壓敏電阻及應用

發布時間：2016-9-14 瀏覽次數：8554

壓敏電阻器簡稱壓敏電阻．它是在某一特定的電壓范圍內其電導隨電壓的增加而急劇增大的一種敏感元件。由其具有穩壓和過電壓保護等功能，故人們也將其稱為“限幅器”、“斬波器”或“浪涌吸收器”．還稱其為是家用電器和各種電器設備及電子器件的“安全衛士”或“警衛員”。
一、壓敏電阻的主要特性

壓敏電阻的種類很多．其中最有代表性的當首推氧化鋅壓敏電阻。這種電子陶瓷半導體元件的微觀結構如圖1．其基片是由大量的氧化鋅晶粒及晶粒周圍呈P型半導體性質的以氧化鉍為主要成份的晶界層所組成。每個晶粒與晶界層形成一個相當齊納二極管的PN結勢壘．構成
一個單元。很明顯，基片內串聯的單元越多．擊穿電壓也就越高；并聯的單元越多。
橫截面積越大．其通流容量也就越大。氧化鋅壓敏電阻的伏安特性如圖2。這種對稱型的伏安特性可用于吸收交流或直流正、負極性的浪涌電壓。在一定的電壓范圍內．其阻抗接近于開路狀態．只有微安級的漏電流通過，故功耗甚微。該元件的適用電壓范圍特別廣．可從幾伏到幾十萬伏，而且對過電壓的響應時間非常快．一般不大干50 n S：當電壓達到一
定值。壓敏電阻中的電流陡然增大。它承受電流的能力非常驚人，可達幾十千安，而且不會導致電流的上升速率增大．不會產生續流和放電延遲現象。雖然壓敏電阻的瞬時功率非常大，但平均持續功率卻很?。什荒荛L時間工作于導通狀態。
表示壓敏電阻特性的參數有數個．其中最重要的就是壓敏電壓和通流容量。所謂壓敏電壓。是指壓敏電阻在一定沮度范圍內規定電流下的電壓降。通常規定電流為1m A直流，該基準電流下的壓敏電壓記作V lmA。必須指出的是。壓敏電阻的殘壓與壓敏電壓并非同一概念，它是壓敏電阻通過某一給定的脈沖電流在其兩端產生的電壓降。壓敏電阻的耐浪涌能力用通流容量表示。所謂通流容量。是指按規定的時間間隔和次數，在壓敏電阻上施加規定的波形電流沖擊時，壓敏電壓參數變化不超過規定值的最大峰值電流。目前測試該參數大多采用8×20uS的沖擊波形，要求VlmA的變化率不超過±lO％。
壓敏電阻的外形封裝主要有片狀引線型、環型、芯軸型和圓柱型油浸罐式幾種。其中．大通流容量的壓敏電阻采用后兩種封裝形式。
二，壓敏電阻的正確選用
壓敏電阻的圖形符號如圖3。

其中圖3(a)、(b)分別為國標規定符號和國內常用符號；圖3(c)、(d)分別為日本及其它國家所采用的符號。壓敏電阻用字母R或RV表示。
正確選用壓敏電阻，首先必須了解壓敏電阻型號的組成與含義。壓敏電阻的型號通常由以下五部分組成：
M YX-XXX

其中。第1部分“M Y”表示壓敏電阻；第Ⅱ部分用漢語拼音字母表示產品的分類與用途，如果J、W、G、L、H、Z、B、D等分別代表家用、穩壓、過壓保護、防雷、滅弧、消噪、補償、通用;第Ⅲ部分表示以mm作為計量單位的基片直徑；第Ⅳ部分用字母表示電壓允許誤差．如K±lO％．M±20％;第V部分表看標稱壓敏電壓，可以帶計量單位。當不帶計量單位(V)采用三位數字表示壓敏電壓時．若V lmA是兩位數，后面要加“O”。20則表示82V；如V lmA是三位數且末位數是0，如820V，應用82l表示；而8200 V則用822表示。例如型號MYGlOK47l表示是過壓保護用壓敏電阻，瓷片直徑lO m m，允許偏差±lO％．標稱電壓是．470 V。由于目前國內在該產品的型號組成上尚未達到完全統一。故選用時應以產品樣本為準。例如，某壓敏電阻型號為M Y L 30-470V／5K A-K．則表示防雷用壓敏電阻，基體直徑30mm，壓敏電壓470V．通流容量5kA，電壓允差±10％。
壓敏電阻的正確選擇和使用．要注意以下幾點：
1．壓敏電壓參數的選擇。該參數的選取，要根據實際電路和電源情況而定。若壓敏電阻用于過壓保護，其標稱電壓必須高于實際電路的電壓值。在直流電壓Vdc下，一般取V1mA=(1．5～2．2)Vdc；當用于交流電壓Vac(有效值)下時．則取VlmA=(1．8～2．5)Vac;若壓敏電阻上的電壓是脈沖電壓，則Vlma=(1．4～2)×脈沖電壓幅值。如果壓敏電阻在電路中處于間斷工作狀態．以上各式的系數宜取得小一些；若其長時間工作于不間斷狀態，系數應取大一點。V1mA的上限則由被保護器件或裝置的耐壓所決定。壓敏電阻在吸收過電壓時的殘壓應被抑制在器件或裝置的耐壓以下。雖然壓敏電壓選擇低一些有利于提高
保護效果，但如果選擇過低，電壓稍一升高壓敏電阻就會導通漉過大電流，易引起元件溫升加劇甚至被燒毀。
2．通流容量的選取。為延長壓敏電阻的使用壽命并為電子線路提供可靠保護，該參數的選擇應留有充分余量。根據經驗，一般用于操作過電壓保護時，壓敏電阻的通漉容量選擇1 KA～5 KA；如用于防雷浪涌保護，可選用2 KA～20KA的元件。
3．當壓敏電阻串聯使用時，應確保每只壓敏電阻的通流容量相同，特性相近。串聯后的最大允許電路電壓等于各只壓敏電阻最大允許電路電壓之和。在浪涌電流特別大的情況下也可將若干只壓敏電阻并聯使用，但要保證每只元件的壓敏電壓相同和伏安特性一致。并聯后的壓敏電壓不變，總通流容量為各個壓敏電阻的通流容量之和。由于串并聯的只數增加往往使-口可靠性降低，故應控制串并聯壓敏電阻的數量。
4．由于壓敏電阻的固有靜態電容從幾百到幾千徽微法，在頻率較高時應選用容值小的壓敏電阻，并要在壓敏電阻上串接高頻阻流圈，以減小高頻信號衰減。
此外，使用壓敏電阻還要使引線與接線盡可能短。用作雷浪涌吸收時務必注意要可靠接地。
三、壓敏電阻應用實例
家用電器及各種電子設備可靠性與安全性要求的日益提高，使壓敏電阻的應用也日益廣泛?，F僅就其在過電壓保護方面的應用作一簡單介紹，期望起到拋磚引玉之作用。
(一)電源電路的過壓保護
壓敏電阻用于彩色電視機電源輸入端的電路如圖4。

