壓力校驗儀的欠壓保護功能壓敏電阻器起了很大作用

壓力校驗儀的欠壓保護功能壓敏電阻器起了很大作用

壓敏電阻器

壓敏電阻器簡稱“vsr",是20世紀70年代開發(fā)出來的一種對電壓變化十分敏感的非線性過電壓保護半導(dǎo)體器件。壓敏電阻器的電阻值會隨著電壓的增加而急劇下降，具有限壓型伏安特性，可廣泛應(yīng)用于抑制和吸收各種電子及電氣電路中存在的過電壓信號。由于普通壓敏電阻器屬于無極性兩端過電壓保護器件，所以無論是應(yīng)用于交流電路還是直流電路，只需將其并聯(lián)在被保護設(shè)備的電源輸入端或相關(guān)元器件的兩端，即可達到各種過電壓保護目的。

壓敏電阻器具有溫度系數(shù)小，電壓范圍寬、抑制過電壓(或耐浪涌電流)能力強、響應(yīng)速度快、壽命長、體積小、價格便宜等優(yōu)點，目前在各種電子、電氣設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。氧化鋅(zno)壓敏電阻器是一種的壓敏電阻器。

結(jié)構(gòu)及特點

常見壓敏電阻器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，它采用典型的半導(dǎo)體陶瓷工藝制作。其核心材料為氧化鋅(或碳化硅、鈦酸鋇等),而氧化鋅的微觀結(jié)構(gòu)中又包括氧化鋅晶粒和晶粒周圍的晶界層。氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層的電阻率卻很高，晶粒與晶界層的接觸面之間形成一個相當(dāng)于齊納二極管的勢壘，構(gòu)成一個壓敏單元。每個單元的擊穿電壓大約為3.5v。在壓敏電阻器內(nèi)許許多多的這種單元進行串聯(lián)和并聯(lián)，便構(gòu)成了壓敏電阻器的基體。串聯(lián)的單元越多，其擊穿電壓就越高；基片的橫截面積越大，相當(dāng)于并聯(lián)的導(dǎo)電路徑越多，其允許通過的電流(通流容量)也越大。壓敏電阻器在工作時，每個壓敏電阻單元都能承擔(dān)浪涌能量，也就是說整個電阻體都能承擔(dān)能量，這不像半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管(齊納二極管)那樣只是結(jié)區(qū)承受電功率，這就是壓敏電阻器為什么比半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管能承受大得多的通過電流，并且吸收能量的原因。

壓敏電阻器的伏安特性曲線如圖所示。我們知道，普通電阻器兩端接上電壓時，流過電阻器的電流與所加電壓的關(guān)系成正比(即遵從歐姆定律),其伏安特性呈線性。但壓敏電阻器截然不同，它的伏安特性不遵從歐姆定律，而是呈特殊的非線性關(guān)系。當(dāng)壓敏電阻器兩端所加電壓在標(biāo)稱電壓(臨界數(shù)值)以內(nèi)時，其電阻值幾乎為無窮大，僅有微安級(≤50μa)的電流通過，器件處于高電阻狀態(tài)；而當(dāng)其兩端的電壓超過標(biāo)稱電壓后，一個小的電壓增量會引起一個大的電流增加，此時電阻值急劇下降，器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，其工作電流可猛增至數(shù)十至上千安培(a),而反應(yīng)時間僅為納秒(ns)或毫秒(ms)級。只要壓敏電阻器的工作狀態(tài)不超過極限值，則在其兩端電壓回落至標(biāo)稱電壓值以下時，它的電阻值又會恢復(fù)到接近無窮大。

圖壓敏電阻器的基本結(jié)構(gòu)圖壓敏電阻器的伏安特性曲線

壓敏電阻器在國外又被稱為“斬波器"、“限幅器"等，我國中國臺灣地區(qū)還被稱為“突波吸收器",這是從其實際用途得名的。利用壓敏電阻器的限壓特性，可以限制被保護電路自身或外部侵入的異常沖擊電壓，并可抑制浪涌電流，以保護電路中的元器件不被損壞。例如，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)疊加有過電壓脈沖時，若接上合適的壓敏電阻器，則過電壓峰值波形將會被削平，并被限制在一定的幅度內(nèi)。又如，在電話機進線的兩端并接上合適的壓敏電阻器，可起到瞬態(tài)過電壓保護作用，能夠有效防止雷電等對電話機造成的損害。與其他過壓保護器件相比，壓敏電阻器具有抑制過電壓能力強、響應(yīng)速率快、漏電流小等優(yōu)點，而且其體積小、可靠性高、價格低廉，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子、電氣電路中，作為過電壓保護、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(dǎo)體元器件等使用。

外形和種類

常見壓敏電阻器外形比較單一，如按安裝方式不同區(qū)分，可分為圖所示的插接式和貼片式兩大類。大多數(shù)插接式壓敏電阻器的外形與高壓圓片形瓷介電容器的外形非常相似，區(qū)別在于壓敏電阻器的扁圓片往往顯得稍厚一些。

圖常用壓敏電阻器實物外形

壓敏電阻器的種類很多，按其結(jié)構(gòu)不同可分為：體型壓敏電阻器(其伏安特性的非線性主要是由電阻體本身的半導(dǎo)體性質(zhì)形成)、結(jié)型壓敏電阻器(其非線性主要由電阻體與金屬電極間的非歐姆接觸形成)、膜狀壓敏電阻器等。按其材料來分類，可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器等。按其伏安特性可分為無極性(對稱型)和有極性(非對稱型)壓敏電阻器。

