| 什么是“壓敏電阻” “壓敏電阻是中國(guó)大陸的名詞，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(shuō)"電阻值對(duì)電壓敏感"的阻器。相應(yīng)的英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡(jiǎn)寫(xiě)為“VDR”。 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（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”。 在中國(guó)臺(tái)灣，壓敏電阻器是按其用途來(lái)命名的，稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時(shí)也稱為“電沖擊（浪涌）抑制器（吸收器）”。 |
| 2、壓敏電阻電路的“安全閥”作用 壓敏電阻有什么用？壓敏電阻的最大特點(diǎn)是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時(shí)，流過(guò)它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門(mén)，當(dāng)電壓超過(guò)UN時(shí)，流過(guò)它的電流激增，相當(dāng)于閥門(mén)打開(kāi)。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過(guò)電壓，保護(hù)電路免受過(guò)電壓的損害。 |
| 3、應(yīng)用類型 不同的使用場(chǎng)合，應(yīng)用壓敏電阻的目的，作用在壓敏電阻上的電壓/電流應(yīng)力并不相同， 因而對(duì)壓敏電阻的要求也不相同，注意區(qū)分這種差異，對(duì)于正確使用是十分重要的。 根據(jù)使用目的的不同，可將壓敏電阻區(qū)分為兩大類：①保護(hù)用壓敏電阻，②電路功能用壓敏電阻。 3.1保護(hù)用壓敏電阻 （1） 區(qū)分電源保護(hù)用，還是信號(hào)線，數(shù)據(jù)線保護(hù)用壓敏電阻器，它們要滿足不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （2） 根據(jù)施加在壓敏電阻上的連續(xù)工作電壓的不同，可將跨電源線用壓敏電阻器可區(qū)分為交流用或直流用兩種類型，壓敏電阻在這兩種電壓應(yīng)力下的老化特性表現(xiàn)不同。 （3） 根據(jù)壓敏電阻承受的異常過(guò)電壓特性的不同，可將壓敏電阻區(qū)分為浪涌抑制型，高功率型和高能型這三種類型。 ★浪涌抑制型：是指用于抑制雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓等瞬態(tài)過(guò)電壓的壓敏電阻器，這種瞬態(tài)過(guò)電壓的出現(xiàn)是隨機(jī)的，非周期的，電流電壓的峰值可能很大。絕大多數(shù)壓敏電阻器都屬于這一類。 ★高功率型：是指用于吸收周期出現(xiàn)的連續(xù)脈沖群的壓敏電阻器，例如并接在開(kāi)關(guān)電源變換器上的壓敏電阻，這里沖擊電壓周期出現(xiàn)，且周期可知，能量值一般可以計(jì)算出來(lái)，電壓的峰值并不大，但因出現(xiàn)頻率高，其平均功率相當(dāng)大。 ★高能型：指用于吸收發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈，起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器，對(duì)這類應(yīng)用，主要技術(shù)指標(biāo)是能量吸收能力。 壓敏電阻器的保護(hù)功能，絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合下，是可以多次反復(fù)作用的，但有時(shí)也將它做成電流保險(xiǎn)絲那樣的"一次性"保護(hù)器件。例如并接在某些電流互感器負(fù)載上的帶短路接點(diǎn)壓敏電阻。 3.2電路功能用壓敏電阻 壓敏電阻主要應(yīng)用于瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)，但是它的類似于半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的伏安特性，還使它具有多種電路元件功能，例如可用作： （1）直流高壓小電流穩(wěn)壓元件，其穩(wěn)定電壓可高達(dá)數(shù)千伏以上，這是硅穩(wěn)壓管無(wú)法達(dá)到的。 （2）電壓波動(dòng)檢測(cè)元件。 （3）直流電瓶移位元件。 （4）均壓元件。 （5）熒光啟動(dòng)元件 |
| 4、保護(hù)用壓敏電阻的基本性能 （1）保護(hù)特性，當(dāng)沖擊源的沖擊強(qiáng)（或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，壓敏電阻的限制電壓不允許超過(guò)被保護(hù)對(duì)象所能承受的沖擊耐電壓（Urp）。 （2）耐沖擊特性，即壓敏電阻本身應(yīng)能承受規(guī)定的沖擊電流，沖擊能量，以及多次沖擊相繼出現(xiàn)時(shí)的平均功率。 （3）壽命特性有兩項(xiàng)，一是連續(xù)工作電壓壽命，即壓敏電阻在規(guī)定環(huán)境溫度和系統(tǒng)電壓條件應(yīng)能可靠地工作規(guī)定的時(shí)間（小時(shí)數(shù)）。二是沖擊壽命，即能可靠地承受規(guī)定的沖擊的次數(shù)。 （4）壓敏電阻介入系統(tǒng)后，除了起到"安全閥"的保護(hù)作用外，還會(huì)帶入一些附加影響，這就是所謂"二次效應(yīng)"，它不應(yīng)降低系統(tǒng)的正常工作性能。這時(shí)要考慮的因素主要有三項(xiàng)，一是壓敏電阻本身的電容量（幾十到幾萬(wàn)PF），二是在系統(tǒng)電壓下的漏電流，三是壓敏電阻的非線性電流通過(guò)源阻抗的耦合對(duì)其他電路的影響。 |
