แรงดันพังทลายของฉนวนคือแรงดันต่ำสุดที่ทำให้ส่วนหนึ่งของฉนวนเกิดการพังทลายทางไฟฟ้าและกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า

สำหรับไดโอดแรงดันพังทลายคือแรงดันย้อนกลับต่ำสุดที่ทำให้ไดโอดนำกระแสได้อย่างเห็นได้ชัดในทิศทางตรงกันข้าม อุปกรณ์บางชนิด (เช่นTRIAC ) ยังมีแรงดันพังทลายในทิศทางไปข้างหน้าด้วย

โดยทั่วไป วัสดุมักถูกจัดประเภทเป็นตัวนำหรือฉนวนตามค่าความต้านทาน จำเพาะ ตัวนำคือสารที่มีอนุภาคประจุ เคลื่อนที่ได้จำนวนมาก เรียกว่าตัวนำประจุซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในวัสดุเมื่อให้แรงดันไฟฟ้าต่างกันระหว่างขั้วไฟฟ้าที่อยู่คนละด้านของวัสดุ จะเกิดสนามไฟฟ้า ขึ้น แรงจากสนามไฟฟ้าจะทำให้ตัวนำประจุภายในวัสดุเคลื่อนที่ ทำให้เกิด กระแสไฟฟ้าไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ตัวอย่างเช่น ในโลหะอิเล็กตรอนที่มีประจุลบอย่างน้อยหนึ่งตัวในแต่ละอะตอม เรียกว่าอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในโครงผลึก สนามไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลมาก ดังนั้นโลหะจึงมีความต้านทานจำเพาะ ต่ำ ทำให้เป็นตัวนำที่ดี ในทางตรงกันข้าม ในวัสดุเช่นพลาสติกและเซรามิกอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกยึดติดกับอะตอมอย่างแน่นหนา ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติจึงมีตัวนำประจุเคลื่อนที่ได้น้อยมากในวัสดุ การให้แรงดันไฟฟ้าจะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลเพียงเล็กน้อย ทำให้วัสดุมีความต้านทานจำเพาะ สูงมาก และวัสดุเหล่านี้ถูกจัดเป็นฉนวน

อย่างไรก็ตาม หากใช้สนามไฟฟ้า ที่แรงพอ วัสดุฉนวนทั้งหมดจะกลายเป็นตัวนำ หากเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวัสดุฉนวน ณ ระดับความแรงของสนามไฟฟ้าค่าหนึ่ง จำนวนตัวนำประจุในวัสดุจะเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลอย่างฉับพลัน และความต้านทานจะลดลง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอย่างรุนแรง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การแตกตัวทางไฟฟ้าการแตกตัวเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าแรงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนออกจากโมเลกุลของวัสดุ ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกเร่งความเร็วโดยสนามไฟฟ้าและชนกับอะตอมอื่นๆ ทำให้เกิดอิเล็กตรอนอิสระและไอออนมากขึ้นในปฏิกิริยาลูกโซ่ ทำให้วัสดุเต็มไปด้วยอนุภาคที่มีประจุ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นที่ความแรงของสนามไฟฟ้าเฉพาะของแต่ละวัสดุ ซึ่งวัดเป็นโวลต์ต่อเซนติเมตร เรียกว่าความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับฉนวนชิ้นหนึ่ง สนามไฟฟ้า ณ แต่ละจุดจะเท่ากับความชันของแรงดันไฟฟ้า ความชันของแรงดันไฟฟ้าอาจแตกต่างกันไปในแต่ละจุดทั่ววัตถุ เนื่องจากรูปร่างหรือความแปรผันเฉพาะที่ขององค์ประกอบ การแตกตัวทางไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าเกินความแข็งแรงของฉนวนในบางบริเวณของวัตถุเป็นครั้งแรก เมื่อบริเวณหนึ่งแตกตัวและกลายเป็นตัวนำ บริเวณนั้นแทบจะไม่มีแรงดันตกคร่อม และแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจะถูกจ่ายให้กับความยาวที่เหลือของฉนวน ส่งผลให้ความชันและสนามไฟฟ้าสูงขึ้น ทำให้บริเวณอื่นๆ ในฉนวนแตกตัว การแตกตัวจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในเส้นทางนำไฟฟ้าผ่านฉนวนจนกระทั่งขยายจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าแตกตัวของวัตถุนั้น แรงดันไฟฟ้าแตกตัว^{[ 1 ]} จะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบของวัสดุ รูปร่างของวัตถุ และความยาวของวัสดุระหว่างหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

