O que é tensão de ruptura em diodos de junção e diodo Zener

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Dependendo de suas características elétricas, os materiais são classificados como condutores, Semicondutores e isolantes. Condutores são materiais que podem conduzir eletricidade facilmente. Em contraste, os materiais que não podem conduzir eletricidade são classificados como isolantes. As características dos materiais semicondutores situam-se entre condutores e isoladores. Ao trabalhar com isoladores, os pesquisadores observaram que o material isolante pode ser feito para se comportar como um condutor quando uma certa quantidade de eletricidade é aplicada a eles. Esse fenômeno foi denominado Breakdown, e a tensão mínima em que isso ocorre é conhecida como Breakdown Voltage. Esses níveis de tensão são diferentes para diferentes materiais e também dependem de suas propriedades físicas.

O que é uma tensão de ruptura?

A tensão de ruptura é uma característica dos materiais isolantes. O nível mínimo de tensão no qual um isolador começa a se comportar como condutor e conduz eletricidade é conhecido como “Tensão de ruptura”. Também é conhecido como Força Dielétrica do material.




Condução de eletricidade só é possível quando há cargas elétricas móveis nos materiais. Os isoladores não podem conduzir eletricidade porque não há cargas elétricas móveis gratuitas neles. Quando uma diferença de potencial é aplicada ao isolador, ele não conduz eletricidade.

Quando o valor da diferença de potencial aplicada é aumentado além de certos níveis, alguns pares de elétrons são quebrados e o processo de ionização começa no material. Isso leva à formação de elétrons móveis livres. Essas cargas móveis começam a se mover da extremidade positiva para a extremidade negativa, causando o fluxo de eletricidade.



Assim, o isolador passa a conduzir eletricidade e se comporta como condutor. Este processo é conhecido como Quebra Elétrica do material e a tensão mínima na qual este fenômeno começa é conhecida como “Tensão de Quebra do material”. Este nível de voltagem varia para diferentes tipos de materiais, dependendo da composição do material, forma, tamanho e comprimento do material entre os contatos elétricos. O valor da tensão de ruptura de um material fornecido pelos fabricantes é geralmente o valor da Tensão de ruptura média.

Tensão de ruptura do diodo

Diodos são os semicondutores e suas propriedades elétricas ficam entre as dos condutores e isolantes. UMA Diodo de junção PN é formado usando um material tipo P e tipo N. Os diodos de junção PN contêm um intervalo de banda através do qual ocorre a troca de portadores de carga. Quando uma polarização direta é aplicada, a corrente flui na direção direta e a condução ocorre. Quando uma polarização reversa é aplicada, nenhuma condução deve ocorrer. Mas, devido à presença de portadores de carga minoritários, uma pequena corrente reversa flui através do diodo, conhecida como corrente de fuga.


Devido ao fluxo da corrente reversa, a largura da barreira da junção aumenta. Quando esta tensão de polarização reversa aplicada é aumentada gradualmente em um certo ponto, um rápido aumento na corrente reversa pode ser observado. Isso é conhecido como quebra de junção. A tensão reversa aplicada correspondente neste ponto é conhecida como Tensão de ruptura do diodo de junção PN . Isso também é conhecido como Tensão de ruptura reversa .

Diodo de junção PN com polarização reversa

Diodo de junção PN polarizado reverso

O fator essencial para determinar a tensão de ruptura do diodo é sua concentração de dopagem. Exceder este nível de tensão causa o aumento exponencial na corrente de fuga do diodo. Quando ocorre uma quebra de diodo, o superaquecimento pode ser observado. Portanto, ao operar com tensões reversas, dissipadores de calor e resistores externos são usados.

Tensão de ruptura do diodo Zener

Os diodos Zener são usados ​​como blocos de construção básicos em Circuitos eletrônicos . Eles são usados ​​popularmente para fornecer uma voltagem de referência para os circuitos eletrônicos. Eles são projetados para trabalhar nas regiões de decomposição do diodo.

Os diodos Zener são muitos diodos que podem funcionar de forma confiável nas regiões de polarização reversa. Aqui, a quebra ocorre devido ao efeito Zener. No efeito Zener, quando o campo elétrico da polarização reversa Diodo P-N é aumentada, ocorre o tunelamento dos elétrons de valência na banda de condução. Isso leva a um aumento nos portadores de carga minoritários, aumentando assim a corrente reversa. Este fenômeno é conhecido como efeito Zener e a tensão mínima na qual este fenômeno começa é conhecido como Zener Breakdown Tensão.

Avaliação da avalanche

Em diodos levemente dopados, a decomposição ocorre devido ao efeito Avalanche. Aqui no efeito Avalanche, quando um diodo é operado em polarização reversa devido ao aumento do campo elétrico, os portadores de carga minoritários ganham energia cinética e colidem com os pares elétron-buraco, quebrando assim sua ligação covalente e criando novos portadores de carga móveis. Este aumento no número de portadores de carga minoritários leva a um aumento na corrente reversa, causando colapso. Aqui, a tensão de ruptura é conhecida como Tensão de ruptura de avalanche .

Breakdown-in-Zener-Diode

Breakdown-in-Zener-Diode

A tensão de ruptura do comumente disponível Diodo Zener varia entre 1,2V a 200V. O diodo Zener exibe uma falha controlada e não requer nenhum circuito externo para limitar a corrente. As características V-I do diodo com quebra de avalanche aumentam gradualmente, enquanto para um diodo com quebra de Zener as características V-I são nítidas.

Repartição em sólidos, líquidos e gases

Além de sólidos, muitos gases e líquidos também têm propriedades isolantes e também sofrem fenômenos de degradação. A rigidez dielétrica mínima do silício à temperatura ambiente pode ser calculada usando a fórmula abaixo.

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

O ar também atua como um isolante em condições de pressão atmosférica padrão. Ele quebra quando a tensão aumenta além de 3,0 kv / mm. As tensões de decomposição dos gases podem ser calculadas usando Lei de Paschen . Em condições de vácuo parcial, o tensão de ruptura do ar diminui. Quando o ar sofre relâmpagos de decomposição, ocorrem faíscas. Essas tensões também são conhecidas como tensões de ataque.

O tensão de ruptura do óleo do transformador também é conhecido como rigidez dielétrica. É o valor da tensão em que as faíscas são observadas entre dois eletrodos separados por uma lacuna e imersos no óleo do transformador. Quando umidade ou outras substâncias condutoras estão presentes no óleo, valores mais baixos de tensões de ruptura são observados. A rigidez dielétrica mínima do óleo de transformador ideal é 30KV.

A quebra também pode ser observada em cabos que conduzem corrente. A tensão de ruptura do cabo depende da presença de umidade ao seu redor, do tempo de aplicação da tensão e da temperatura de trabalho dos cabos. Qual é a tensão mínima de ruptura de um Diodo Zener ?