Durchbruchspannung (Breakdown Voltage): Definition, Bedeutung & Anwendung

Durchbruchspannung (Breakdown Voltage), auch dielektrische Festigkeit oder Zündspannung genannt, ist die elektrische Feldstärke, die nötig ist, um die elektrischen Eigenschaften eines Materials zu verändern. Meist auf Isolatoren bezogen: die minimale Spannung, die einen Isolator zwingt, Strom zu leiten. Diese Kennzahl ist nur im Kontext eines bestehenden Systems sinnvoll – der Punkt, an dem ein Material die Erwartungen an seine Funktion verletzt.

Isolatoren & Durchbruch

Isolatoren leiten per Definition keinen Strom. Die Durchbruchspannung ist der Punkt, an dem ein Material aufhört, Isolator zu sein, und zum Widerstand (Resistor) wird – also Strom in einem Verhältnis zur Gesamtspannung leitet. Isolatoren haben Atome mit fest gebundenen Elektronen. Die atomaren Bindungskräfte übersteigen übliche äußere Spannungen. Diese Kraft ist aber endlich und kann durch externe Spannung überwunden werden, wodurch Elektronen fließen.

Qualität & Beispiele

Bei gleichem Aufbau steigt die Isolatorqualität mit der Durchbruchspannung. Porzellan (~100 kV/Zoll) ist mittelmäßig. Glas (20-fache Durchbruchspannung von Porzellan) ist deutlich besser.

Dioden & Durchbruch

Auch Dioden haben eine Durchbruchspannung. Normale Dioden leiten nur in „Vorwärtsrichtung“. Bei ausreichend hoher Spannung leiten sie auch „rückwärts“. Lawinen-Dioden (Avalanche Diodes) sind dafür ausgelegt: bei niedriger Spannung Einrichtungswirkung, ab einem definierten Punkt gleich gut in Gegenrichtung. Im Gegensatz zu Isolatoren und anderen Dioden, die auch über dem Durchbruch hohen Widerstand behalten. Trioden und andere Spezialbauteile brechen ebenfalls bei einer bestimmten Spannung zusammen und leiten dann entlang des vorgegebenen Pfads.

Praxis: Bestimmung & Sicherheitsmarge

Exakte Bestimmung der Durchbruchspannung ist schwierig. Ein konkreter Wert ist keine zuverlässige Konstante wie ein Schmelzpunkt, sondern ein statistischer Mittelwert. Daher: beim Schaltkreisdesign sicherstellen, dass die maximale Betriebsspannung weit unter der niedrigsten Durchbruchspannung aller beteiligten Materialien liegt. Ein elektrisches System ist nur so gut wie die kleinste Durchbruchspannung seiner Komponenten.