Кіріспе

Изолятордың электр өткізгіштікке айналатын кернеуі – изолятордың бір бөлігінде электрлік түзілуді тудырып, оны электр тоғын өткізгіш ететін ең төменгі кернеу. Диодтар үшін түзілу кернеуі – диодтың кері бағытта айқын түрде тоқ өткізуін қамтамасыз ететін ең төменгі кері кернеу. Кейбір құрылғыларда (мысалы, TRIAC) тікелей түзілу кернеуі де болады.

Электрлік ақау

Материалдар көбінесе олардың кедергісіне сүйене отырып, өткізгіштер немесе оқшаулағыштар деп жіктеледі. Өткізгіш – бұл материалдың ішінде еркін қозғалатын зарядталған бөлшектер, яғни заряд тасымалдаушылардың көптігін қамтитын зат. Материалдың әр түрлі жақтарындағы электрлік контактілер арасындағы кернеу айырмашылығын қолдану арқылы материалдың бір бөлігінде электр өрісі туындайды. Өрістің күші материалдағы заряд тасымалдаушыларды қозғалысқа келтіреді, нәтижесінде оң контактіден теріс контактіге дейін электр тогы ағыны пайда болады. Мысалы, металдарда әрбір атомдағы теріс зарядталған электрондардың бірі немесе бірнешеуі, өткізгіш электрондар деп аталады, кристалдық торда еркін қозғалады. Электр өрісі үлкен ток ағынын тудырады, сондықтан металдардың кедергісі төмен болады, оларды жақсы өткізгіштер етеді. Керісінше, пластик және керамика сияқты материалдарда барлық электрондар атомдарға берік байланысқан, сондықтан қалыпты жағдайда материалда қозғалмалы заряд тасымалдаушылар өте аз. Кернеуді қолдану өте шағын ток ағынына ғана себеп болады, бұл материалға өте жоғары кедергілік қасиетін береді, сондықтан олар оқшаулағыштар деп жіктеледі. Дегенмен, егер жеткілікті күшті электр өрісі қолданылса, барлық оқшаулағыштар өткізгіштерге айналады. Егер оқшаулағышқа қолданылатын кернеу арттырылса, белгілі бір электр өрісінің күшінде материалдағы заряд тасымалдаушылардың саны күрт өседі және оның кедергісі төмендейді, нәтижесінде үлкен ток ағыны пайда болады. Бұл құбылыс электрлік тежелу деп аталады. Тежелу, электр өрісі материал молекулаларынан электрондарды жұлып алып, оларды иондауға жеткілікті күшті болғанда пайда болады. Босатылған электрондар өріс әсерімен үдеп, басқа атомдарға соқтығысып, тізбекті реакция арқылы көбірек еркін электрондар мен иондарды тудырады, материалды зарядталған бөлшектермен толтырады. Бұл әр материал үшін тән электр өрісінің күшінде, вольт/сантиметр бірлігімен өлшенетін, диэлектрлік беріктігінде көрінеді. Оқшаулағышқа кернеу қолданғанда, әрбір нүктедегі электр өрісі кернеудің градиентіне тең болады. Кернеу градиенті нысанның пішініне немесе құрамындағы жергілікті өзгерістерге байланысты нысанның әртүрлі нүктелерінде өзгеруі мүмкін. Электрлік тежелу, өріс материалдың кейбір аймақтарында диэлектрлік беріктігін алғаш рет басып өткенде пайда болады. Бір аймақ тежелгеннен және өткізгіш болғаннан кейін, сол аймақта кернеудің төмендеуі болмайды және толық кернеу оқшаулағыштың қалған бөлігіне қолданылады, нәтижесінде градиент пен электр өрісі артады, оқшаулағыштың басқа аймақтарының тежелуіне әкеледі. Тежелу оң контактіден теріс контактіге дейін оқшаулағыш арқылы өткізгіш жолмен жылдам таралады. Бұл кездегі кернеу сол нысанның тежелу кернеуі деп аталады. Тежелу кернеуі материалдың құрамына, нысанның пішініне және электрлік контактілер арасындағы материалдың ұзындығына байланысты өзгереді.

Қатты заттар

Ажырасу кернеуі – оқшаулағыштың сипаттамасы, ол оқшаулағыш өткізбей тұрып материалға қолданылатын ең жоғары кернеу айырмасын анықтайды. Қатты оқшаулағыш материалдарда бұл әдетте кенеттен ток өтуінен материал ішіндегі молекулалық немесе физикалық өзгерістер арқылы әлсіреген жолдың пайда болуына себеп болады. Кейбір шамдарда қолданылатын сирек газдарда ажырасу кернеуі кейде «қандай да бір кернеуге жететін кернеу» деп те аталады. Материалдың ажырасу кернеуі – нақты мән емес, себебі ол ақаудың бір түрі және материалдың белгілі бір кернеуде ақауға ұшырау мүмкіндігі бар. Егер мән берілсе, ол әдетте үлкен сынаманың орташа ажырасу кернеуін көрсетеді. Тағы бір термин – төзу кернеуі, онда белгілі бір кернеуде ақауға ұшырау ықтималдығы соншалықты төмен, оқшаулауды жобалау кезінде материалдың осы кернеуде ақаусыз болады деп есептеледі. Материалдың ажырасу кернеуін өлшеудің екі түрі бар: айнымалы ток (AC) және импульстік ажырасу кернеулері. Айнымалы ток кернеуі – электр желісінің жиілігі. Импульстік ажырасу кернеуі – найзағайдың соққысын имитациялайды және әдетте толқынның 90% амплитудаға жетуі үшін 1,2 микросекундтық өрлеу, содан кейін 50 микросекундтан кейін 50% амплитудаға дейін төмендеу қолданылады. Бұл сынақтарды жүргізуді реттейтін екі техникалық стандарт – ASTM D1816 және ASTM D3300, олар ASTM баспасынан шыққан.