แรงดันพังทลายเป็นลักษณะเฉพาะของฉนวน ที่กำหนดความแตกต่าง ของแรงดันสูงสุดที่สามารถใช้กับวัสดุได้ก่อนที่ฉนวนจะนำไฟฟ้า ในวัสดุฉนวนที่เป็นของแข็ง โดยทั่วไปแล้วจะสร้างเส้นทางที่อ่อนแอภายในวัสดุโดยการสร้างการเปลี่ยนแปลงทางโมเลกุลหรือทางกายภาพอย่างถาวรโดยกระแสไฟฟ้า ที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน ในก๊าซที่เบาบางซึ่งพบในหลอดไฟบางประเภท แรงดันพังทลายบางครั้งก็เรียกว่าแรงดันกระแทก^{[ 2 ]}

แรงดันพังทลายของวัสดุไม่ใช่ค่าที่แน่นอน เพราะเป็นรูปแบบหนึ่งของความเสียหาย และมีความน่าจะเป็นทางสถิติว่าวัสดุจะเสียหายที่แรงดันที่กำหนดหรือไม่ เมื่อมีการระบุค่า มักจะเป็นค่าเฉลี่ยของแรงดันพังทลายจากตัวอย่างขนาดใหญ่ อีกคำหนึ่งคือแรงดันทนทานซึ่งความน่าจะเป็นของความเสียหายที่แรงดันที่กำหนดนั้นต่ำมาก จนเมื่อออกแบบฉนวน จะถือว่าวัสดุจะไม่เสียหายที่แรงดันนี้

การวัดแรงดันพังทลายของวัสดุสองแบบที่แตกต่างกัน ได้แก่ แรงดันพังทลายแบบกระแสสลับและแบบอิมพัลส์ แรงดันกระแสสลับคือความถี่ของสายไฟหลักแรงดันพังทลายแบบอิมพัลส์เป็นการจำลองฟ้าผ่า และโดยปกติจะใช้เวลาเพิ่มขึ้น 1.2 ไมโครวินาทีเพื่อให้คลื่นมีแอมพลิจูดถึง 90% จากนั้นลดลงเหลือ 50% หลังจาก 50 ไมโครวินาที^{[ 3 ]}

มาตรฐานทางเทคนิคสองมาตรฐานที่ควบคุมการดำเนินการทดสอบเหล่านี้คือ ASTM D1816 และ ASTM D3300 ที่เผยแพร่โดย ASTM ^{[ 4 ]}

ภายใต้สภาวะมาตรฐานที่ความดันบรรยากาศ อากาศทำหน้าที่เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม โดยต้องใช้แรงดันไฟฟ้า3.0 kV/mmก่อนที่จะเกิดการแตกตัวทางไฟฟ้า (เช่นฟ้าผ่าหรือประกายไฟระหว่างแผ่นตัวนำของตัวเก็บประจุหรือขั้วไฟฟ้าของหัวเทียน ) เมื่อใช้ก๊าซอื่น ศักยภาพการแตกตัวทางไฟฟ้าอาจลดลงจนถึงระดับที่พื้นผิวที่ไม่มีฉนวนสองพื้นผิวที่มีศักยภาพต่างกันอาจทำให้เกิดการแตกตัวทางไฟฟ้าของก๊าซโดยรอบ ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ได้ เนื่องจากปรากฏการณ์การแตกตัวทางไฟฟ้าเปรียบได้กับการลัดวงจร

ในก๊าซ แรงดันพังทลายสามารถหาได้โดยใช้กฎของพาเชน

แรงดันพังทลายในสุญญากาศบางส่วนแสดงเป็น^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} โดยที่คือศักย์พังทลายในหน่วยโวลต์และเป็นค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับก๊าซโดยรอบแสดงถึงความดันของก๊าซโดยรอบแสดงถึงระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด และแสดงถึงสัมประสิทธิ์ การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ$${\displaystyle V_{\text{b}}={\frac {B\,p\,d}{\ln(A\,p\,d)-\ln \left[\ln \left(1+{\frac {1}{\gamma _{\text{se}}}}\right)\right]}},}$$${\displaystyle V_{\text{b}}}$${\displaystyle A}$${\displaystyle B}$${\displaystyle p}$${\displaystyle d}$${\displaystyle \gamma _{\text{se}}}$

บทความเกี่ยวกับกฎของพาเชนได้ ให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการพิสูจน์กฎ ดัง กล่าว พร้อมทั้งข้อมูลพื้นฐานบางส่วน

แรงดันพังทลาย (Breakdown voltage) เป็นพารามิเตอร์ของไดโอด ที่กำหนด แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่สามารถใช้ได้โดยไม่ทำให้กระแส รั่วไหล ในไดโอดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเกินแรงดันพังทลายของไดโอดนั้นโดยตัวมันเองไม่ทำให้เสียหาย แต่การเกินความสามารถในการรับกระแสจะทำให้เสียหายได้ ที่จริงแล้วไดโอดซีเนอร์ก็คือ ไดโอดปกติที่ ถูกเจือสารอย่างหนาแน่นซึ่งใช้ประโยชน์จากแรงดันพังทลายของไดโอดเพื่อควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้า

