压敏电阻及其分类和主要参数
上一篇 / 下一篇 2007-11-02 23:06:23 / 个人分类：电子设计
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压敏电阻器（VSR）（varistor; voltage-dependent resistor） ——
我国规定压敏电阻用“MY”表示。后缀字母J为家用、W－稳压 、G－过压、 P高频电路 、L－防雷 、H－灭弧 、Z－消噪 、B－补偿 、C－消磁 、N－高性能或高可靠。
结构——根据半导体材料的非线性特性制成的。
特性——压敏电阻器的电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。
作用与应用——广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。
压敏电阻器的种类：
1） 按结构分类：
● 结型压敏电阻器——因电阻体与金属电极之间的特殊接触，才具有了非线性特性。
● 体型压敏电阻器——因电阻体本身的半导体性质，才具有了非线性特性。
● 单颗粒层压敏电阻器
● 薄膜压敏电阻器
2）按使用材料分类：
● 氧化锌压敏电阻器
● 碳化硅压敏电阻器
● 金属氧化物压敏电阻器
● 锗（硅）压敏电阻器
● 钛酸钡压敏电阻器
3）按伏安特性分类：
● 对称型压敏电阻器（无极性）
● 非对称型压敏电阻器（有极性）
⑦ 压敏电阻器的主要参数：除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外，还有如下指标：
1）标称电压(V)：指通过1mA直流电流时压敏电阻器两端的电压值。
2）电压比：指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
3）最大限制电压(V)：指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。
4）残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。残压比则是残压与标称电压之比。
5）通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
6）漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
7）电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。
8）电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。
9）电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
10）绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
11）静态电容量（PF）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。
现在大量使用的是氧化锌压敏电阻（Zno）。
预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。
击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：
I=CVα
其中 I通过压敏电阻器的电流 C与配方和工艺有关的常数
V压敏电阻器两端的电压 α为非线性系数，一般大于30
由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。
上升区：当过电压很大，使得通过压敏电阻器的电流大于约100A/cm2时，压敏电阻器的伏安特性主要由晶粒电阻的伏安特性来决定。此时压敏电阻器的伏安特性呈线性电导特性，即：
I=V/Rg
上升区电流与电压几乎呈线性关系，压敏电阻器在该区域已经劣化，失去了其抑制过电压、吸收或释放浪涌的能量等特性。
氧化锌压敏电阻器应用及注意事项
1、氧化锌压敏电阻器应用原理
压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性(见图3中击穿区)，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。
2、氧化锌压敏电阻器的参数选择
根据被保护电源电压选择压敏电阻器的规定电流下的电压V1mA。一般选择原则为：
对于直流回路：V1mA≥2.0VDC
对于交流回路：V1mA≥2.2V有效值
如果电器设备耐压水平Vo较低，而浪涌能量又比较大，则可选择压敏电压V1mA较低、片径较大的压敏电阻器；如果Vo较高，则可选择压敏电压V1mA较高的压敏电阻器，这样既可以保护电器设备，又能延长压敏电阻使用寿命。
3、氧化锌压敏电阻器的使用方法
压敏电阻器是一种无极性过电压保护元件，无论是交流还是直流电路，只需将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的(如图4所示)
当过电压幅值高于规定电流下的电压，过电流幅值小于压敏电阻器的最大峰值电流时(若无压敏电阻器足以使设备元器件破坏)，压敏电阻器处于击穿区，可将过电压瞬时限制在很低的幅值上，此时通过压敏电阻器的浪涌电流幅值不大(<100A/cm2),不足以对压敏电阻器产生劣化；当过电压幅值很高时，压敏电阻器将过电压限制在较低的水平上(小于设备的耐压水平)，同时通过压敏电阻器的冲击电流很大，使压敏电阻器性能劣化即将失效，这时通过熔断器的电流很大，熔断器断开，这样既可使电器设备、元器件免受过电压冲击，也可避免由于压敏电阻器的劣化击穿造成线路L-N、L-PE之间短路(推荐的熔断器规格见表1)。
压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。
选用压敏电阻时一般选择标称压敏电压（VIma）和通流容量两个参数
1）压敏电压：即击穿电压或阀值电压指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻时测得的电压值，其产品电压范围可从10－9000v不等，可根据需要正确选用。一般Vima＝1.5Vp＝2.2VAC （vp是电路额定电流的峰值，VAC是额定交流电压的有效值。）Zno（氧化锌）压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命，如家电用额定电压是220v则；vima＝1.5vp＝1.5 ×根号2×220＝467v；因此vima值可选；vima＝2.2VAC=2.2×220＝484v；可在470－484v之间选择。
2）通流容量；指最大脉冲电流的峰值是在环境温度25c°在时规定的冲击电流波形和冲击次数而言，压敏电阻的变化不超过10％时的最大脉冲电流值。
压敏电阻应用在电源上是比较合适的。但在一些通讯口或出口的部分比较好的保护方法是用速度较快的TVS管。
D 代表压敏电阻的表面直径！要求使用者在选择压敏电阻时事先有所估计，对确有可能遇到较大冲击电流的场合，应选择使用外形尺寸较大的器件（压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积，耐受电压正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件体积）。使用压敏电阻要注意它的固有电容。根据外形尺寸和标称电压的不同，电容量在数千至数百pF之间，这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用，比较适合于在工频场合，如作为晶闸管和电源进线处作保护用。此外，就压敏电阻的电流吸收能力来说，1kA（对8/20μs的电流波）用在晶闸管保护上，3kA用在电器设备的浪涌吸收上；5kA用在雷击及电子设备的过压吸收上；10kA用在雷击保护上。压敏电阻的电压档次较多，适合作设备的一次或二次保护。
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