电介质电导和击穿

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1、n 3.1 概 述n 3.2 气 体 电 介 质 的 电 导 和 击 穿 n 3.3 固 体 电 介 质 的 电 导 n 3.4 固 体 电 介 质 的 热 击 穿n 3.5 固 体 电 介 质 的 电 击 穿 3 电 介 质 电 导 和 击 穿 返 回 3.1 概 述n 1 什 么 是 电 介 质 的 电 导 ？ 提 高 电 介 质 的 绝缘 性 能 的 基 本 方 法 是 什 么 ？ （ 掌 握 ）n 2 电 介 质 电 导 类 型 有 哪 些 ？ （ 掌 握 ）n 3 什 么 叫 电 介 质 的 击 穿 ？ 它 有 哪 些 击 穿 形式 ？ 通 常 用 那 些 参 数 评 价 （ 掌 握

2、 ） 返 回 1 什 么 是 电 介 质 的 电 导 ？ 提 高 电 介 质 的 绝 缘 性能 的 基 本 方 法 是 什 么 ？ （ 掌 握 ）n 弱 联 系 的 带 电 质 点 在 电 场 作 用 下 作 定 向 漂 移 ， 从而 构 成 传 导 电 流 的 过 程 称 为 电 介 质 的 电 导 。n 电 介 质 电 导 的 强 弱 （ 或 者 说 电 介 质 的 绝 缘 性 能 ）通 常 采 用 电 导 率 或 电 阻 率 表 示 。 一 般 地当 ， 即 可 认 为 该 电 介 质 具 有 良 好 的绝 缘 性 能 。n 提 高 电 介 质 的 绝 缘 性 能 的 基 本 方 法 是

3、 ： n （ 1） 降 低 载 流 子 浓 度 ；n （ 2） 降 低 载 流 子 的 迁 移 率 。 返 回下 一 页810 m 2 电 介 质 电 导 类 型 有 哪 些 ？ （ 掌 握 ） ）n 电 导 类 型 有 ： 离 子 电 导 ， 电 子 电 导 ， 电 泳 电 导 。n 离 子 电 导 ：n 固 体 电 介 质 的 主 要 电 导 形 式 ， 是 介 质 中 带 电 荷的 弱 联 系 的 正 负 离 子 （ 或 离 子 空 位 ） 。n 电 子 电 导 ：n 一 般 电 介 质 物 质 的 禁 带 较 宽 ， 电 子 （ 空 穴 ） 载流 子 极 少 ， 因 而 电 子 电 导

4、 一 般 不 是 电 介 质 电 导的 主 要 因 素 ， 只 在 特 定 条 件 下 才 表 现 得 比 较 明显 。 n 电 泳 电 导 ：n 是 液 体 电 导 的 主 要 形 式 ， 载 流 子 是 带 电 的 分 子团 所 形 成 的 电 导 。 返 回 3 什 么 叫 电 介 质 的 击 穿 ？ 它 有 哪 些 击 穿 形 式 ？ 通 常 用 那 些 参 数评 价 （ 掌 握 ）n 当 外 加 电 场 增 加 到 某 一 临 界 值 时 ， 电 导 率 突 然 剧增 ， 电 介 质 丧 失 其 固 有 的 绝 缘 性 能 ， 变 成 导 体 ，这 种 现 象 称 为 击 穿 。n

5、击 穿 的 形 式 有 ：n 热 击 穿n 电 击 穿 n 电 化 学 击 穿n 通 常 使 用 击 穿 电 压 、 击 穿 电 场 强 度 、 绝 缘 强 度 、 介 电强 度 、 耐 电 强 度 、 抗 电 强 度 等 参 数 或 术 语 评 价 。 返 回 3.2 气 体 电 介 质 的 电 导 和 击 穿 n 1 气 体 电 介 质 伏 安 特 性 曲 线 分 为 那 三 个 部 分 ？ 各部 分 的 特 征 是 什 么 ？ （ 掌 握 ）n 2 气 体 为 何 能 导 电 ？ 如 何 对 其 导 电 过 程 进 行 理 论分 析 ？ （ 掌 握 ）n 3 什 么 叫 气 体 电 介

