ، تكتسب ناقلات الشحنة الأقلية طاقة حركية وتتصادم مع أزواج ثقب الإلكترون ، وبالتالي تكسر الرابطة التساهمية الخاصة بها وتخلق ناقلات شحن متنقلة جديدة. تؤدي هذه الزيادة في عدد ناقلات الشحنة الأقلية إلى زيادة التيار العكسي مما يؤدي إلى انهيار. هنا ، يُعرف جهد الانهيار باسم جهد انهيار الانهيار الجليدي .
انهيار في زينر ديود
جهد الانهيار المتاح بشكل شائع الصمام الثنائي زينر يتراوح بين 1.2 فولت و 200 فولت. يُظهر الصمام الثنائي Zener انهيارًا محكومًا ولا يتطلب أي دوائر خارجية للحد من التيار. تزداد خصائص V-I للديود مع انهيار الانهيار الجليدي تدريجيًا بينما تكون خصائص V-I حادة في الصمام الثنائي مع انهيار Zener.
التحلل في المواد الصلبة والسوائل والغازات
إلى جانب المواد الصلبة ، تمتلك العديد من الغازات والسوائل أيضًا خصائص عازلة ، كما يُنظر إليها على أنها تخضع لظواهر الانهيار. يمكن حساب الحد الأدنى لقوة العزل الكهربائي للسيليكون في درجة حرارة الغرفة باستخدام الصيغة أدناه.
هر| = (12 × 105) / (3-تسجيل (N / 1016)) V / سم
يعمل الهواء أيضًا كعازل في ظروف الضغط الجوي القياسية. يحدث الانهيار عندما يزيد الجهد عن 3.0kv / mm. يمكن حساب جهد تفكك الغازات باستخدام قانون باشن . في ظروف الفراغ الجزئي جهد انهيار الهواء النقصان. عندما يتعرض الهواء لتفكك البرق ، يحدث شرارة. تُعرف هذه الفولتية أيضًا باسم الفولتية الضاربة.
ال جهد انهيار زيت المحولات يُعرف أيضًا باسم القوة العازلة. هي قيمة الجهد التي تُلاحظ عندها الشرر بين قطبين مفصولين بفجوة ومغمورة في زيت المحولات. عند وجود رطوبة أو مواد موصلة أخرى في الزيت ، يتم ملاحظة قيم أقل لجهود الانهيار. الحد الأدنى لقوة العزل الكهربائي لزيت المحولات المثالي هو 30KV.
يمكن أيضًا ملاحظة الانهيار في الكابلات التي تحمل التيار. يعتمد جهد انهيار الكابل على وجود الرطوبة حوله ووقت تطبيق الجهد ودرجة حرارة تشغيل الكابلات. ما هو الحد الأدنى لجهد الانهيار لـ a زينر ديود ؟