ไดโอดเรียงกระแส (แบบเซมิคอนดักเตอร์หรือแบบหลอด/วาล์ว) อาจมีพิกัดแรงดันหลายค่า เช่น แรงดันผกผันสูงสุด (PIV) คร่อมไดโอด และ แรงดันอินพุต RMS สูงสุด ไปยังวงจรเรียงกระแส (ซึ่งจะมีค่าน้อยกว่ามาก)

ทรานซิสเตอร์สัญญาณขนาดเล็กจำนวนมากจำเป็นต้องจำกัดกระแสพังทลายให้มีค่าต่ำมากเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป เพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ และเพื่อจำกัดผลกระทบที่กระแสรั่วไหลมากเกินไปอาจมีต่อวงจรโดยรอบ จึงมักมีการระบุค่าพิกัดสูงสุดของทรานซิสเตอร์ แบบไบโพลาร์ ดังต่อไปนี้:

V _CEO (บางครั้งเขียนว่าBV _CEOหรือV _(BR)CEO )

แรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างตัวเก็บประจุและตัวปล่อยประจุที่สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัย (และมีกระแสรั่วไหลไม่เกินค่าที่กำหนดไว้) เมื่อไม่มีวงจรที่ฐานของทรานซิสเตอร์เพื่อกำจัดกระแสรั่วไหลระหว่างตัวเก็บประจุและฐาน ค่าทั่วไป: 20 โวลต์ถึง 700 โวลต์ ทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัสเจอร์มาเนียมรุ่นแรกๆ เช่น OC10 มีค่าประมาณ 5 โวลต์หรือน้อยกว่า

วี_{ซีบีโอ}

แรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างตัวเก็บประจุและฐานเมื่อตัวส่งสัญญาณเปิดวงจรค่าทั่วไปอยู่ระหว่าง 25 ถึง 1200 โวลต์

วี_{ซีอาร์}

ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างตัวเก็บประจุและตัวปล่อย โดยมีค่าความต้านทานที่กำหนดไว้ (หรือน้อยกว่า) ระหว่างฐานและตัวปล่อย ซึ่งเป็นค่าที่สมจริงกว่าสำหรับวงจรในโลกแห่งความเป็นจริง เมื่อเทียบกับกรณีฐานเปิดหรือตัวปล่อยเปิดที่กล่าวมาข้างต้น

วี อี_โบ

แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่ฐานเมื่อเทียบกับตัวส่งสัญญาณ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 5 โวลต์ สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์มาเนียมจะมากกว่านั้น และสำหรับทรานซิสเตอร์ UHF จะน้อยกว่านั้น

วี_{ซีเอส}

พิกัดกระแสระหว่างคอลเลคเตอร์กับอีมิเตอร์เมื่อเบสลัดวงจรกับอีมิเตอร์ เทียบเท่ากับV _CERเมื่อR = 0

วี_{ซีเอ็กซ์}

พิกัดกระแสระหว่างตัวเก็บประจุและตัวปล่อยเมื่อมีการจ่ายแรงดันระหว่างฐานและตัวปล่อยที่เฉพาะเจาะจง เช่น ในสถานการณ์การสวิตช์แรงดันสูงบางกรณี

ทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์มีพิกัดสูงสุดที่คล้ายคลึงกัน โดยพิกัดที่สำคัญที่สุดสำหรับทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์ชนิดรอยต่อคือพิกัดแรงดันเกต-เดรน

อุปกรณ์บางชนิดอาจมี การระบุ อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า สูงสุดไว้ด้วย

หม้อแปลงไฟฟ้าเบรกเกอร์สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับสายส่งไฟฟ้า เหนือศีรษะ จะสัมผัสกับแรงดันไฟกระชากจากฟ้าผ่าชั่วคราวที่เกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้าจะมีระดับแรงดันไฟกระชากพื้นฐาน (BIL) ที่กำหนดไว้ ซึ่งเป็นค่าสูงสุดของรูปคลื่นแรงดันไฟกระชากที่มีรูปร่างคลื่นมาตรฐาน โดยมีจุดประสงค์เพื่อจำลองความเครียดทางไฟฟ้าของไฟกระชากจากฟ้าผ่าหรือไฟกระชากที่เกิดจากการสลับวงจร BIL จะสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าใช้งานปกติของอุปกรณ์ สำหรับสายส่งไฟฟ้า แรงสูง ระดับแรงดันไฟกระชากจะสัมพันธ์กับระยะห่างจากพื้นดินของส่วนประกอบที่มีพลังงาน ตัวอย่างเช่น สายส่งไฟฟ้าที่มีพิกัด 138 kV จะได้รับการออกแบบให้มี BIL 650 kV อาจมีการกำหนด BIL ที่สูงกว่าค่าต่ำสุดในกรณีที่มีความเสี่ยงต่อฟ้าผ่าสูง^{[ 8 ]}