6、质 击 穿 ？ 气 体 电 介 质 放 电 过 程有 那 两 种 形 式 ？ （ 掌 握 ）n 4 如 何 对 均 匀 电 场 的 击 穿 过 程 进 行 理 论 分 析 ？（ 掌 握 ）n 5 非 均 匀 电 场 击 穿 过 程 有 哪 些 特 点 ？ （ 掌 握 ） 返 回 1 气 体 电 介 质 伏 安 特 性 曲 线 分 为 几 个 部 分 ？ 各 部 分 的特 征 是 什 么 ？ （ 掌 握 ）n 分 为 三 部 分 ：n 第 I部 分n 当 电 场 很 弱 时 ， 电 流 密度 随 电 场 强 度 的 增 加 正比 例 地 上 升 ；n 第 II部 分n 电 流 密 度 不 再 因

7、 电 场 强度 的 增 加 而 改 变 ， 达 到饱 和 ； n 第 III部 分 返 回 2 气 体 为 何 能 导 电 ？ 如 何 对 其 导 电 过 程 进 行 理论 分 析 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 气 体 导 电 机 理n （ 2） 气 体 电 导 过 程 的 理 论 分 析 返 回 （ 1） 气 体 导 电 机 理n 气 体 能 导 电 是 因 为 气 体 中 存 在 一 定 浓 度 的 带 电 正负 离 子 （ 载 流 子 ） ， 载 流 子 存 在 则 是 因 为 气 体 中随 时 随 地 进 行 着 下 述 两 个 过 程 ：n 电 离 过 程 ：n 气 体 在 光 、

8、 热 、 辐 射 等 作 用 下 ， 电 子 从 分 子 中分 离 出 来 使 气 体 分 子 带 正 电 ， 从 而 形 成 正 离 子载 流 子 ， 这 个 过 程 称 为 电 离 。 电 离 出 来 的 电 子又 极 容 易 被 其 他 分 子 所 捕 获 而 形 成 负 离 子 。 描电 离 过 程 的 速 度 大 小 用 单 位 时 间 单 位 体 积 产 生的 正 离 子 （ 或 负 离 子 ） 数 n 描 述 返 回 n 复 合 过 程 ：n 当 产 生 的 正 负 离 子 在 热 运 动 过 程 中 相 遇 时 又 会复 合 而 成 中 性 分 子 ， 其 复 合 速 度 Z用

9、 单 位 时 间单 位 体 积 内 被 复 合 的 正 离 子 （ 或 负 离 子 ） 数 表示 。n 显 然 未 加 电 场 时 ， 气 体 中 载 流 子 浓 度 决 定 于 这 两个 过 程 的 速 度 ， 当 这 两 过 程 速 度 相 等 时 ， 载 流 子浓 度 不 随 时 间 的 变 化 而 变 化 达 到 稳 定 状 态 。 返 回 （ 2） 气 体 电 导 过 程 的 理 论 分 析 n 分 析 目 的 ： 通 过 理 论 模 型 的 分 析 与 处 理 ， 定 量 认识 （ 或 定 性 认 识 理 解 ） 气 体 伏 安 特 性 曲 线 形 成 的过 程 和 机 理n 提

10、出 假 设 ：n 建 立 载 流 子 守 恒 方 程 并 分 析 求 解 讨 论n 复 合 速 度n 未 加 电 场 稳 定 状 态 下 n 电 离 速 度 =复 合 速 度n 载 流 子 浓 度n n N Z n n 2Z n n N 2n Z N 1/2nN n 加 上 电 场 稳 定 状 态 方 程 ： 2I In Ad ZAd N Adq q 2( ) ( ) 42E E nd dN 2 ( ) 0N Ad AN E nAd 2 ( ) 0E nN N d 2 2( ) ( ) 42( ) ( )( / 4 /(4 ) 1)E E nd dN E En n nd d( ) / (4 )

