Hvordan beregne sammenbruddsspenning

Et elektrisk felt er et område av rommet rundt en ladet partikkel som utøver en kraft på andre ladede partikler. Retningen til dette feltet er retningen til kraften feltet vil utøve på en positiv test elektrisk ladning. Styrken til det elektriske feltet er volt per meter (V / m). Teknisk leder ikke isolatorer strøm, men hvis det elektriske feltet er stort nok, bryter isolatoren ned og leder strøm.

Dette kan noen ganger sees på som en elektrisk utladning eller lysbue mellom de to elektrodene. Nedbrytningsspenningen til en gass kan beregnes ut fraPaschens lov.Fysikken er forskjellig for halvledende dioder der sammenbruddsspenningen er det punktet der enheten begynner å lede i revers-bias-modus.

Dioder er vanligvis laget av halvledende krystaller, vanligvis silisium eller germanium. Urenheter tilsettes for å skape et område med negative ladningsbærere (elektroner) på den ene siden som skaper en n-type halvleder, og positive ladningsbærere (hull) for å lage en p-type halvleder på annen.

Når materialene av p-type og n-type bringes sammen, skaper en øyeblikkelig ladningsstrøm en tredje region eller utarmingsregion der ingen ladningsbærere er til stede. En strøm strømmer når det påføres tilstrekkelig høyere potensialforskjell på p-siden enn n-siden.

En diode har vanligvis høy motstand i motsatt retning og tillater ikke elektroner å strømme i denne omvendte forspente modusen. Når omvendt spenning når en viss verdi, synker denne motstanden og dioden leder i omvendt forspent modus. Potensialet som dette skjer med, kallesspenningsammenbrudd​.

I motsetning til ledere har isolatorer elektroner som er tett bundet til atomer som motstår fri elektronstrøm. Kraften som holder disse elektronene på plass er ikke uendelig, og med nok spenning kan disse elektronene få nok energi til å overvinne disse bindingene, og isolatoren blir en leder. Terskelspenningen der dette skjer, er kjent som sammenbruddsspenning ellerdielektrisk styrke. I en gass bestemmes nedbrytningsspenningen avPaschens lov​.

Paschens lov er en ligning som gir nedbrytningsspenningen som en funksjon av atmosfæretrykk og spaltelengde og er skrevet som

hvorV​_b er likestrømsbruddsspenningen,ser trykket fra gassen,der avstanden i meter,ENogBer konstanter som er avhengige av gassen rundt, ogγ​_se er den sekundære elektronutslippskoeffisienten. Den sekundære elektronutslippskoeffisienten er det punktet der innfallende partikler har nok kinetisk energi til at når de treffer andre partikler, induserer de utslipp av sekundære partikler.

En spaltetabell for luftspalte kan brukes til å slå opp nedbrytningsspenningen for enhver gass. Der en referansehåndbok ikke er tilgjengelig, kan beregningen av dielektrisk styrke for to elektroder atskilt med en tomme (2,54 cm) beregnes ved hjelp av Paschens lov hvor

​EN= 112,50 (kPacm)⁻¹

​B= 2737,50 V / (kPa.cm)^-1

​γ​_se = 0.01

​P= 101,325 Pa

Å koble disse verdiene til ovenstående ligning gir

Fra tekniske og fysiske tabeller forventes det typiske området for spenningen i luft å være 20 kV til 75 kV. Det er andre faktorer som påvirker nedbrytningsspenningen i luft, for eksempel fuktighet, tykkelse og temperatur, derav det brede spekteret.