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                  第二講：瞬態(tài)抑制二極管（TVS）如何進(jìn)行電路保護(hù)
                  第四講：氣體放電管如何保護(hù)電路不受雷電浪涌的損壞

1、壓敏電阻的定義及參數(shù)

壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

壓敏電阻用字母“MY”表示，如加J為家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過(guò)壓保護(hù)、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在用作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。

a、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××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。

b、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，則選用2－20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿足使用要求時(shí)，可將幾只單個(gè)的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。

2、壓敏電阻與其它保護(hù)技術(shù)的比較

壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千Pf的數(shù)量級(jí)范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會(huì)增加漏電流，在設(shè)計(jì)防護(hù)電路時(shí)需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。 詳細(xì)內(nèi)容，可參見(jiàn)TVS管、穩(wěn)壓二極管和壓敏電阻的區(qū)別
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3、壓敏電阻技術(shù)介紹
 
壓敏電阻本體結(jié)構(gòu)由以晶粒邊界分隔的導(dǎo)電ZNO晶粒矩陣組成，該晶粒邊界具有P-N結(jié)半導(dǎo)體特性。 這些邊界負(fù)責(zé)阻擋低電壓的傳導(dǎo)，同時(shí)在較高電壓下產(chǎn)生非線性導(dǎo)電性。


壓敏電阻具有對(duì)稱、突然的擊穿特性曲線（見(jiàn)圖1），使其可提供出色的瞬態(tài)抑制性能。 當(dāng)受到高瞬態(tài)電壓沖擊時(shí)，壓敏電阻阻抗將變化多個(gè)數(shù)量級(jí)，從近于開(kāi)路變?yōu)楦邔?dǎo)電級(jí)別，進(jìn)而將電壓鉗制在一個(gè)安全水平。 壓敏電阻吸收瞬態(tài)脈沖的潛在破壞能量，保護(hù)脆弱的電路元件。

當(dāng)設(shè)備主體中遍布的ZNO 晶粒間出現(xiàn)導(dǎo)電現(xiàn)象時(shí)，壓敏電阻比相應(yīng)的單P-N結(jié)產(chǎn)品（如齊納二極管）具有更強(qiáng)大的性能。 壓敏電阻中，能量在整個(gè)設(shè)備主體中被均衡吸收，因而其產(chǎn)生的熱量可得到平均的分布。 壓敏電阻能以多種進(jìn)行燒結(jié)制造形狀，如盤(pán)式、芯片式和管式等，電氣性質(zhì)則主要由壓敏電阻機(jī)體的外形尺寸所決定。 能量額定值由體積所決定，額定電壓由厚度或電流路徑的長(zhǎng)度所決定，電流能力由沿垂直于電流流動(dòng)方向測(cè)定的面積所決定。

4、壓敏電阻的應(yīng)用原理

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。

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5、壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應(yīng)先了解以下相關(guān)技術(shù)參數(shù)：

標(biāo)稱電壓是指在規(guī)定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。
漏電流是指在25℃條件下，當(dāng)施加最大連續(xù)直流電壓時(shí)，壓敏電阻器中流過(guò)的電流值。

等級(jí)電壓是指壓敏電阻中通過(guò)8／20等級(jí)電流脈沖時(shí)在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。

通流量是表示施加規(guī)定的脈沖電流（8／20μs）波形時(shí)的峰值電流。

浪涌環(huán)境參數(shù)包括最大浪涌電流Ipm（或最大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的最小時(shí)間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預(yù)定工作壽命期內(nèi)，浪涌脈沖的總次數(shù)N等。

6、對(duì)于電路浪涌和瞬變防護(hù)時(shí)壓敏電阻的應(yīng)用連接，大致可分為四種類型：

第一種：電源線之間或電源線和大地之間的連接

作為壓敏電阻器，最具有代表性的使用場(chǎng)合是在電源線及長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)線遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對(duì)電子產(chǎn)品起保護(hù)作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對(duì)線間的感應(yīng)脈沖有效，而在線與地間接入壓敏電阻則對(duì)傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進(jìn)一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來(lái)，則可對(duì)浪涌脈沖有更好的吸收作用。

第二種：負(fù)荷中的連接

它主要用于對(duì)感性負(fù)載突然開(kāi)閉引起的感應(yīng)脈沖進(jìn)行吸收，以防止元件受到破壞。一般來(lái)說(shuō)，只要并聯(lián)在感性負(fù)載上就可以了，但根據(jù)電流種類和能量大小的不同，可以考慮與R－C串聯(lián)吸收電路合用。

第三種：接點(diǎn)間的連接

這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開(kāi)關(guān)接點(diǎn)被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點(diǎn)并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。

第四種：主要用于半導(dǎo)體器件的保護(hù)連接

這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件，一般采用與保護(hù)器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護(hù)器件的耐壓等級(jí)，這對(duì)半導(dǎo)體器件是一種有效的保護(hù)。

7、壓敏電阻進(jìn)行ESD防護(hù)時(shí)需注意的問(wèn)題

1）壓敏電阻響應(yīng)的時(shí)間應(yīng)小于ESD電壓上升的時(shí)間，因此必須選用片式壓敏電阻進(jìn)行ESD防護(hù)，片式壓敏電阻響應(yīng)時(shí)間小于0.5ns,而插件式壓敏電阻由于引腳的影響，響應(yīng)時(shí)間較慢。

2）壓敏電阻最大直流（交流）工作電壓應(yīng)大于線路上的工作電壓。

3）對(duì)于高速信號(hào)傳輸線上的ESD防護(hù)盡量選用電容量小的壓敏電阻。

4）安全起見(jiàn)，壓敏電阻瞬態(tài)內(nèi)阻Rv<1/5R(R為被保護(hù)線路上的內(nèi)阻）


8、過(guò)電壓防護(hù)時(shí)應(yīng)注意

1）壓敏電阻最大直流（交流）工作電壓大于被保護(hù)線路上的工作電壓

2）壓敏電阻的通流能力、能量耐受能力要大于線路上可能出現(xiàn)的電流、能量的峰值。

3）壓敏電阻的限制電壓必須低于被保護(hù)線路所能承受的最大的電壓。

4）條件允許盡可能選用容量比較大的壓敏電阻進(jìn)行過(guò)電壓防護(hù)，因?yàn)橐话阏f(shuō)來(lái)，容量大，通流能力、能量耐受能力越強(qiáng)。