11、E nx d 令 2 21( 1) 1n nN x x x x n 当 电 场 很 小 时 nN 0 x ( ) ( )nNq q cn 所 以 电 流 密 度 与 电 场 强 度 呈 线 性 增 长 n 当 电 场 逐 渐 增 加n 载 流 子 浓 度 将 随 着 电 场 的 增 加 ， 逐 渐 下 降 ， 因此 伏 安 特 性 曲 线 逐 渐 偏 离 线 性 关 系 21 1nN x x n 当 电 场 较 大 时 1x J E qndn 所 以 电 流 密 度 达 到 饱 和 不 随 电 场 的 变 化 而 变 化 121 121n nN cExx x 3 什 么 叫 气 体 电 介 质

12、 击 穿 ？ 气 体 电 介 质 放 电 过 程有 那 两 种 形 式 ？ （ 掌 握 ）n 当 电 场 上 升 到 足 够 高 时 ， 载 流 子 在 电 场 中 所 获得 足 够 高 的 能 量 ， 以 致 使 得 载 流 子 在 与 气 体 分子 碰 撞 时 能 够 发 生 电 离 过 程 从 而 产 生 新 的 载 流子 ， 新 的 载 流 子 与 旧 载 流 子 一 起 在 电 场 中 积 聚能 量 进 行 下 一 次 的 碰 撞 从 而 产 生 下 一 代 载 流 子 ，如 此 载 流 子 浓 度 不 断 增 长 下 去 ， 电 流 密 度 亦 无限 地 增 长 下 去 ， 此 时

13、 即 发 生 气 体 电 介 质 的 击 穿 。气 体 电 介 质 击 穿 又 称 放 电 。 放 电 过 程 又 分 为 自持 放 电 和 非 自 持 放 电 。 n 非 自 持 放 电 ：n 在 电 场 强 度 达 到 击 穿 场 强 Em之 前 的 某 个 场 强 E2，（ 称 为 起 始 游 离 场 强 ， 相 应 电 压 为 起 始 游 离 电 压 ）碰 撞 电 离 过 程 即 开 始 发 生 了 ， 即 气 体 的 放 电 过 程开 始 了 ， 但 此 时 若 将 外 界 电 离 因 素 取 消 ， 气 体 的放 电 将 逐 渐 减 弱 ， 直 到 最 后 停 止 ， 这 种 放

14、电 称 为非 自 持 放 电 。n 自 持 放 电 ：n 当 电 场 达 到 Em（ 称 为 击 穿 场 强 ， 相 应 电 压 称 为 击穿 电 压 ） 点 之 后 ， 即 使 将 外 界 电 离 因 素 去 掉 ， 放电 仍 能 继 续 维 持 ， 这 样 的 放 电 过 程 称 为 自 持 放 电 ，实 际 上 也 就 达 到 了 气 体 电 介 质 击 穿 。 4 如 何 对 均 匀 电 场 的 击 穿 过 程 进 行 理 论 分 析 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 分 析 目 的n （ 2） 物 理 过 程 及 其 模 型 的 建 立n （ 3） 巴 申 定 律 的 建 立n （ 4

15、） 结 果 分 析 返 回 （ 1） 分 析 目 的n 通 过 理 论 模 型 分 析 ， 寻 求 气 体 电 介 质 击 穿 场 强 与 各种 影 响 因 素 的 定 量 关 系 ， 从 而 掌 握 气 体 电 介 质 的 击穿 规 律 返 回 , , mE f p T （ 2） 物 理 过 程 及 其 模 型 的 建 立n 当 电 场 达 到 游 离 场 强 之 后 ， 气 体 电 介 质 中 载 流 子 的 产 生除 了 因 外 界 因 素 （ 如 光 照 等 ） 使 极 板 表 面 和 气 体 发 生 电离 而 产 生 载 流 子 外 ， 还 通 过 以 下 碰 撞 过 程 产 生 载

16、 流 子n 1） 电 子 碰 撞 电 离 过 程 ：n 描 述 该 过 程 的 关 键 参 数 -电 子 电 离 系 数 ： 一 个电 子 运 动 单 位 长 度 与 气 体 质 点 碰 撞 所 产 生 的 电 子 数 n 该 过 程 的 模 型 （ 假 设 ）n a 电 子 的 动 能 小 于 气 体 的 电 离 能 ， 即 使 碰 撞 也 不 能电 离 n b 电 子 的 动 能 大 于 气 体 的 电 离 能 ， 每 次 碰 撞 都 产 生电 离n c 每 次 碰 撞 ， 不 论 是 否 电 离 ， 电 子 都 失 去 全 部 动 能返 回 n 2） 正 离 子 撞 击 气 体 的 电

