壓敏電阻
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壓敏電阻選用的基本知識(shí)
什么是壓敏電阻器及其分類(lèi)與參數(shù)?
壓敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)VSR,，是一種對(duì)電壓敏感的非線性過(guò)電壓保護(hù)半導(dǎo)體元件,。它在電路中用文字符號(hào)“RV”或“R”表示，圖1-21是其電路圖形符號(hào),。
（一）壓敏電阻器的種類(lèi)
壓敏電阻器可以按結(jié)構(gòu),、制造過(guò)程、使用材料和伏安特性分類(lèi),。
1．按結(jié)構(gòu)分類(lèi) 壓敏電阻器按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器,、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器等,。
結(jié)型壓敏電阻器是因?yàn)殡娮梵w與金屬電極之間的特殊接觸，才具有了非線性特性,，而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本身的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的,。
2．按使用材料分類(lèi) 壓敏電阻器按其使用材料的不同可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器,、金屬氧化物壓敏電阻器,、鍺（硅）壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器等多種,。
3．按其伏安特性分類(lèi) 壓敏電阻器按其伏安特性可分為對(duì)稱(chēng)型壓敏電阻器（無(wú)極性）和非對(duì)稱(chēng)型壓敏電阻器（有極性）,。
（二）壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性與作用
1．壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性 壓敏電阻器與普通電阻器不同，它是根據(jù)半導(dǎo)體材料的非線性特性制成的,。
圖1-22是壓敏電阻器外形,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。
普通電阻器遵守歐姆定律,，而壓敏電阻器的電壓與電流則呈特殊的非線性關(guān)系,。當(dāng)壓敏電阻器兩端所加電壓低于標(biāo)稱(chēng)額定電壓值時(shí)，壓敏電阻器的電阻值接近無(wú)窮大,，內(nèi)部幾乎無(wú)電流流過(guò),。當(dāng)壓敏電阻器兩端電壓略高于標(biāo)稱(chēng)額定電壓時(shí)，壓敏電阻器將迅速擊穿導(dǎo)通,，并由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài),，工作電流也急劇增大。當(dāng)其兩端電壓低于標(biāo)稱(chēng)額定電壓時(shí),，壓敏電阻器又能恢復(fù)為高阻狀態(tài),。當(dāng)壓敏電阻器兩端電壓超過(guò)其最大限制電壓時(shí)，壓敏電阻器將完全擊穿損壞,，無(wú)法再自行恢復(fù),。
2．壓敏電阻器的作用與應(yīng)用 壓敏電阻器廣泛地應(yīng)用在家用電器及其它電子產(chǎn)品中，起過(guò)電壓保護(hù),、防雷,、抑制浪涌電流,、吸收尖峰脈沖、限幅,、高壓滅弧,、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等作用,。
圖1-24是壓敏電阻器的典型應(yīng)用電路,。
（三）壓敏電阻器的主要參數(shù)
壓敏電阻器的主要參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)電壓、電壓比,、最大控制電壓,、殘壓比、通流容量,、漏電流,、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系數(shù),、電壓非線性系數(shù),、絕緣電阻、靜態(tài)電容等,。
1．壓敏電壓： 所謂壓敏電壓,，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值,，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值,，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10－9000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用,。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中,，Vp為電路額定電壓的峰值,。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的,，它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命,。如一臺(tái)用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470－480V之間。MYG05K規(guī)定通過(guò)的電流為0.1mA,，MYG07K,、MYG10K、MYG14K、MYG20K標(biāo)稱(chēng)電壓是指通過(guò)1mA直流電流時(shí),，壓敏電阻器兩端的電壓值,。
2．最大允許電壓（最大限制電壓）：此電壓分交流和直流兩種情況，如為交流,，則指的是該壓敏電阻所允許加的交流電壓的有效值,，以ACrms表示，所以在該交流電壓有效值作用下應(yīng)該選用具有該最大允許電壓的壓敏電阻,，實(shí)際上V1mA與ACrms間彼此是相互關(guān)聯(lián)的,，知道了前者也就知道了后者，不過(guò)ACrms對(duì)使用者更直接,，使用者可根據(jù)電路工作電壓,，可以直接按ACrms來(lái)選取合適的壓敏電阻。在交流回路中,，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac,，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值,。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí),，有適當(dāng)?shù)陌踩６取?duì)直流而言在直流回路中,，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) ≥(1.6～2)Udc,，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中,，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac,，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí),，有適當(dāng)?shù)陌踩６?。在信?hào)回路中時(shí)，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax,，式中Umax為信號(hào)回路的峰值電壓,。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)定。一般而言,，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計(jì)的通流容量,。
