壓敏電阻器廣泛應(yīng)用于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。本篇分三部分介紹壓敏電阻，原理、參數(shù)和選型方法。

　　一、壓敏電阻的工作原理

　　壓敏電阻，顧名思義，是一種在一定電流電壓范圍內(nèi)其電阻值隨電壓變化而變化的阻器，也可稱(chēng)為“電壓敏感電阻器”，其英文簡(jiǎn)寫(xiě)為“VDR”。這種電阻器的特性在于，隨著所施加電壓的逐漸增大，其電阻值能夠從兆歐級(jí)迅速降至毫歐級(jí)。在電壓較低時(shí)，壓敏電阻工作在漏電流區(qū)，此時(shí)呈現(xiàn)出高電阻狀態(tài)，漏電流維持在較低水平;而當(dāng)電壓超過(guò)一定閾值進(jìn)入非線性區(qū)后，盡管電流在較大范圍內(nèi)變化，電壓卻保持相對(duì)穩(wěn)定，顯示出良好的限壓特性。一旦電壓進(jìn)一步升高至飽和區(qū)，壓敏電阻將呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)，由于此時(shí)電流很大，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致電阻過(guò)熱甚至燒毀。在正常使用情況下，壓敏電阻通常處于漏電流區(qū)，僅在遭受浪涌沖擊時(shí)才會(huì)進(jìn)入非線性區(qū)進(jìn)行電流泄放，且一般不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)。

　　從材料角度來(lái)看，壓敏電阻器的主體材料是半導(dǎo)體，其中廣泛應(yīng)用的“氧化鋅”壓敏電阻器，其材料由二價(jià)元素鋅和六價(jià)元素氧構(gòu)成，屬于“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。這種材料特性賦予了氧化鋅壓敏電阻器獨(dú)特的電壓敏感性和非線性特性。

　　二、壓敏電阻的應(yīng)用與作用

　　壓敏電阻，這一獨(dú)具特色的電子元件，在電路保護(hù)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其核心特性在于，當(dāng)施加的電壓低于特定閾值時(shí)，電流通過(guò)量極小，仿佛一道緊閉的閘門(mén);而一旦電壓超越這一閾值，電流則急劇增加，猶如閘門(mén)瞬間開(kāi)啟。這一特性使得壓敏電阻成為抑制電路中異常過(guò)電壓的理想選擇，有效保護(hù)電路免受損害。

　　此外，壓敏電阻器還具備瞬態(tài)電壓抑制功能，這一功能使其可以替代瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合，為IC及其它電子設(shè)備提供全方位保護(hù)。無(wú)論是靜電放電、浪涌還是其他瞬態(tài)電流(如雷擊等)，壓敏電阻器都能迅速作出反應(yīng)，通過(guò)降低阻值以導(dǎo)通大電流，從而確保IC或電器設(shè)備的完好無(wú)損。而在電壓低于其工作范圍時(shí)，壓敏電阻器則呈現(xiàn)出高阻值特性，近乎于斷路狀態(tài)，對(duì)器件或設(shè)備的正常工作毫無(wú)影響。

　　三、壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)參數(shù)

　　壓敏電阻以“MY”為標(biāo)志，若添加特定字母則表示其應(yīng)用領(lǐng)域，如“J”代表家用。而字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K則分別與穩(wěn)壓、過(guò)壓保護(hù)、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、消磁、高能或高可靠等功能相關(guān)聯(lián)。需注意，盡管壓敏電阻能吸收大量浪涌電能量，但它無(wú)法承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，因此在設(shè)計(jì)過(guò)壓保護(hù)電路時(shí)，這一點(diǎn)必須予以充分考慮。

　　四、壓敏電阻的特性參數(shù)