17、离 过 程n 描 述 该 过 程 的 关 键 参 数 -正 离 子 电 离 系 数 ：一 个 正 离 子 运 动 单 位 长 度 与 气 体 质 点 碰 撞 所 产 生的 电 子 数 n 该 过 程 的 模 型 （ 假 设 ） ： 相 对 电 子 碰 撞 电 离 小 至可 以 忽 略n 3） 正 离 子 碰 撞 阴 极 电 离 过 程n 描 述 该 过 程 的 关 键 参 数 -阴 极 电 离 系 数 ：一 个 正 离 子 碰 撞 阴 极 表 面 时 从 阴 极 溢 出 的 电 子 数n 该 过 程 的 模 型 （ 假 设 ） ： 是 与 电 极 材 料 表 面 状 况有 关 的 常 数 返

18、回 （ 3） 巴 申 定 律 的 建 立n 放 电 电 流 与 击 穿 条 件 的 确 定n 电 离 系 数 的 确 定n 击 穿 电 压 的 确 定 -巴 申 定 律 返 回 放 电 电 流 与 击 穿 条 件 的 确 定n 设 任 意 时 刻 从 阴 极 单 位 面 积 单 位 时 间 发 射 的 电 子 数 ：n 经 过 t时 间 后 ， 上 述 电 子 在 电 场 作 用 下 飘 移 到 x处 ，同 时 由 于 碰 撞 电 离 使 电 子 数 增 加 到 n， 再 经 过 dt时间 后 ， 电 子 数 的 增 量 为 dn， 则 有 返 回0cn n n dn n dx xcn n e

19、 da cn n e( 1)da c cn n n e 1dcn n e 0 1dc cn n n e 01 1c dnn e 返 回 01 1da dn en e 0 01 1 1 1d da d den e J eJ en e e 1 1de 1 1de 1 1de 1 1de 电 离 系 数 的 确 定 返 回1 UEe 设 n0个 电 子 从 x=0处 出 发 ， 经 x距 离 之 后 只 剩下 n个 从 未 碰 撞 的 电 子 ， 又 经 过 dx之 后 又 减 少dn个 。 设 电 子 的 自 由 行 程 为 ， 当 电 子 行 进 未 碰撞 而 积 聚 能 量 达 到 电 离 能

20、 U的 距 离 为 x1， 则 dxn dn 0 exp( / )n n x 01 1 exp( / )n U En 击 穿 电 压 的 确 定 -巴 申 定 律 返 回1ln /ln 1 m BPdV APd BPEAPe 1 1de （ 4） 结 果 分 析 返 回1ln /ln 1m BPdV APd n 理 论 和 实 验 结 果相 当 吻 合n 随 Pd的 变 化 存 在极 小 值n 在 压 力 较 小 时 提高 真 空 度 或 在 压 力 较大 时 提 高 气 体 压 力 均可 提 高 击 穿 电 压n 采 用 高 抗 电 强 度的 气 体 （ B大 ） 也 能提 高 击 穿 电

21、压 5 非 均 匀 电 场 击 穿 过 程 有 哪 些 特 点 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 在 均 匀 电 场 中 ， 电 晕 （ 起 始 游 离 ） 电 压 与 击穿 电 压 非 常 接 近 ； 非 均 匀 电 场 中 当 电 晕 出 现 后 ，在 较 宽 的 电 场 强 度 范 围 内 逐 渐 演 化 为 刷 形 放 电 直至 飞 弧 击 穿 。n （ 2） 非 均 匀 电 场 中 ， 击 穿 电 压 与 正 负 极 相 对 位 置有 关 ， 针 尖 为 负 极 时 高 于 针 尖 为 正 极 时 的 击 穿 电压 。 返 回 n （ 3） 固 体 电 介 质 表 面 电 场 不 均