3．通流容量： 所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下,，對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言,，壓敏電壓的變化不超過(guò)± 10％時(shí)的最大脈沖電流值。為了延長(zhǎng)器件的使用壽命,，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊(cè)中給出的產(chǎn)品最大通流量,。然而從保護(hù)效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下,，實(shí)際發(fā)生的通流量是很難精確計(jì)算的,。簡(jiǎn)單的講-通流容量也稱(chēng)通流量，是指在規(guī)定的條件（以規(guī)定的時(shí)間間隔和次數(shù),，施加標(biāo)準(zhǔn)的沖擊電流）下,，允許通過(guò)壓敏電阻器上的最大脈沖（峰值）電流值。一般過(guò)壓是一個(gè)或一系列的脈沖波,。實(shí)驗(yàn)壓敏電阻所用的沖擊波有兩種,，一種是為8/20μs波，即通常所說(shuō)的波頭為8μs波尾時(shí)間為20μs的脈沖波,，另外一種為2ms的方波,，如下圖所示：
4．最大限制電壓： 最大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值，它表示在規(guī)定的沖擊電流Ip通過(guò)壓敏電阻時(shí)次兩端所產(chǎn)生的電壓此電壓又稱(chēng)為殘壓,，所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護(hù)物的耐壓水平Vo,否則便達(dá)不到可靠的保護(hù)目的,，通常沖擊電流Ip值較大，例如2.5A或者10A,，因而壓敏電阻對(duì)應(yīng)的最大限制電壓Vc相當(dāng)大,，例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A時(shí))。
5．最大能量(能量耐量)： 壓敏電阻所吸收的能量通常按下式計(jì)算W=kIVT(J)
其中I——流過(guò)壓敏電阻的峰值
V——在電流I流過(guò)壓敏電阻時(shí)壓敏電阻兩端的電壓
T——電流持續(xù)時(shí)間
k——電流I的波形系數(shù)
對(duì)：
2ms的方波 k=1
8/20μs波 k=1.4
10/1000μs k=1.4
壓敏電阻對(duì)2ms方波,，吸收能量可達(dá)330J每平方厘米,；對(duì)8/20μs波，電流密度可達(dá)2000A每立方厘米,，這表明他的通流能力及能量耐量都是很大的
一般來(lái)說(shuō)壓敏電阻的片徑越大,，它的能量耐量越大，耐沖擊電流也越大,，選用壓敏電阻時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)常遇到能量較小,、但出現(xiàn)頻率次數(shù)較高的過(guò)電壓，如幾十秒,、一兩分鐘出現(xiàn)一次或多次的過(guò)電壓,，這時(shí)就應(yīng)該考慮壓敏電阻所能吸收的平均功率。
6．電壓比： 電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值之比,。
7．額定功率： 在規(guī)定的環(huán)境溫度下所能消耗的最大功率,。
8．最大峰值電流 一次：以8/20μs標(biāo)準(zhǔn)波形的電流作一次沖擊的最大電流值，此時(shí)壓敏電壓變化率仍在±10%以內(nèi),。2次：以8/20μs標(biāo)準(zhǔn)波形的電流作兩次沖擊的最大電流值,，兩次沖擊時(shí)間間隔為5分鐘，此時(shí)壓敏電壓變化率仍在±10%以內(nèi),。
9．殘壓比： 流過(guò)壓敏電阻器的電流為某一值時(shí),，在它兩端所產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為這一電流值為殘壓,。殘壓比則的殘壓與標(biāo)稱(chēng)電壓之比。
10．漏電流： 漏電流又稱(chēng)等待電流,，是指壓敏電阻器在規(guī)定的溫度和最大直流電壓下,，流過(guò)壓敏電阻器的電流。
11．電壓溫度系數(shù)： 電壓溫度系數(shù)是指在規(guī)定的溫度范圍（溫度為20~70℃）內(nèi),，壓敏電阻器標(biāo)稱(chēng)電壓的變化率,，即在通過(guò)壓敏電阻器的電流保持恒定時(shí)，溫度改變1℃時(shí)壓敏電阻兩端的相對(duì)變化,。
12．電流溫度系數(shù)： 電流溫度系數(shù)是指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時(shí),，溫度改變1℃時(shí)，流過(guò)壓敏電阻器電流的相對(duì)變化,。
13．電壓非線性系數(shù)： 電壓非線性系數(shù)是指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下,，其靜態(tài)電阻值與動(dòng)態(tài)電阻值之比。
14．絕緣電阻： 絕緣電阻是指壓敏電阻器的引出線（引腳）與電阻體絕緣表面之間的電阻值,。
15．靜態(tài)電容： 靜態(tài)電容是指壓敏電阻器本身固有的電容容量,。
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2 壓敏電阻器的應(yīng)用原理 B5_><|(
壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來(lái)代替瞬態(tài)抑制二極管,、齊納二極管和電容器的組合,。壓敏電阻器可以對(duì)IC及其它設(shè)備的電路進(jìn)行保護(hù)，防止因靜電放電,、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對(duì)它們的損壞,。使用時(shí)只需將壓敏電阻器并接于被保護(hù)的IC或設(shè)備電路上,，當(dāng)電壓瞬間高于某一數(shù)值時(shí),，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流,，從而保護(hù)IC或電器設(shè)備,；當(dāng)電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時(shí)，壓敏電阻器阻值極高,，近乎開(kāi)路,，因而不會(huì)影響器件或電器設(shè)備的正常工作。 een'WWl
壓敏電阻器的應(yīng)用廣泛,壓敏電阻主要可用于直流電源,、交流電源,、低頻信號(hào)線路、帶饋電的天饋線路,。從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備,，其規(guī)格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產(chǎn)品的廣泛使用,，尤其是手機(jī),、手提電腦,、PDA、數(shù)字相機(jī),、醫(yī)療儀器等,，其電路系統(tǒng)的速度要求更高，并且要求工作電壓更低,，這就對(duì)壓敏電阻器提出了體積更小,、性能更高的要求。因此,，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開(kāi)始大量涌現(xiàn),，而其銷(xiāo)售年增長(zhǎng)率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。