Quelle est la tension de claquage dans les diodes de jonction et la diode Zener

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En fonction de leurs caractéristiques électriques, les matériaux sont classés comme conducteurs, Semi-conducteurs et isolateurs. Les conducteurs sont des matériaux qui peuvent facilement conduire l'électricité. En revanche, les matériaux qui ne peuvent pas conduire d'électricité sont classés comme isolants. Les caractéristiques des matériaux semi-conducteurs se situent entre les conducteurs et les isolants. En travaillant avec des isolants, les chercheurs ont observé que le matériau isolant peut être amené à se comporter comme un conducteur lorsqu'une certaine quantité d'électricité leur est appliquée. Ce phénomène a été appelé Panne, et la tension minimale à laquelle cela se produit est appelée Tension de panne. Ces niveaux de tension sont différents pour différents matériaux et dépendent également de leurs propriétés physiques.

Qu'est-ce qu'une tension de claquage?

La tension de claquage est la caractéristique des matériaux isolants. Le niveau de tension minimum auquel un isolant commence à se comporter comme un conducteur et conduit l'électricité est appelé «tension de claquage». Il est également connu sous le nom de rigidité diélectrique du matériau.




Conduction de électricité n'est possible que lorsqu'il y a des charges électriques mobiles dans les matériaux. Les isolateurs ne peuvent pas conduire l'électricité car ils ne contiennent pas de charges électriques mobiles gratuites. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à travers l'isolant, il ne conduit aucune électricité.

Lorsque la valeur de la différence de potentiel appliquée est augmentée au-delà de certains niveaux, certaines paires d'électrons sont rompues et le processus d'ionisation commence dans le matériau. Cela conduit à la formation d'électrons mobiles libres. Ces charges mobiles commencent à se déplacer de l'extrémité positive vers l'extrémité négative provoquant le flux d'électricité.



Ainsi, l'isolant commence à conduire l'électricité et se comporte comme un conducteur. Ce processus est connu sous le nom de rupture électrique du matériau et la tension minimale à laquelle ce phénomène commence est appelée «tension de rupture du matériau». Ce niveau de tension varie pour différents types de matériaux en fonction de la composition, de la forme, de la taille et de la longueur du matériau entre les contacts électriques. La valeur de tension de claquage d'un matériau donnée par les fabricants est généralement la valeur de tension de claquage moyenne.

Tension de panne de diode

Les diodes sont les semi-conducteurs et leurs propriétés électriques se situent entre celles des conducteurs et des isolants. UNE Diode de jonction PN est formé en utilisant un matériau de type P et de type N. Les diodes de jonction PN contiennent une bande interdite à travers laquelle l'échange des porteurs de charge a lieu. Lorsqu'une polarisation directe est appliquée, le courant circule dans le sens direct et la conduction a lieu. Lorsqu'une polarisation inverse est appliquée, aucune conduction ne doit avoir lieu. Mais en raison de la présence de porteurs de charge minoritaires, un petit courant inverse traverse la diode appelée courant de fuite.


En raison du flux de courant inverse, la largeur de la barrière de jonction augmente. Lorsque cette tension de polarisation inverse appliquée est augmentée progressivement à un certain point, une augmentation rapide du courant inverse peut être observée. Ceci est connu sous le nom de panne de jonction. La tension inverse appliquée correspondante à ce stade est connue sous le nom de Tension de claquage de la diode de jonction PN . Ceci est également connu comme Tension de claquage inverse .

Diode PN-Juntion polarisée en inverse

Diode de jonction PN polarisée en inverse

Le facteur essentiel pour déterminer la tension de claquage de la diode est sa concentration en dopage. Le dépassement de ce niveau de tension provoque l'augmentation exponentielle du courant de fuite de la diode. En cas de panne de diode, une surchauffe peut être observée. Ainsi, lors du fonctionnement avec des tensions inverses, des dissipateurs de chaleur et des résistances externes sont utilisés.

Tension de claquage de la diode Zener

Les diodes Zener sont utilisées comme éléments de base dans circuits électroniques . Ils sont couramment utilisés pour fournir une tension de référence aux circuits électroniques. Ils sont conçus pour fonctionner dans les régions de claquage de la diode.

Les diodes Zener sont fortement des diodes qui peuvent fonctionner de manière fiable dans les régions polarisées en inverse. Ici, la panne a lieu en raison de l'effet Zener. Dans l'effet Zener lorsque le champ électrique de la polarisation inverse Diode P-N est augmenté, un tunnel des électrons de valence dans la bande de conduction a lieu. Cela conduit à une augmentation des porteurs de charge minoritaires, augmentant ainsi le courant inverse. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet Zener et la tension minimale à laquelle ce phénomène commence est appelée Répartition de Zener Tension.

Panne d'avalanche

Dans les diodes légèrement dopées, une panne se produit en raison de l'effet Avalanche. Ici, dans l'effet Avalanche, lorsqu'une diode fonctionne en polarisation inverse en raison d'un dépôt électrique accru, les porteurs de charge minoritaires gagnent de l'énergie cinétique et entrent en collision avec les paires électron-trou, rompant ainsi leur liaison covalente et créant de nouveaux porteurs de charge mobiles. Cette augmentation du nombre de porteurs de charge minoritaires conduit à une augmentation du courant inverse provoquant une panne. Ici, la tension de claquage est connue sous le nom de Tension de claquage avalanche .

Panne dans la diode Zener

Panne dans la diode Zener

La tension de claquage du communément disponible Diode Zener varie entre 1,2 V et 200 V. La diode Zener présente une panne contrôlée et ne nécessite aucun circuit externe pour limiter le courant. Les caractéristiques V-I de la diode avec claquage en avalanche augmentent progressivement alors que pour une diode avec claquage Zener, les caractéristiques V-I sont nettes.

Répartition dans les solides, les liquides et les gaz

Outre les solides, de nombreux gaz et liquides ont également des propriétés isolantes et sont également vus subir des phénomènes de claquage. La rigidité diélectrique minimale du silicium à température ambiante peut être calculée à l'aide de la formule ci-dessous.

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

L'air agit également comme un isolant dans des conditions de pression atmosphérique standard. Il tombe en panne lorsque la tension augmente au-delà de 3,0 kv / mm. Les tensions de claquage des gaz peuvent être calculées en utilisant Loi de Paschen . Dans des conditions de vide partiel, tension de claquage de l'air diminue. Lorsque l'air subit un éclair de décomposition, des étincelles se produisent. Ces tensions sont également appelées tensions de déclenchement.

Le tension de claquage de l'huile de transformateur est également connu sous le nom de rigidité diélectrique. C'est la valeur de la tension à laquelle des étincelles sont observées entre deux électrodes séparées par un interstice et immergées dans l'huile du transformateur. Lorsque de l'humidité ou d'autres substances conductrices sont présentes dans l'huile, des valeurs inférieures de tensions de claquage sont observées. La rigidité diélectrique minimale de l'huile de transformateur idéale est de 30KV.

La panne peut également être observée dans les câbles qui transportent du courant. La tension de claquage du câble dépend de la présence d'humidité autour de lui, du moment de l'application de la tension et de la température de fonctionnement des câbles. Quelle est la tension de claquage minimale d'un Diode Zener ?