常用的壓敏電阻器幾乎全是氧化鋅體型壓敏電阻器，它是一種具有電壓電流對稱特性的無極性壓敏電阻器。這種產(chǎn)品主要用來保護各種電子產(chǎn)品或組件免于受開關(guān)或雷擊誘發(fā)所產(chǎn)生的“突波"影響，其非線性指數(shù)的特性與用途的多樣性，以及可以廉價批量生產(chǎn)等優(yōu)點，使其得到廣泛應(yīng)用。

主要參數(shù)

壓敏電阻器的參數(shù)有標(biāo)稱電壓、通流容量、允許誤差、漏電流、殘壓比、電壓比、電壓(電流)溫度系數(shù)、電壓非線性系數(shù)、靜態(tài)電容量、額定功率等多種，業(yè)余制作或維修時只需要掌握以下3項參數(shù)即可。

①標(biāo)稱電壓(uima)。也稱壓敏電壓、擊穿電壓或閾值電壓，它是指壓敏電阻器通過1ma直流電流時，在其兩端所施加的電壓值。常用uma表示，其單位是伏特(v)。當(dāng)加到壓敏電阻器兩端的電壓超過標(biāo)稱電壓時，壓敏電阻器的阻值將會急劇減小。

②通流容量。也稱通流量，是指在規(guī)定的條件(以規(guī)定的時間間隔和次數(shù)，施加標(biāo)準(zhǔn)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。實際使用時，要求短時間(幾微秒至幾毫秒)內(nèi)流過壓敏電阻器的最大脈沖(峰值)電流不得超過通流容量。

③漏電流。也稱等待電流，是指在壓敏電阻器兩端加有75%標(biāo)稱電壓時，通過壓敏電阻器的直流電流。壓敏電阻器的漏電流通常小于50μa。該值實際上反映了壓敏電阻器在接入電路后，平時所消耗的功率大小。很顯然，漏電流越小越好。

型號命名

國產(chǎn)壓敏電阻器的型號命名遵循了敏感電阻器(包括光敏電阻器、熱敏電阻器、濕敏電阻器、氣敏電阻器、力敏電阻器、磁敏電阻器等)的統(tǒng)一命名規(guī)則，其型號一般由4部分組成，格式和含義如圖所示。第1部分用漢語拼音字母“m"表示“敏感電阻器"。第2部分用漢語拼音字母“y"表示“壓敏電阻器"。第3部分用漢語拼音字母表示用途或特征，如“l(fā)"表示防雷用、“h"表示滅弧用、“e"表示消噪用、“b"表示補償用、“c"表示消磁用、“g"表示高壓保護用、“m"表示防靜電用、“w"表示穩(wěn)壓用、“k"表示高可靠型、“n"表示高能型、“p"表示高頻型、“t"表示特殊型、“z"表示組合型等。注意有些通用型產(chǎn)品省略了該部分字母。第4部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示產(chǎn)品序號，有的在序號的后面還標(biāo)有標(biāo)稱電壓、通流容量、尺寸(如扁圓片電阻體的直徑)、電壓誤差(用字母表示)等。例如：myl1-1型表示防雷用壓敏電阻器，其序號為1-1;my31-270/3型表示標(biāo)稱電壓為270v、通流容量為3ka的普通壓敏電阻器，其序號為31。

表給出了一些常用國產(chǎn)壓敏電阻器的型號及性能參數(shù)，僅供參考。

圖國產(chǎn)壓敏電阻器的命名規(guī)

常用國產(chǎn)壓敏電阻器的性能參數(shù)

產(chǎn)品標(biāo)識

常用壓敏電阻器作為一種兩端、無極性過壓保護器件，其體積越大(扁圓片型產(chǎn)品直徑越大),通流容量也就越大。對于不知道通流容量大小的壓敏電阻器，通過對比體積大小，并參照表的相關(guān)參數(shù)，可以判斷出通流容量的大小。

通常，壓敏電阻器的外殼上都直接標(biāo)出型號(包括后綴的規(guī)格),如圖(a)所示。

由于常見壓敏電阻器的體積相對于一般的阻容元器件來說都比較大，所以有的產(chǎn)品在其殼體上標(biāo)出型號的同時，還像圖(b)所示的那樣，在型號后面單獨標(biāo)出它的重要參數(shù)——標(biāo)稱電壓和通流容量等。實際中，還有許多通用型壓敏電阻器都不標(biāo)出型號，而只標(biāo)出產(chǎn)品尺寸、標(biāo)稱電壓及其誤差等參數(shù)，如圖(c)所示。注意，圖中“361k"的含義為：“361"表示標(biāo)稱電壓為36×10'=360v, “k"表示誤差為±10%(如果是字母“l(fā)",則誤差為±15%)。若標(biāo)注為“360",則表示標(biāo)稱電壓為36×10?=36v。

還有一些體積比較小的壓敏電阻器，只標(biāo)出標(biāo)稱電壓，如圖(d)所示。

圖常用壓敏電阻器的標(biāo)注方法

電路符號

壓敏電阻器的符號如圖左邊所示，其圖形符號是以普通電阻器符號為基礎(chǔ)，增加了一條斜線，并在斜線一端標(biāo)出斜體字母“u",以明確表示這是一只電阻值與電壓相關(guān)的壓敏電阻器。當(dāng)同一個電路圖中出現(xiàn)多個壓敏電阻器時，可按習(xí)慣在文字符號“rv"(或r)后面加上數(shù)字編號，以示區(qū)別。在一些進口電器(主要是日本產(chǎn)品)的圖紙中，壓敏電阻器常采用圖右邊所示的符號。

圖壓敏電阻器的符號