壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，所以它是半導體電阻器的一個品種。現(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元素(Zn)和六價元素氧(O)所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
對于我們設(shè)備中使用的壓敏電阻，原選用型號為14D101K，實際運行3個月中，此型號壓敏電阻經(jīng)常燒毀。后改為14D121K，實際運行3個月，沒有發(fā)現(xiàn)燒壞。所以，為指導以后工作，整理并學習此資料，并在整理過程中，發(fā)現(xiàn)壓敏電阻不應該直接并接在元件的輸入端。具體壓敏電阻的資料如下：
一、壓敏電阻的原理
壓敏電阻意思是“在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變”，或者是說“電阻值對電壓敏感”的阻器。相應的英文名稱叫“VoltageDependentResistor”簡寫為“VDR”。
隨著加在它上面的電壓不斷增大，它的電阻值可以從MΩ(兆歐)級變到mΩ(毫歐)級。當電壓較低時，壓敏電阻工作于漏電流區(qū)，呈現(xiàn)很大的電阻，漏電流很小;當電壓升高進入非線性區(qū)后，電流在相當大的范圍內(nèi)變化時，電壓變化不大，呈現(xiàn)較好的限壓特性;電壓再升高，壓敏電阻進入飽和區(qū)，呈現(xiàn)一個很小的線性電阻，由于電流很大，時間一長就會使壓敏電阻過熱燒毀甚至炸裂。正常使用時壓敏電阻處于漏電流區(qū)，受到浪涌沖擊時進入非線性區(qū)泄放浪涌電流，一般不能進入飽和區(qū)
壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，所以它是半導體電阻器的一個品種。現(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元素(Zn)和六價元素氧(O)所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
二、壓敏電阻的作用
壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值UN時，流過它的電流極小，相當于一只關(guān)死的閥門，當電壓超過UN時，流過它的電流激增，相當于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。
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IC及其它設(shè)備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設(shè)備電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導通大電流，從而保護IC或電器設(shè)備;當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。
三、壓敏電阻的標稱參數(shù)
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、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、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，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。
四、壓敏電阻的特性參數(shù)
①壓敏電壓UN(U1mA)：通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時的電壓來表示其是否導通的標志電壓，這個電壓就稱為壓敏電壓UN。壓敏電壓也常用符號U1mA表示。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。在試驗和實際使用中，通常把壓敏電壓從正常值下降10%作為壓敏電阻失效的判據(jù)。
②最大持續(xù)工作電壓UC：指壓敏電阻能長期承受的最大交流電壓(有效值)Uac或最大直流電壓Udc。一般Uac≈0.64U1mA，Udc≈0.83U1mA。
③通流量(最大沖擊電流)IP：指壓敏電阻能夠承受的8/20μs波的最大沖擊電流峰值。“能夠承受”的含義是，沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%。現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)格書中通常都給出了沖擊1次的IP值。
④最大箝位電壓(限制電壓)VC：技術(shù)規(guī)格書中給出的最大箝位電壓值是指給壓敏電阻施加規(guī)定的8/20μs波沖擊電流IX(A)時壓敏電阻上呈現(xiàn)的電壓。
實際使用中，壓敏電壓越高，施加的沖擊電流越大，限制電壓(或稱殘壓)就越高，可從產(chǎn)品給出的V-I曲線上查到。
⑤額定能量E：額定能量是指壓敏電阻能夠承受規(guī)定波形的沖擊電流沖擊一次的最大能量(沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%)，可用下式表示：
E=K*IP*VC*T
式中：IP、VC見上，T為脈沖寬度，K為與波形有關(guān)的常數(shù)。對于8/20μs波和10/1000μs波，K=1.4;對于2ms方波，K=1。
⑥額定功率(最大平均功率)Pm：指壓敏電阻在室溫下，連續(xù)承受多次沖擊，且各次沖擊之間間隔時間較短，因而有熱積累效應的情況下，能夠承受的最大平均功率。盡管壓敏電阻能承受很大的脈沖功率，但能承受的平均功率卻很小。
⑦電容C0：指壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容，在幾pF～幾百nF的范圍內(nèi)。體積越小，壓敏電壓越高，電容越小。
⑧漏電流Il：給壓敏電阻施加最大直流電壓Udc時流過的電流。測量漏電流時，通常給壓敏電阻加上Udc=0.83U1mA的電壓(有時也用0.75U1mA)。一般要求靜態(tài)漏電流Il≤20μA(也有要求≤10μA的)。在實際使用中，更關(guān)心的不是靜態(tài)漏電流值本身的大小，而是它的穩(wěn)定性，即在沖擊試驗后或在高溫條件下的變化率。在沖擊試驗后或在高溫條件下其變化率不超過一倍，即認為是穩(wěn)定的。