22、匀 （ 由 于 表 面 不 均匀 ） 导 致 局 部 表 面 空 气 被 击 穿 。 称 为 表 面 放 电 ，表 面 放 电 的 特 点 ：n 沿 面 放 电 电 压 低 于 气 体 的 放 电 电 压 。n 沿 面 放 电 电 压 与 固 体 电 介 质 的 表 面 状 态 有 关 ，如 吸 潮 、 污 染 等 。n 交 流 电 压 下 的 沿 面 放 电 电 压 比 直 流 下 的 低 。n 沿 面 放 电 电 压 与 电 极 的 布 置 、 形 状 有 关 返 回 3.3 固 体 电 介 质 的 电 导 n 1 什 么 是 本 征 离 子 电 导 ？ 本 征 离 子 载 流 子 有 哪

23、些 类 型 ？ 本 征 离 子 电 导 率 规 律 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 2 什 么 是 弱 联 系 离 子 电 导 ？ 其 电 导 率 与 总 离 子电 导 率 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 3 什 么 是 电 子 电 导 ？ 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 4 什 么 是 表 面 电 导 ？ 有 哪 些 影 响 因 素 ？ （ 掌 握 ）返 回 1 什 么 是 本 征 离 子 电 导 ？ 本 征 离 子 载 流 子 有 哪 些 类 型 ？本 征 离 子 电 导 率 规 律 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 本 征 离 子 电 导n 离 子 晶 体

24、 点 阵 上 的 基 本 质 点 （ 离 子 ） 在 热 的 激 励下 ， 离 开 点 阵 形 成 导 电 载 流 子 ， 从 而 在 电 场 作 用下 作 定 向 漂 移 过 程 称 为 本 征 离 子 电 导 。n （ 2） 本 征 离 子 载 流 子 类 型n 弗 伦 克 尔 缺 陷 载 流 子 ：n 肖 特 基 缺 陷 载 流 子 ： 返 回 n （ 3） 本 征 离 子 电 导 率 规 律n 根 据 本 征 离 子 载 流 子 的 类 型 特 征 ， 分 别 建 立 相应 模 型 ， 可 导 出 各 类 型 载 流 子 浓 度 及 其 迁 移 率 即可 获 得 其 电 导 率 形 如

25、 下 式n n A、 B决 定 晶 体 结 构 的 常 数 。 由 此 可 见 ， 电 导 率 与温 度 成 指 数 增 长 关 系 返 回 BTAe 2 什 么 是 弱 联 系 离 子 电 导 ？ 其 电 导 率 与 总 离 子 电 导 率有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 由 杂 质 和 位 错 所 引 起 的 离 子 活 化 能 较 小 ， 并 在 一定 温 度 下 被 活 化 而 参 与 电 导 ， 这 样 的 电 导 称 为 弱联 系 离 子 电 导 。n 弱 联 系 离 子 电 导 率 亦 可 以 下 述 规 律 确 定 ：n 总 离 子 电 导 率n 一 般 地 有 ： n 所

26、 以 总 电 导 率 特 点 是 ： 低 温 时 ， 弱 联 系 离 子 电 导为 主 ， 高 温 时 本 征 离 子 电 导 为 主 。 返 回BTAe B BT TAe Ae A A B B 3 什 么 是 电 子 电 导 ？ 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 通 过 电 子 的 运 动 而 产 生 的 电 导 称 为 电 子 电 导 ， 电介 质 可 以 通 过 以 下 几 种 方 式 形 成 电 子 电 导n （ 1） 本 征 激 发 ：n 从 价 带 跃 迁 到 导 带 ， 随 温 度 呈 指 数 增 长 关 系 ，一 般 电 介 质 在 常 温 下 其 电 导 率 可 忽 略n

27、 （ 2） 隧 道 效 应 ：n 当 电 场 较 强 时 ， 电 子 则 可 能 通 过 隧 道 效 应 穿 过势 垒 后 到 达 导 带 或 阳 极 而 形 成 电 子 电 导 。 包 括的 隧 道 效 应 有 ： 阴 极 导 带 价 带 阳 极 。强 电 场 作 用 下 比 较 明 显 。 n （ 3） 杂 质 电 离 ：n 是 实 际 电 子 电 导 的 主 流 返 回 4 什 么 是 表 面 电 导 ？ 有 何 特 点 ？ （ 掌 握 ）n 表 面 电 导 通 常 用 表 面 电 导 率 、表 面 电 流 密 度 来 描 述n 表 面 电 流 密 度 ： 单 位 宽 度 所通 过 的