Диодтар және басқа жартылай өткізгіштер

Ақаулық кернеуі – диодтың параметрі, ол диодтағы ағынның экспоненциалды өсуіне себеп болмайтын қолданылатын ең жоғары кері кернеуді анықтайды. Диодтың ақаулық кернеуінен асып кету, өзінен-өзі, бұзушы емес; бірақ оның ток сыйымдылығынан асып кету бұзушы болады. Шындығында, Зенер диодтары – диодтың ақаулық кернеуін пайдаланып кернеу деңгейін реттеуге арналған, жоғары допингтелген қалыпты диодтар. Түзетуші диодтар (жартылай өткізгіш немесе түтікше/клапан) бірнеше кернеу рейтингтеріне ие болуы мүмкін, мысалы, диодтағы ең жоғары кері кернеу (PIV) және түзету тізбегіне кіретін ең жоғары RMS кернеуі (бұл көрсеткіш одан әлдеқайда төмен болады). Көптеген кішкентай сигналды транзисторлар, шамадан тыс қызудан сақтану үшін, кез келген ақаулық тогының мәнін әлдеқайда төмендетуі керек. Құрылғыға зақым келтірмеу және айналасындағы тізбекке шамадан тыс ағынның әсерін шектеу үшін, келесі биполярлық транзистордың ең жоғары рейтингтері жиі көрсетіледі: VCEO (кейде BVCEO немесе V(BR)CEO деп жазылады) – коллектор мен эмитер арасындағы ең жоғары кернеу, ол қауіпсіз түрде қолданылуы мүмкін (әдетте, белгілі бір ағын тогынан аспайды), егер транзистордың базасында коллектор-база ағынын жоюға арналған тізбек болмаса. Типтік мәндер: 20 вольттан 700 вольтқа дейін; OC10 сияқты өте ертедегі германийлік нүктелі контактілі транзисторлардың мәндері 5 вольт немесе одан да аз болды. VCBO – эмитер ашық тізбекпен коллектор-база кернеуінің ең жоғары мәні. Типтік мәндері 25-1200 вольт. VCER – база мен эмитер арасында белгілі бір кедергі (немесе одан аз) болғанда коллектор мен эмитер арасындағы ең жоғары кернеу рейтингі. Бұл ашық база немесе ашық эмитер сценарийлеріне қарағанда нақты тізбектер үшін шынайы рейтинг. VEBO – эмитерге қатысты базадағы ең жоғары кері кернеу. Әдетте германий транзисторлары үшін 5 вольттан жоғары, ал UHF транзисторлары үшін одан төмен. VCES – база эмитерге қысқа тұйықталғанда коллектор-эмитер рейтингі; R = 0 болғанда VCER-ге тең. VCEX – коллектор-эмитер рейтингі, егер белгілі бір база-эмитер кернеуі берілсе, мысалы, кейбір жоғары кернеуді коммутациялау сценарийлерінде. Өріс эффектілі транзисторлардың да ұқсас ең жоғары рейтингтері бар, қосылыс FET үшін ең маңыздысы – қақпа-ағызу кернеуінің рейтингі. Кейбір құрылғыларда кернеудің ең жоғары өзгеру жылдамдығы да көрсетілуі мүмкін.

Электрлік аппараттар

Электр трансформаторлары, тораптар, коммутациялық жабдықтар және жоғары кернеулі беру желілеріне қосылған басқа да электр құрылғылары электр тізбегінде туындайтын уақытшалық найзағайлық импульстік кернеутерге ұшырайды. Электр құрылғыларының негізгі найзағай импульстік деңгейі (BIL) белгіленеді. Бұл – найзағайдың немесе тізбектерді коммутациялаудан туындаған импульстік кернеудің электрлік стресін имитациялауға арналған, стандартталған толқын пішініне ие импульстік толқынның ең жоғары мәні. BIL құрылғының қалыпты жұмыс кернеуімен үйлестіріледі. Жоғары кернеулі беру желілері үшін импульстік деңгей, энергиямен қамтамасыз етілген компоненттердің жерге дейінгі қашықтығымен байланысты. Мысалы, 138 кВ номиналды кернеуі бар беру желісі 650 кВ BIL үшін жобаланады. Найзағайға ұшырау қаупі жоғары болған жағдайда, ең төменгі деңгейден жоғары BIL көрсетілуі мүмкін.