　?、賶好綦妷篣N(U1mA)：這是壓敏電阻的重要參數(shù)，表示當(dāng)通過(guò)1mA直流電流時(shí)的電壓值。這個(gè)電壓標(biāo)志著壓敏電阻是否開(kāi)始導(dǎo)通，通常用符號(hào)U1mA來(lái)表示。其誤差范圍通常控制在±10%以?xún)?nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中，壓敏電壓下降至正常值的90%通常被視為壓敏電阻失效的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

　?、谧畲蟪掷m(xù)工作電壓UC：這一參數(shù)定義了壓敏電阻能夠長(zhǎng)期承受的最大交流電壓或直流電壓。一般來(lái)說(shuō)，最大交流電壓Uac約為壓敏電壓的64%，而最大直流電壓Udc約為83%。

　?、弁髁?最大沖擊電流)IP：它反映了壓敏電阻能夠承受的最大8/20μs波沖擊電流峰值。這里的“能夠承受”意味著沖擊后壓敏電壓的變化率不會(huì)超過(guò)10%。技術(shù)規(guī)格書(shū)中通常會(huì)給出單次沖擊下的IP值。

　?、茏畲篌槲浑妷?限制電壓)VC：當(dāng)給壓敏電阻施加規(guī)定的8/20μs波沖擊電流時(shí)，壓敏電阻上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓值，這就是最大箝位電壓或限制電壓。這個(gè)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中非常重要，因?yàn)樗苯佑绊懙綁好綦娮璧谋Ｗo(hù)效果。

　?、蓊~定能量E：額定能量是衡量壓敏電阻在規(guī)定波形沖擊下能夠承受一次的最大能量。該能量沖擊后，壓敏電壓的變化率保持在10%以?xún)?nèi)。其計(jì)算公式為：E=KIPVC*T，其中IP和VC為已定義參數(shù)，T代表脈沖寬度，而K是與波形相關(guān)的常數(shù)。對(duì)于常見(jiàn)的8/20μs波和10/1000μs波，K值取1.4;若是2ms方波，則K值為1。

　?、揞~定功率(最大平均功率)Pm：壓敏電阻在室溫環(huán)境下，面對(duì)多次連續(xù)沖擊且沖擊間隔短暫，導(dǎo)致熱積累效應(yīng)時(shí)，所能承受的最大平均功率。需注意，盡管壓敏電阻能承受顯著的脈沖功率，但其平均功率承受能力相對(duì)較小。

　?、唠娙軨0：壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容，其范圍通常在幾皮法拉至幾百納法拉之間。值得注意的是，體積更小的壓敏電阻往往具有更高的壓敏電壓和更小的電容。

　　⑧漏電流Il：在施加最大直流電壓Udc時(shí)，流經(jīng)壓敏電阻的電流。進(jìn)行漏電流測(cè)量時(shí)，通常采用的電壓為Udc=0.83U1mA(有時(shí)也采用0.75U1mA)。通常要求靜態(tài)漏電流Il不超過(guò)20微安(或10微安)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們更關(guān)心的是漏電流的穩(wěn)定性，特別是在沖擊試驗(yàn)或高溫環(huán)境下其變化率是否在一倍以?xún)?nèi)，以確保其穩(wěn)定性。

　　⑨非線性指數(shù)α：這一指數(shù)衡量了電壓變化對(duì)電流的影響程度。其公式表示為I=KUα或α=log log。根據(jù)公式，α值越大，表明電壓變化對(duì)電流的影響越顯著，壓敏電阻的非線性特性也越好。同時(shí)，α也可以理解為伏安特性上各點(diǎn)斜率的倒數(shù)，特性越平坦的區(qū)域，α值越大(例如，在漏電流區(qū)和飽和區(qū)，α=1，被稱(chēng)為低α區(qū))。在儀器測(cè)量中，通常設(shè)定I2=1mA和I1=0.1mA來(lái)計(jì)算αT，其值為1/log(U1mA/U0.1mA)。

　　壓敏電阻參數(shù)