28、表 面 电 流 强 度 称 为 表面 电 流 密 度n 表 面 电 导 率 ： n 影 响 因 素 ： 除 了 电 介 质 自 身性 质 的 影 响 外 ， 主 要 受 到 以下 两 个 方 面 的 影 响n （ 1） 环 境 湿 度 ： 这 是 最 为敏 感 的 因 素 （ 尤 其 是 亲 水 性表 面 电 介 质 ） ， 随 空 气 湿 度的 增 加 ， 表 面 电 导 率 上 升 。 n 返 回 n （ 2） 电 介 质 表 面 状 况n 表 面 状 况 主 要 是 指n 表 面 亲 水 性 ：n越 低 表 面 电 导 率 越 低n 光 洁 度 ：n越 高 表 面 电 导 率 越 低n

29、清 洁 度 ：n越 高 表 面 电 导 率 越 低n 多 孔 介 质 ： n相 对 密 实 介 质 电 导 率 较 高 （ 表 面 积 增 大 的 缘故 ） 返 回 3.4 固 体 电 介 质 的 热 击 穿n 1 瓦 格 纳 是 如 何 揭 示 热 击 穿 机 理 的 （ 瓦 格 纳 热击 穿 理 论 ） ？ 它 有 哪 些 不 足 ？ （ 了 解 ）n 2 通 过 实 验 研 究 结 果 的 分 析 可 获 得 固 体 电 介 质热 击 穿 哪 些 定 性 规 律 ？ （ 掌 握 ）n 3 采 取 哪 些 措 施 可 使 固 体 电 介 质 热 击 穿 电 压 提高 ？ （ 掌 握 ） 返

30、 回 1 瓦 格 纳 是 如 何 揭 示 热 击 穿 机 理 的 （ 瓦 格 纳 热 击 穿 理论 ） ？ 它 有 哪 些 不 足 ？ （ 了 解 ） 返 回n （ 1） 提 出 的 假 定 （ 模 型 ） ：n 电 介 质 中 有 一 处 或 几 处 的 电 阻 比 其 周 围 电 阻 小得 多 ， 加 上 电 压 以 后 ， 电 流 就 主 要 集 中 在 这 样一 些 通 道 内 。n （ 2） 热 击 穿 条 件 的 确 立n 设 瓦 格 纳 通 道 的 有 关 参 数 为 ：n 通 道 横 截 面 积 S， 通 道 长 度 为 d， 通 道 电 导 率 为 ， 通 道 平 均 温 度

31、 为 t， 通 道 环 境 电 介 质 温 度为 t 0， 通 道 与 环 境 电 介 质 的 散 热 系 数 为 n 电 热 方 程 ： n 散 热 方 程 ： 返 回n （ 3） 击 穿 规 律 导 出 返 回n （ 4） 结 果 分 析n 热 击 穿 电 压 与 电 介 质 环境 温 度 呈 指 数 关 系n 环 境 温 度 越 高 击 穿 电 压 越低 n 瓦 格 纳 热 击 穿 电 场 强 度在 介 质 较 厚 时 与 厚 度 无 关 ，在 介 质 较 薄 时 与 厚 度 的 平方 根 成 反 比n 对 一 般 电 容 器 电 介 质 ，表 达 式 中 r 、 难 以 通 过 实验

32、的 方 法 确 定 ， 因 此 无 法定 量 计 算 击 穿 电 压 。 返 回2 通 过 实 验 研 究 结 果 的 分 析 可 获 得 固 体 电 介 质 热 击 穿哪 些 定 性 规 律 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 电 介 质 厚 度 对 击 穿 场 强 的 影 响n 由 图 可 见 ， 当 厚 度 较 小 时 ， 随 厚 度 的 增 加 ， 击 穿 场强 迅 速 降 低 ， 当 厚 度 较 大 时 ， 厚 度 的 增 加 对 场 强 影响 不 大 （ 击 穿 电 压 随 厚 度 的 增 加 而 线 性 地 增 长 ） 返 回n （ 2） 温 度 对 电 介 质 热 击 穿 电 压