⑨非線性指數(shù)α：指電壓的變化對電流的影響能力，可用公式表示為：
I=KUα或α=loglog
由前式可見，α越大表明電壓的變化對電流的影響能力越大，非線性特性越好。由后式可見，α是伏安特性上各點斜率的倒數(shù)，特性越平坦的地方，α越大(漏電流區(qū)和飽和區(qū)α=1，又稱低α區(qū))。用儀器測量時，一般設(shè)定I2=1mA，I1=0.1mA，所以
αT=1/log(U1mA/U0.1mA)
五、壓敏電阻的降額特性
對壓敏電阻進行沖擊試驗時，隨著所要進行的沖擊次數(shù)的增加，每次所施加的沖擊電流要相應地減小。例如：Ф20基片的標準壓敏電阻(U1mA≥82V的)，其降額特性如下表所示(可從廠家給出的浪涌壽命次數(shù)定額曲線中查到)：
允許沖擊次數(shù)1次2次10次100次1000次10000次
每次沖擊電流6500A4000A2000A1000A430A200A
六、壓敏電阻的測量
測量時將萬用表置10k檔，表筆接于電阻兩端，萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值，如果超出這個數(shù)值很大，則說明壓敏電阻已損
七、壓敏電阻的選型
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(shù)。
1、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測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等。可根據(jù)具體需要正確選用。一般1mA=“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××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。
2、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±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(chǎn)品最大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的，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，可將幾只單個的壓敏電阻并聯(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。
八、壓敏電阻的使用
壓敏電阻一般并聯(lián)在電路中使用，當電阻兩端的電壓發(fā)生急劇變化時，電阻短路將電流保險絲熔斷，起到保護作用。壓敏電阻在電路中，常用于電源過壓保護和穩(wěn)壓。
電源防雷器的可靠性、安全性在很大程度上依賴于壓敏電阻的正確使用，以下原則可供使用參考。特別要指出的是，在電源防雷設(shè)計中還要考慮各個地方的電源質(zhì)量差別、雷擊頻度和強度的差別、被保護設(shè)備的安裝使用情況和沖擊耐受能力等的差別，不能用一個公式照搬照套。設(shè)計好的防雷保護裝置必須在現(xiàn)場使用條件下或盡可能接近真實情況的模擬條件下進行試驗驗證。
①壓敏電壓的計算：
一般可用下式計算：
U1mA=KUac
式中：K為與電源質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)，一般取K=(2～3)，電源質(zhì)量較好的城市可取小些，電源質(zhì)量較差的農(nóng)村(特別是山區(qū))可取大些。Uac為交流電源電壓有效值。對于220V～240V交流電源防雷器，應選用壓敏電壓為470V～620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點的壓敏電阻，可以降低故障率，延長使用壽命，但殘壓略有增大。
②標稱放電電流的計算：
壓敏電阻的標稱放電電流應大于要求承受的浪涌電流或每年可能出現(xiàn)的最大浪涌電流。標稱放電電流應按壓敏電阻浪涌壽命次數(shù)定額曲線中沖擊10次以上的數(shù)值進行計算，約為最大沖擊通流量的30%(即0.3IP)左右。
③壓敏電阻的并聯(lián)：
當一個壓敏電阻滿足不了標稱放電電流的要求時，應采用多個壓敏電阻并聯(lián)使用。有時為了降低限制電壓，即使標稱放電電流滿足要求也采用多個壓敏電阻并聯(lián)。要特別注意的是，壓敏電阻并聯(lián)使用時，一定要嚴格挑選參數(shù)一致的(例如：ΔU1mA≤3V，Δα≤3)進行配對，以保證電流的均勻分配。
九、壓敏電阻使用時的注意事項
壓敏電阻的失效模式通常是短路，為了防止壓敏電阻的失效造成電源短路而起火，可以在每個壓敏電阻上串聯(lián)一個溫度保險管或熱脫離機構(gòu)。溫度保險管應與壓敏電阻有良好的熱耦合，當壓敏電阻失效(高阻抗短路)時，它所產(chǎn)生的熱量把溫度保險管熔斷，從而使失效的壓敏電阻與電路分離，確保設(shè)備的安全。當較高的工頻暫時過電壓作用在壓敏電阻上時，可能使壓敏電阻瞬間擊穿短路(低阻抗短路)，而溫度保險管還來不及熔斷，還可能起火。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，可在每個壓敏電阻上再串聯(lián)一個耐沖擊工頻保險絲(單用工頻保險絲則在老化失效時可能不熔斷)。也可以把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)使用，正常工作時陶瓷氣體放電管不導通，壓敏電阻沒有漏電流，可以大大延長使用壽命;受浪涌沖擊時，陶瓷氣體放電管首先擊穿，然后由壓敏電阻限制浪涌電壓，總的殘壓為兩者之和，略有增大(幾十伏);沖擊過去后，由于壓敏電阻限制了電流，放電管不能維持導通而熄弧，恢復為正常工作狀態(tài);當壓敏電阻短路失效后，因陶瓷氣體放電管流過很大的工頻電流也會很快失效，但它的失效模式絕大多數(shù)是開路，因而不易引起火災。
所以，我們設(shè)備中壓敏電阻的選型基本沒有錯誤，根據(jù)公式，應該選取壓敏電壓即標稱電壓為130V的壓敏電阻，根據(jù)就上不就下的原則，實際應該選取14D151型號。而且，在實際使用方法上，我們不應該直接將壓敏電阻并接，根據(jù)實際情況，應該把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)使用。
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