壓敏電阻器

結構——根據半導體材料的非線性特性制成的。

特性——壓敏電阻器的電壓與電流不遵守歐姆定律，而成特殊的非線性關系。當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器的電阻值接近無窮大，內部幾乎無電流流過；當兩端所加電壓略高于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器將迅速擊穿導通，并由高阻狀態變為低阻狀態，工作電流也急劇增大；當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器又恢復為高阻狀態；當兩端所加電壓超過最大限制電壓值時，壓敏電阻器將完全擊穿損壞，無法再自行恢復。

作用與應用——廣泛應用于家用電器及其它電子產品中，起過電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等。

壓敏電阻器的種類：   

1） 按結構分類：
● 結型壓敏電阻器——因電阻體與金屬電極之間的特殊接觸，才具有了非線性特性。
● 體型壓敏電阻器——因電阻體本身的半導體性質，才具有了非線性特性。
● 單顆粒層壓敏電阻器
● 薄膜壓敏電阻器

2）按使用材料分類：
● 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

3）按伏安特性分類：
● 對稱型壓敏電阻器（無極性）
● 非對稱型壓敏電阻器（有極性）
⑦ 壓敏電阻器的主要參數：除標稱阻值、額定功率和允許偏差等基本指標外，還有如下指標：
    1）標稱電壓(V)：指通過1mA直流電流時壓敏電阻器兩端的電壓值。
    2）電壓比：指壓敏電阻器的電流為1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產生的電壓值之比。
    3）最大限制電壓(V)：指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值。
    4）殘壓比：通過壓敏電阻器的電流為某一值時，在它兩端所產生的電壓稱為這一電流值的殘壓。殘壓比則是殘壓與標稱電壓之比。
    5）通流容量(kA)：通流容量也稱通流量，是指在規定的條件（規定的時間間隔和次數，施加標準的沖擊電流）下，允許通過壓敏電阻器上的最大脈沖（峰值）電流值。
    6）漏電流(mA)：漏電流也稱等待電流，是指壓敏電阻器在規定的溫度和最大直流電壓下，流過壓敏電阻器電流。
    7）電壓溫度系數：指在規定的溫度范圍（溫度為20℃～70℃）內，壓敏電阻器標稱電壓的變化率，即在通過壓敏電阻器的電流保持恒定時，溫度改變1℃時，壓敏電阻器兩端電壓的相對變化。
    8）電流溫度系數：指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時，溫度改變1℃時，流過壓敏電阻器電流的相對變化。
    9）電壓非線性系數：指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下，其靜態電阻值與動態電阻值之比。
    10）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。
    11）靜態電容量（PF）：指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

　　ZnO壓敏電阻實際上是一種伏安特性呈非線性的敏感元件，在正常電壓條件下，這相當于一只小電容器，而當電路出現過電壓時，它的內阻急劇下降并迅速導通，其工作電流增加幾個數量級，從而有效地保護了電路中的其它元器件不致過壓而損壞，它的伏安特性是對稱的，如圖(1)a 所示。這種元件是利用陶瓷工藝制成的，它的內部微觀結構如圖(1)b 所示。微觀結構中包括氧化鋅晶粒以及晶粒周圍的晶界層。氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層的電阻率卻很高，相接觸的兩個晶粒之間形成了一個相當于齊納二極管的勢壘，這就是一壓敏電阻單元，每個單元擊穿電壓大約為3.5V，如果將許多的這種單元加以串聯和并聯就構成了壓敏電阻的基體。串聯的單元越多，其擊穿電壓就超高，基片的橫截面積越大，其通流容量也越大。壓敏電阻在工作時，每個壓敏電阻單元都在承受浪涌電能量，而不象齊納二極管那樣只是結區承受電功率，這就是壓敏電阻為什么比齊納二極管能承受大得多的電能量的原因。

壓敏電阻在電路中通常并接在被保護電器的輸入端，如圖(2)所示。

　　壓敏電阻的Zv與電路總阻抗（包括浪涌源阻抗Zs）構成分壓器，因此壓敏電阻的限制電壓為V=VsZv/(Zs+Zv)。Zv的阻值可以從正常時的兆歐級降到幾歐，甚至小于1Ω。由此可見Zv在瞬間流過很大的電流，過電壓大部分降落在Zs上，而用電器的輸入電壓比較穩定，因而能起到的保護作用。圖(3)所示特性曲線可以說明其保護原理。直線段是總阻抗Zs，曲線是壓敏電阻的特性曲線，兩者相交于點Q，即保護工作點，對應的限制電壓為V，它是使用了壓敏電阻后加在用電器上的工作電壓。Vs為浪涌電壓，它已超過了用電器的耐壓值VL，加上壓敏電阻后，用電器的工作電壓V小于耐壓值VL，從而有效地保護了用電器。不同的線路阻抗具有不同的保護特性，從保護效果來看，Zs越大，其保護效果就越好，若Zs=0，即電路阻抗為零，壓敏電阻就不起保護作用了。圖(4)所描述的曲線可以說明Zs與保護特性之間的關系。

　　壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數。
　　1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值，大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產品的壓敏電壓范圍可以從10－9000V不等。可根據具體需要正確選用。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重要的，它關系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×313V=470V，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。
　　2、所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環境溫度為25℃情況下，對于規定的沖擊電流波形和規定的沖擊電流次數而言，壓敏電壓的變化不超過± 10％時的最大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應小于手冊中給出的產品最大通流量。然而從保護效果出發，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發生的通流量是很難精確計算的，則選用2－20KA的產品。如手頭產品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯使用，并聯后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯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。