33、的 影 响n 由 图 可 见 ， 随 温 度 的 增 长 ， 热 击 穿 电 压 呈 指 数 曲 线下 降 （ 对 数 坐 标 图 上 线 性 关 系 ） ， 与 电 阻 率 随 温 度变 化 的 定 性 关 系 一 致 返 回n （ 3） 频 率 对 热 击 穿 电 压 的 影 响n 当 频 率 增 加 ， 极 化 损 耗 增 加 ， 热 击 穿 电 压 降 低 。 3 采 取 哪 些 措 施 可 使 固 体 电 介 质 热 击穿 电 压 提 高 ？ （ 掌 握 ） 返 回n 选 取 电 阻 率 大 的 电 介 质n 选 取 介 质 损 耗 小 的 电 介 质n 选 取 耐 热 和 导 热

34、性 能 优 良 的 电 介 质 ，n 采 取 强 化 散 热 措 施n 如 加 大 电 极 的 散 热 面 积 ， 涂 敷 辐 射 系 数 大 的 颜 色等 3.5 固 体 电 介 质 的 电 击 穿 n 1.什 么 是 固 体 电 介 质 的 电 击 穿 ？ 固 体 电 介 质 电 击穿 与 气 体 电 介 质 电 击 穿 有 哪 些 区 别 ？n 2 什 么 是 本 征 电 离 击 穿 理 论 ？n 3 什 么 是 雪 崩 击 穿 理 论 ？n 4 固 体 电 介 质 电 击 穿 理 论 产 生 了 哪 些 主 要 结 论 ？n 5 通 过 实 验 研 究 的 结 果 表 明 固 体 电

35、介 质 电 击 穿有 哪 些 规 律 ？ （ 掌 握 ） 返 回 1.什 么 是 固 体 电 介 质 的 电 击 穿 ？ 固 体 电 介质 电 击 穿 与 气 体 电 介 质 电 击 穿 有 哪 些 区 别 ？（ 掌 握 ）n 如 果 导 电 电 子 在 自 由 行 程 中 从 电 场 获 得 的 能 量 大 于 与 晶格 碰 撞 消 耗 的 能 量 ， 它 将 可 能 积 聚 起 碰 撞 电 离 所 需 的 能量 。 这 时 ， 它 与 晶 格 原 子 或 离 子 碰 撞 时 ， 就 能 离 解 出 新的 电 子 ， 导 至 “ 雪 崩 ” 效 应 ， 使 固 体 电 介 质 发 生 电 击

36、 穿 。n 与 气 体 区 别n (1)组 成 固 体 的 原 子 (包 括 离 子 成 分 子 )不 像 在 气 体 中 那 样作 任 意 的 布 朗 运 动 。 而 只 能 在 自 己 的 平 衡 位 置 (晶 格 节 点 )附 近 作 微 小 的 热 振 动 。 固 体 中 相 邻 粒 子 间 的 热 振 动 总 互相 关 联 的 ， 形 成 具 有 系 列 频 率 的 晶 格 波 。 返 回 1.什 么 是 固 体 电 介 质 的 电 击 穿 ？ 固 体电 介 质 电 击 穿 与 气 体 电 介 质 电 击 穿 有哪 些 区 别 ？ （ 掌 握 ）n (2)固 体 原 子 的 彼 此

37、接 近 改 变 了 单 个 原 子 的 核 外 电 子 分 布 ，单 个 原 于 中 的 分 立 电 子 能 级 变 成 能 带 ， 处 在 满 带 的 电 子相 当 于 束 缚 电 子 ， 处 于 导 带 中 的 电 子 则 可 以 看 成 是 具 有有 效 质 量 为 m*的 自 由 电 子 ， 当 满 带 电 子 得 到 足 够 的 能 量而 越 过 禁 带 时 ， 就 分 发 生 电 离 离 ， 因 此 禁 带 能 量 就 相 当于 电 子 的 电 离 能 。n （ 3） 与 气 体 小 电 子 和 分 子 等 的 碰 撞 相 类 似 的 过 程 是 固 体中 电 子 与 晶 格 波