　　1.壓敏電壓UN：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。

　　2.漏電流：也稱(chēng)等待電流，是指壓敏電阻器在規(guī)定的溫度和最大持續(xù)直流電壓時(shí)，流過(guò)壓敏電阻的電流。

　　3.電壓比：指壓敏電阻的電流為1mA時(shí)的電壓值與壓敏電阻的電流為0.1mA時(shí)的電壓值之比。

　　4.非線性系數(shù)a值，即壓比的對(duì)數(shù)之倒數(shù)。

　　5.限制電壓Up：廣義的限制電壓是指沖擊電流流入壓敏電阻器時(shí)，它兩端的峰值。作為壓敏電壓器考核指標(biāo)的限制電壓Up，則是指波形8/20，峰值為規(guī)定值時(shí)的沖擊電流流入時(shí)，壓敏電阻兩端電壓的峰值。壓敏電阻的基本功能是抑制瞬態(tài)異常電壓，所以限制電壓是它的最重要的一個(gè)使用參數(shù)。

　　6. 限壓比Rp：限制電壓Up與壓敏電阻壓敏電壓之比稱(chēng)為限壓比Rp。器件的實(shí)際限制電壓應(yīng)低于規(guī)定的指標(biāo)值。Rp越小，越接近于1，表明器件的限壓性越好，因此技術(shù)指標(biāo)中規(guī)定Up的最大允許值。

　　7. 最大持續(xù)工作電壓Uac、Udc：這是指壓敏電阻能夠長(zhǎng)期承受的最大交流電壓有效值Uac，或最大直流電壓值Udc。確定Uac的原則是：交流電壓的峰值不大于壓敏電壓的公差下限值;確定Udc的原則是：壓敏電阻在Uac與Udc下的功耗大體相同，這樣Uac= 0.64UN， Udc= 0.83UN，Udc= 1.3Uac。

　　8. 通流容量：通流容量也稱(chēng)通流量，是指在規(guī)定的條件(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。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。

　　9. 最大能量：是指在規(guī)定的條件(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浪涌能量。

　　10.額定功率：指在一定的電流脈沖群作用下，壓敏電阻器能承受的最大平均功率，能夠承受是指：沖擊后的壓敏電壓與沖擊前的相比不大于±10%，且不能發(fā)生目視可見(jiàn)的機(jī)械損傷。

　　11. 靜態(tài)電容量：指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

　　12. 電壓溫度系數(shù)：指在規(guī)定的溫度范圍內(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)，壓敏電阻器兩端電壓的相對(duì)變化。相應(yīng)的電流溫度系數(shù)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. 絕緣電阻：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。

　　14. 絕緣耐壓：指壓敏電阻的電極引線與其包封層表面之間所能承受的電壓壓敏電阻除了以上的電氣特性外，環(huán)境特性有：氣候，穩(wěn)態(tài)濕熱，溫度快速變化，上限溫度耐久性，濕熱環(huán)境耐久性，阻燃，耐濕等，機(jī)械特性有：振動(dòng)，沖擊，可焊性，端子強(qiáng)度等，另外還有使用溫度范圍與貯存溫度范圍等。

　　壓敏電阻的選項(xiàng)方法

　　3.1 選用原則

　　壓敏電阻的選用原則：瞻前顧后，符合標(biāo)準(zhǔn)，折中考慮，實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。

　　具體來(lái)說(shuō)，瞻前需考慮到：系統(tǒng)電壓正常波動(dòng)范圍的上限值，故障套件下的最高暫態(tài)電壓及其持續(xù)時(shí)間;沖擊源的沖擊電壓峰值和源阻抗(或沖擊電流)，沖擊的時(shí)間寬度及頻率等;