交流電源一旦因某種因素導致電壓升高或因錯相引入380 V的電壓而超過壓敏電阻R V 1的壓敏電壓，R V 1即刻導通流過大電流，使F熔斷，從而防止了電源過電壓侵入到機內把電子元器件毀壞。F延時熔斷后氖泡點亮，發出F熔斷的警告。在消磁電路中，與P T C熱敏電阻和消磁線圈串接的壓敏電阻R V 2，既對消磁電路起到保護作用，又可降低P T C元件的耐壓要求。東芝G R系列電冰箱控
制電路電源輸入側就采用了T N R80l 15G 471 K型壓敏電阻，F55錄象機則采用了EN B 46l D型壓敏電阻。壓敏電阻用作按鍵式電話機電源過壓保護的電路如圖5。

圖6示出了新一代高靈敏度漏電保護器電路。

交流電源一旦出現過電壓，R V立刻導通。零序互感器次級隨即產生感生電流，并通過電阻轉換成電壓輸入到I C放大器。放大后的信號使S C R導通，脫扣器動作，在O．1 S內切斷交流電源。
壓敏電阻不僅可用于電源變壓器或整流器的輸入端，也可用到其輸出側。象夏普彩電直流電源采用一僅115V～135 V的R I MV型穩壓二極管作過壓保護，該器件在市場上不易買到，在維修時若采用壓敏電阻取而代之，非常經濟方便。
(二)電子器件的保護典型的晶體管過壓保護電路如圖7。

在此類電路中，R V的壓敏電
壓必須高于電源電壓但又必須低于晶體管的擊穿電壓BVceo。其中，圖7(b)是電視機的場輸出級電路。在幀回掃期問，晶體管的集電極電壓等于電源電壓與扼流圈產生的反峰電壓之和。R V的作用是將該反峰電壓抑制在R V的殘壓之下，使晶體管免遭擊穿。用R V作為集成電路(IC)浪涌吸收器的電路如圖8。R V將過電壓限幅再經R C積分電路進一步消除噪聲影響，使I C得到保護。除此之外，壓敏電阻還可用于功率二極臂，晶閘管和固態繼電器等電
子器件或組件的保護。特別是采用壓敏電阻器去消除顯象管的極問跳火．要比放電管或金屬間隙片可靠得多，
(三)操作過電壓保護
在含有繼電器、接觸器、電磁離合器等感性負載的電路中，當切斷電路瞬間．電漉在負荷與電源兩側產生的過電壓可以超過電源電壓的數十倍，在觸點間產生電弧和火花放電．不僅易損壞觸頭，導致器件擊穿，面且會使其它系統產生誤動作。將壓敏電阻與繼電器電感線圈或觸點并聯，如圖9，感性負載儲存的能量可通過R V泄放吸收。

(四)雷浪涌保護
直擊雷、感應雷或沿電源線進入系統的浸入波這種大氣過電壓所產生的電流上升時間非常快，持續時問僅幾十徽秒．峰值電流達幾十安到幾百安，對電力等系統的用電設備破壞作用很大。壓敏電阻用作避雷器，如圖10，雷浪涌電壓和電流可經線一地問的R V入地，而且它們的對地電壓之差又受到線～線問R V的進一步抑制。圖11示出了公用天線電規(CATV)系統的CA放大器、混合器的過電壓保護電路示意圖。

壓敏電阻的應用實例繁花似錦．而且正繼續向一切可能應用的領域滲透。

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