38、的 相 互 作 田 ， 在 这 种 相 互 作 用 ， 可 以 是电 子 失 去 能 量 而 被 制 动 ， 也 可 以 是 电 子 从 晶 格 波 得 到 能量 而 进 一 加 速 ， 但 在 低 场 强 度 时 ， 平 均 作 用 是 电 子 的 制动 ， 晶 格 波 得 到 电 子 给 出 的 能 量 而 被 澈 尖 利 更 南 的 能 纵上 ， 只 有 外 电 场 很 强 时 ， 电 子 才 可 以 获 得 引 起 碰 撞 电 离的 能 量 。 返 回 2 什 么 是 本 征 电 离 击 穿 理 论 ？n 碰 撞 电 离 开 始 作 为 击 穿 依 据 的 电 离 理 论n 单 电 子

39、 近 似 ：n 希 伯 尔 场 强n 弗 列 西 里 场 强n 集 合 电 子 近 似 ： 返 回 3 什 么 是 雪 崩 电 离 击 穿 理 论 ？n 电 离 过 程 与 气 体 电 离 完 全 相 似 ， 电 子 一 边 运 动 一边 碰 撞 电 离 形 成 电 子 崩 。 以 电 离 出 来 的 电 子 崩 的电 子 数 从 电 场 中 所 获 得 的 能 量 足 以 松 散 晶 格 为 发生 电 离 的 判 据 。 返 回 4 固 体 电 介 质 电 击 穿 理 论 产 生 了 哪 些 主 要 结 论 ？n 主 要 结 论 ：n （ 1） 电 击 穿 场 强 与 电 子 的 平 均 自

40、 由 时 间 平 方 根成 反 比n 温 度 升 高 ， 杂 质 浓 度 增 加 均 引 起 平 均 自 由 时 间的 降 低 ， 所 以 电 击 穿 场 强 增 加n （ 2） 电 击 穿 场 强 一 般 与 厚 度 无 关n 但 当 厚 度 小 到 比 电 子 自 由 行 程 小 时 ， 随 着 厚 度的 减 小 ， 电 击 穿 场 强 增 加n （ 3） 含 杂 质 晶 体 或 无 定 形 体 随 温 度 的 增 加 ， 击穿 场 强 下 降 。 返 回 5 通 过 实 验 研 究 的 结 果 表 明 固 体 电 介 质 电 击 穿 有 哪些 规 律 ？ （ 掌 握 ）n （ 1） 击

41、穿 场 强 与 厚度 无 关 返 回 n （ 2） 存 在 一 个 临 界 温 度 ，在 这 温 度 以 下 ， 击 穿 场强 随 温 度 上 升 而 升 高 ；在 这 温 度 以 上 则 随 温 度的 上 升 而 下 降 。n （ 3） 当 含 有 微 量 杂 质 时 ，低 温 区 的 击 穿 场 强 提 高 ；杂 质 含 量 比 增 加 时 ， 临界 温 度 将 降 低 。 返 回 n （ 4） 离 子 晶 体 的 电 击 穿 场 强 与 离 子 的 体 积 大 小 有关 ， 随 离 子 体 积 的 增 加 而 减 小 。n （ 5） 电 介 质 由 晶 态 转 为 非 晶 态 时 ， 电 击 穿 场 强 与温 度 的 关 系 随 之 而 变 。 石 英 晶 体 的 电 击 穿 场 强 随温 度 的 升 高 而 增 加 ； 无 定 形 石 英 的 电 击 穿 场 强 随温 度 的 升 高 而 下 降 。 返 回 n （ 6） 在 均 匀 电 场 中 纯 电 击 穿 的 情 况 下 ， 固 体 电 介质 的 电 击 穿 场 强 在 低 温 时 一 般 与 厚 度 无 关 ； 但 当 厚度 小 到 非 常 薄 以 后 ， 击 穿 场 强 随 厚 度 的 减 小 而 上 升 ，出 现 强 化 现 象 。 返 回