　　顧后即考慮到：被保護(hù)對(duì)象的耐壓水平;被保護(hù)對(duì)象允許的壓敏電阻的固有電容和阻性漏電流。

　　瞻前顧后的基本要求為：在預(yù)期的沖擊源的最大沖擊電壓下，壓敏電阻的限制電壓，應(yīng)低于被保護(hù)對(duì)象的沖擊耐壓值;在系統(tǒng)電壓正常波動(dòng)范圍的上限值和故障以及最高環(huán)境溫度條件下，壓敏電阻的預(yù)期工作壽命時(shí)間應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求值;壓敏電阻的通流量，額定能量，功耗應(yīng)大于沖擊源預(yù)定的最大沖擊電流，沖擊能量和平均功耗，在規(guī)定條件下，壓敏電阻的沖擊壽命次數(shù)應(yīng)大于壽命期內(nèi)沖擊源的沖擊次數(shù);在系統(tǒng)電壓和沖擊源發(fā)生超過(guò)預(yù)期值的異常情況時(shí)，壓敏電阻不會(huì)起火，不會(huì)發(fā)生危及鄰近元器件的爆裂，且沒(méi)有導(dǎo)致電擊的危險(xiǎn);壓敏電阻的電容量和非線性電流對(duì)被保護(hù)對(duì)象或系統(tǒng)的影響，應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。

　　壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，主要用于在電路承受過(guò)壓時(shí)進(jìn)行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護(hù)敏感器件。壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個(gè)品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價(jià)元素鋅(Zn)和六價(jià)元素氧(O)所構(gòu)成。所以從材料的角度來(lái)看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。

　　壓敏電阻的作用和工作原理

　　壓敏電阻的作用

　　壓敏電阻是一種特殊的電阻器件，其主要作用是保護(hù)電路免受過(guò)電壓損壞。當(dāng)電路中的電壓超過(guò)預(yù)定范圍時(shí)，壓敏電阻會(huì)迅速改變阻值，從而吸收和分散過(guò)高的電能。這樣可以保護(hù)其他部件不受到損害。

　　壓敏電阻的工作原理

　　壓敏電阻采用半導(dǎo)體材料制成，具有非線性的電阻特性。當(dāng)電路中的電壓低于某一閾值時(shí)，壓敏電阻的阻值很大，幾乎沒(méi)有電流通過(guò)。然而，一旦電壓超過(guò)閾值，壓敏電阻的阻值迅速下降，形成一個(gè)低阻通道，使過(guò)高的電能通過(guò)并分散。

　　壓敏電阻型號(hào)及參數(shù)

　　壓敏電阻的型號(hào)

　　常見(jiàn)的壓敏電阻型號(hào)有多種，其中最為常見(jiàn)的是“MOV”(Metal Oxide Varistor)和“VDR”(Voltage Dependent Resistor)。

　　壓敏電阻的參數(shù)

　　壓敏電阻的主要參數(shù)包括：

　　阻值范圍：即壓敏電阻在工作條件下的阻值范圍。常見(jiàn)的阻值范圍從幾歐姆到幾千歐姆不等。

　　額定電壓：指壓敏電阻可以承受的最大電壓，超過(guò)該電壓會(huì)導(dǎo)致阻值急劇下降。額定電壓通常以伏特(V)為單位。

　　額定功率：表示壓敏電阻在額定電壓下能夠吸收和分散的最大功率。額定功率通常以瓦特(W)為單位。

　　此外，還有其他參數(shù)如響應(yīng)時(shí)間、容差等，這些參數(shù)根據(jù)具體的壓敏電阻型號(hào)可能會(huì)有所不同。

　　綜上所述，壓敏電阻在電路中起著保護(hù)作用，能夠吸收和分散過(guò)高的電能，防止其他部件受到損壞。其工作原理是通過(guò)半導(dǎo)體材料的非線性電阻特性實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的壓敏電阻型號(hào)包括“MOV”和“VDR”，而其參數(shù)主要包括阻值范圍、額定電壓和額定功率等。了解這些參數(shù)可以幫助選擇合適的壓敏電阻來(lái)滿(mǎn)足特定的電路保護(hù)需求。