Was ist eine Durchbruchspannung?
Die Durchschlagspannung, manchmal auch als Spannungsfestigkeit oder Zündspannung bezeichnet, ist die Menge an elektrischer Kraft, die erforderlich ist, um die elektrischen Eigenschaften eines Objekts zu transformieren. Am häufigsten wird es in Bezug auf Isolatoren verwendet. Die Durchbruchspannung ist die minimale Spannung, die erforderlich ist, um einen Isolator zum Leiten einer bestimmten Elektrizitätsmenge zu zwingen. Die Durchbruchspannung ist nur in Bezug auf ein vorhandenes System von Bedeutung. Dies ist der Punkt, an dem ein Material den Erwartungen des Bedieners hinsichtlich seiner Funktionsweise widerspricht.
Isolatoren leiten definitionsgemäß keinen Strom. Die Durchschlagspannung ist der Punkt, an dem ein Material nicht länger ein Isolator ist und zu einem Widerstand wird. Das heißt, es leitet Elektrizität mit einem gewissen Anteil des Gesamtstroms. Isolatoren zeichnen sich durch Atome mit eng gebundenen Elektronen aus. Die Atomkräfte, die diese Elektronen an Ort und Stelle halten, überschreiten die meisten äußeren Spannungen, die Elektronen zum Fließen bringen könnten. Diese Kraft ist jedoch endlich und kann immer potenziell von einer externen Spannung überschritten werden, die dann dazu führt, dass Elektronen mit einer gewissen Geschwindigkeit durch die Substanz fließen.
Wenn alles andere gleich ist, nimmt die Qualität eines Isolators zusammen mit seiner Durchbruchspannung zu. Daher ist Porzellan mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 100 Kilovolt pro Zoll ein mittelmäßiger Isolator. Glas, das mit der 20-fachen Spannung des Porzellans zusammenbricht, ist viel besser.
Dioden haben auch eine Durchbruchspannung. Einfache Dioden sollen Elektrizität nur in eine Richtung leiten, die als "vorwärts" bezeichnet wird. Bei einer ausreichend hohen Spannung kann die Diode jedoch dazu gebracht werden, Elektrizität "umgekehrt" zu leiten. Einige Dioden, sogenannte Lawinendioden, sind für diese Art der Verwendung vorgesehen. Bei niedrigen Spannungen leiten sie Elektrizität nur in eine Richtung. An einem bestimmten Punkt leiten sie es genauso effektiv in die andere Richtung. Dies unterscheidet sie von Isolatoren und anderen Dioden, die auch oberhalb der Durchbruchspannung einen relativ hohen Widerstand aufrechterhalten. Es überrascht nicht, dass auch Trioden und andere spezialisierte Elektronikkomponenten an einem bestimmten Punkt versagen und beginnen, Elektrizität entlang des Pfades zu leiten, der von einer ausreichend hohen Spannung vorgegeben wird.
In der Praxis ist es schwierig, die genaue Durchbruchspannung eines Materials zu bestimmen. Eine an diese Menge gebundene spezifische Zahl ist keine verlässliche Konstante wie ein Schmelzpunkt; es ist ein statistischer Durchschnitt. Folglich sollte beim Entwurf einer Schaltung darauf geachtet werden, dass ihre maximale Spannung deutlich unter der niedrigsten Durchschlagspannung eines der beteiligten Materialien liegt. Ein elektrisches System ist nur so gut wie die kleinste Durchbruchspannung einer seiner Komponenten.