Was ist Durchbruchspannung?

Die Durchschlagsspannung, manchmal auch Durchschlagsfestigkeit oder Schlagspannung genannt, ist die Menge an elektrischer Kraft, die erforderlich ist, um die elektrischen Eigenschaften eines Objekts umzuwandeln. Am häufigsten wird es in Bezug auf Isolatoren verwendet. Die Durchbruchspannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um einen Isolator zu zwingen, eine gewisse Menge an Elektrizität zu leiten. Diese Messung ist nur in Bezug auf ein bestehendes System aussagekräftig; es ist der Punkt, an dem ein Material den Erwartungen des Bedieners hinsichtlich seiner Funktionsweise widerspricht.

Isolatoren leiten per Definition keinen Strom. Die Durchbruchspannung ist der Punkt, an dem ein Material aufhört, ein Isolator zu sein, und zu einem Widerstand wird; das heißt, leitet Elektrizität zu einem gewissen Anteil des Gesamtstroms. Isolatoren sind durch Atome mit fest gebundenen Elektronen gekennzeichnet. Die atomaren Kräfte, die diese Elektronen an Ort und Stelle halten, übersteigen die meisten äußeren Spannungen, die Elektronen zum Fließen bringen könnten. Diese Kraft ist jedoch endlich und kann potentiell immer von einer äußeren Spannung überschritten werden, die dann dazu führt, dass Elektronen mit einer gewissen Geschwindigkeit durch die Substanz fließen.

Bei sonst gleichen Bedingungen steigt die Qualität eines Isolators mit seiner Durchbruchspannung. Daher ist Porzellan mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 100 Kilovolt pro Zoll ein mittelmäßiger Isolator. Glas, das bei der 20-fachen Spannung wie Porzellan zerbricht, ist viel besser.

Dioden haben auch eine Durchbruchspannung. Einfache Dioden sollen Strom nur in eine Richtung leiten, die als "vorwärts" bezeichnet wird. Bei ausreichend hoher Spannung kann die Diode jedoch dazu gebracht werden, Strom in "Rückwärtsrichtung" zu leiten. Einige Dioden, Avalanche-Dioden genannt, sind für diese Art der Verwendung bestimmt. Bei niedrigen Spannungen leiten sie den Strom nur in eine Richtung. An einem bestimmten Punkt führen sie es genauso effektiv in die andere Richtung. Dies unterscheidet sie von Isolatoren und anderen Dioden, die auch oberhalb der Durchbruchsschwelle einen relativ hohen Widerstand beibehalten. Es überrascht nicht, dass auch Trioden und andere spezialisierte elektronische Komponenten an einem bestimmten Punkt zusammenbrechen und beginnen, Elektrizität auf dem von einer ausreichend hohen Spannung vorgegebenen Weg zu leiten.

In der Praxis ist es schwierig, die genaue Durchbruchspannung eines Materials zu bestimmen. Eine bestimmte Zahl, die dieser Größe zugeordnet ist, ist keine zuverlässige Konstante wie ein Schmelzpunkt; es ist ein statistischer Durchschnitt. Folglich sollte man beim Entwurf einer Schaltung darauf achten, dass ihre maximale Spannung deutlich unter der niedrigsten Durchbruchspannung aller beteiligten Materialien liegt. Ein elektrisches System ist nur so gut wie die kleinste Durchbruchspannung einer seiner Komponenten.