Vad är genombrottsspänning?

Nedbrytningsspänning, ibland även kallad dielektrisk styrka eller slagspänning, är mängden elektrisk kraft som krävs för att omvandla de elektriska egenskaperna hos ett föremål. Oftast används det med avseende på isolatorer. Genombrottsspänningen är den minsta spänning som krävs för att tvinga en isolator att leda en viss mängd elektricitet. Denna mätning är endast meningsfull i förhållande till ett befintligt system; det är den punkt då ett material trotsar operatörens förväntningar på hur det kommer att fungera.

Isolatorer leder per definition ingen elektricitet. Genombrottsspänning är den punkt där ett material upphör att vara en isolator och blir ett motstånd; det vill säga leder elektricitet i någon del av den totala strömmen. Isolatorer kännetecknas av atomer med tätt bundna elektroner. Atomkrafterna som håller dessa elektroner på plats överstiger de flesta yttre spänningar som kan få elektroner att flöda. Denna kraft är dock ändlig och kan alltid potentiellt överskridas av en extern spänning, som då får elektroner att strömma i någon takt genom ämnet.

Allt annat lika ökar kvaliteten på en isolator tillsammans med dess genomslagsspänning. Därför är porslin, som har en dielektrisk styrka på cirka 100 kilovolt per tum, en medioker isolator. Glas, som går sönder vid 20 gånger den spänning som porslin gör, är mycket bättre.

Dioder har också en genomslagsspänning. Enkla dioder är avsedda att leda elektricitet endast i en riktning, kallad ”framåt”. Vid en tillräckligt hög spänning kan dock dioden fås att leda elektricitet ”omvänt”. Vissa dioder, kallade lavindioder, är avsedda för denna typ av användning. Vid låga spänningar leder de elektricitet endast i en riktning. Vid en specifik punkt genomför de det lika effektivt åt andra hållet. Detta skiljer dem från isolatorer och andra dioder, som även över nedbrytningsnivån upprätthåller relativt högt motstånd. Inte överraskande går även trioder och andra specialiserade elektronikkomponenter sönder vid en viss punkt och börjar leda elektricitet längs vägen som dikteras av en tillräckligt hög spänning.

I praktiken är det svårt att bestämma ett materials exakta genombrottsspänning. Ett specifikt tal kopplat till denna kvantitet är inte en tillförlitlig konstant som en smältpunkt; det är ett statistiskt genomsnitt. När man konstruerar en krets bör man följaktligen se till att dess maximala spänning ligger långt under den lägsta genombrottsspänningen för något av de inblandade materialen. Ett elektriskt system är bara så bra som den minsta genomslagsspänningen hos en av dess komponenter.