| 5、微觀結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理 5．1微觀結(jié)構(gòu) 壓敏電阻為什么會(huì)具有圖1.1所示的線壓型伏安特性，為什么能吸收極大的沖擊電流？這就要研究它的微觀結(jié)構(gòu)，明白它的工作機(jī)理。 現(xiàn)代壓敏電阻的主導(dǎo)品種：氧化鋅壓敏電阻，是一種金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體電阻器。它以氧化鋅（ZnO）為基料，加入多種（一般5～10種）其它添加劑，經(jīng)壓制成坯體，高溫?zé)Y(jié)，兩面印燒銀電極，焊接引出端，最后包封等工序而制成，這樣制成的陶瓷體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可用圖6.1來(lái)說(shuō)明。 氧化鋅壓敏電阻的內(nèi)部可以區(qū)分為ZnO晶粒，和存在在晶粒減的第二相物質(zhì)，即晶界層（或稱粒界層）兩個(gè)部分。 晶粒是充分半導(dǎo)體化了的，電阻率大體在（1-10）Ω-cm，盡可能減小晶粒的體電阻是制造技術(shù)中追求的一個(gè)目標(biāo)。晶粒的平均直徑do（圖6.1）大體在幾個(gè)微米到50微米左右。 ZnO原材料粉體的粒徑在1μm以下，晶粒的粒徑do是在制造燒成中生長(zhǎng)出來(lái)的，燒成溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)得就越大。 晶粒間的第二相物質(zhì)，是由添加劑化合物構(gòu)成的絕緣體，稱為"化學(xué)晶界層"，其厚度為t（圖5.1）現(xiàn)代的研究證明，ZnO 壓敏電阻的"壓敏性"存在在一對(duì)相鄰晶粒的直接接觸處，這里并沒(méi)有第二相物質(zhì)，但有厚度約100埃左右的邊界層，其電學(xué)性能與晶粒內(nèi)部不同，存在著肖脫基勢(shì)壘，勢(shì)壘電壓（Vz）大體在（2～3.5）左右。這-100埃左右的邊界層稱為"電氣晶界層"。 這樣，一對(duì)相互直接接觸的ZnO晶粒期間的一對(duì)肖脫基勢(shì)壘，便相當(dāng)于兩只背靠背連接的穩(wěn)壓二極管，我們稱它為"微壓敏電阻器"或"壓敏單元"。所以壓敏電阻器是由大量壓敏單元串、并聯(lián)構(gòu)成的集合體。壓敏電阻的宏觀性能，是許多壓敏單元性能的統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)。 |
| 6、壓敏電阻的特性與參數(shù) 6．1壓敏電壓UN，和直流參考電流Io 一般電阻器的基本參數(shù)都是電阻值，但壓敏電阻器則用"壓敏電壓（UN）"來(lái)區(qū)分其規(guī)格。壓敏電壓的物理意義是：高于這個(gè)電壓，壓敏電阻器就"導(dǎo)通"了，低于這個(gè)電壓，就進(jìn)入了"截止"狀態(tài)，即壓敏電壓表征"導(dǎo)通"與"截止"的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。但實(shí)際器件的轉(zhuǎn)折不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)間，所以人為地規(guī)定一個(gè)測(cè)量電流，即直流參考電流IO。 以這個(gè)電流通入壓敏電阻器，它兩端的電壓就稱為壓敏電壓（Un）。 通常情況下，IO=1ma，dc 但在材料研究中按電流密度J=1ma/cm2來(lái)確定支流參考電流。壓敏電壓還有其他一些名稱，如：崩潰電壓、擊穿電壓、閥值電壓、直流參考電壓、導(dǎo)通電壓等。 6.2 限制電壓Up，限壓比Rp 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Ix為表7.1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。這里要注意，由于壓敏電阻本身材料的特性，電流的峰值與電壓的峰值，在出現(xiàn)的時(shí)間上可能不重合。 由于不同直徑的電阻片，以大體相同的電流密度來(lái)測(cè)量，這樣一來(lái)，壓敏電阻UN相同而直徑不同的壓敏電阻器，它們的限制電壓Up的指標(biāo)值就可以是相同的了。 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)。 器件的實(shí)際限制電壓應(yīng)低于規(guī)定的指標(biāo)值。限制電壓Up與壓敏電阻UN之比稱為限壓比Rp。 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。有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如IE61643-1，將規(guī)定沖擊電流下，器件兩端測(cè)得的電壓峰值稱作"殘壓"，而把一組殘壓數(shù)據(jù)中的最大值稱作該器件的限制電壓。 |
| 6.3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 |
