壓敏電阻電壓相關(guān)電阻簡介

壓敏電阻是可變電阻器的組合。它是一種無源非線性兩端固態(tài)半導(dǎo)體器件。

壓敏電阻為電氣和電子電路提供過壓保護(hù)，而斷路器或保險(xiǎn)絲則為電路提供過電流保護(hù)。壓敏電阻通過類似于齊納二極管的電壓鉗位方法提供保護(hù)。

盡管壓敏電阻的名稱來源于可變電阻器，但壓敏電阻中的電阻不能手動改變，這與電位計(jì)或變阻器不同，電阻可以在最大值和最小值之間手動變化。

壓敏電阻的電阻根據(jù)施加在其上的電壓而變化。壓敏電阻兩端電壓的變化將導(dǎo)致其電阻的變化，使其成為電壓相關(guān)的器件。因此，壓敏電阻也稱為電壓相關(guān)電阻（VDR）。

壓敏電阻的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)符號如下所示。

IEEE壓敏電阻標(biāo)準(zhǔn)符號

壓敏電阻的IEC標(biāo)準(zhǔn)符號

一般來說，壓敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的。壓敏電阻的電壓和電流特性本質(zhì)上是非線性的。此外，壓敏電阻的電壓和電流特性適用于直流和交流電源。

從物理上講，壓敏電阻在許多方面看起來像電容器。由于相似性，壓敏電阻經(jīng)常與電容器混淆。然而，在應(yīng)用方面，電容器無法像壓敏電阻那樣防止電壓浪涌。

任何電路意外的高壓浪涌結(jié)果都可能是災(zāi)難性的。因此，使用壓敏電阻保護(hù)精密和敏感的電氣或電子電路免受高壓浪涌和開關(guān)尖峰的影響非常重要。

壓敏電阻的電阻

盡管壓敏電阻的目的是提供電阻，但壓敏電阻的操作與電位計(jì)或變阻器不同。在正常工作條件下，壓敏電阻的電阻非常高。

壓敏電阻的功能類似于齊納二極管，它允許較低閾值的電壓不受影響地通過。

壓敏電阻的功能可改變 高工作電壓 。當(dāng)施加在壓敏電阻上的電壓大于其額定值時(shí)，壓敏電阻的有效電阻 急劇下降 ，并隨著施加到其上的電壓的增加而繼續(xù)降低。

壓敏電阻相對于其施加電壓的靜態(tài)電阻曲線如下所示。

V-I 特性

根據(jù)歐姆定律，假設(shè)電阻器的值保持不變，電阻器的電流-電壓特性曲線是一條直線。在這種情況過電阻器的電流與施加在電阻兩端的電壓成正比。

對于壓敏電阻，電流-電壓特性曲線不是一條直線。這是因?yàn)閴好綦娮璧漠惓ｋ娮栊袨?。對于壓敏電阻，施加在其上的電壓的微小變化將?dǎo)致流過它的電流發(fā)生足夠大的變化。

壓敏電阻的電流電壓特性曲線如下圖所示。

從上圖所示的電流-電壓特性曲線可以清楚地看出，壓敏電阻具有雙向?qū)ΨQ特性。這意味著壓敏電阻可以在正弦波的任何方向或極性上工作或工作。壓敏電阻的這種功能類似于背靠背連接的齊納二極管。

壓敏電阻的電流-電壓特性曲線顯示了壓敏電阻不導(dǎo)通時(shí)電流與電壓之間的線性關(guān)系。這是因?yàn)榱鬟^壓敏電阻的電流將保持不變，并且該值非常低。

這是壓敏電阻中的漏電流，該電流的值約為幾毫安。其原因是壓敏電阻的高電阻。這個(gè)小電流將保持恒定，直到施加在壓敏電阻兩端的電壓達(dá)到壓敏電阻的額定電壓。

壓敏電阻的額定電壓也稱為鉗位電壓。壓敏電阻的額定電壓是用1mA的指定直流電流測量的兩端電壓。這進(jìn)一步可以解釋為施加在壓敏電阻端子上的直流電壓，允許1毫安的電流流過壓敏電阻。

流過壓敏電阻主體的電流取決于用于制造壓敏電阻的材料。在此額定電壓水平下，壓敏電阻的功能開始發(fā)生變化。

在額定電壓之前，壓敏電阻充當(dāng)絕緣體。當(dāng)壓敏電阻的施加電壓達(dá)到其額定電壓是，壓敏電阻的行為將從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)施加在壓敏電阻上的瞬態(tài)電壓大于或等于壓敏電阻的額定電壓是，壓敏電阻的電阻變得非常小。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料中一種稱為雪崩擊穿的現(xiàn)象。

雪崩擊穿是電流倍增的一種形式，它允許以前充當(dāng)絕緣體的材料中的大電流。由于這種情況，流過壓敏電阻的小電流，即漏電流將迅速上升。

即使流過壓敏電阻的電流上升，壓敏電阻兩端的電壓也限制在接近壓敏電阻額定電壓的值。這意味著壓敏電阻通過或允許更多電流流過壓敏電阻，充當(dāng)施加在其兩端的瞬態(tài)電壓的自調(diào)節(jié)器。

因此，在越過壓敏電阻的額定電壓后，電流-電壓曲線變?yōu)槎盖偷姆蔷€性曲線。由于這一特性，壓敏電阻可以通過削波任何電壓尖峰，在非常窄的電壓范圍內(nèi)傳遞廣泛變化的電流。

壓敏電阻中的電容

當(dāng)壓敏電阻兩端施加的電壓小于額定電壓或鉗位電壓時(shí)，壓敏電阻充當(dāng)電容器而不是電阻器。得出這一結(jié)論的原因是壓敏電阻的主導(dǎo)電區(qū)域作為壓敏電阻兩個(gè)端子之間的電解質(zhì)的行為。

兩個(gè)端子和電解質(zhì)形成一個(gè)電容器。在電壓達(dá)到鉗位電壓之前，這是有效的。每個(gè)由半導(dǎo)體材料組成的壓敏電阻都有一個(gè)電容值。該值取決于壓敏電阻的面積，并且與其厚度成反比。

壓敏電阻的電容行為在直流和交流電路中是不同的。在直流電路中，當(dāng)施加的電壓低于壓敏電阻的額定電壓時(shí)，存在壓敏電阻的靜電容量，當(dāng)施加的電壓接近額定電壓時(shí)，靜電容量會突然減小。

當(dāng)在交流電路中使用壓敏電阻時(shí)，頻率起著重要作用。在交流電路中，當(dāng)壓敏電阻在其非導(dǎo)電漏電區(qū)域工作時(shí)，壓敏電阻的電容會影響其體電阻。

壓敏電阻通常并聯(lián)到電氣或電子設(shè)備，以保護(hù)它們免受過電壓的影響。

因此，壓敏電阻的漏電阻隨著頻率的增加而下降。頻率與由此產(chǎn)生的并聯(lián)電阻之間的關(guān)系近似線性。交流電抗XC可以使用公式計(jì)算

XC = 1 / （2 ×π × f×C） = 1/（2 πfC）

這里C是電容，f是頻率。

因此，隨著頻率的增加，漏電流也會增加。

金屬氧化物壓敏電阻 （MOV）

為了克服碳化硅壓敏電阻等半導(dǎo)體壓敏電阻的局限性，開發(fā)了金屬氧化物壓敏電阻（MOV）。金屬氧化物壓敏電阻是一種電壓相關(guān)電阻器。它也是一種非線性器件，可提供非常好的瞬態(tài)電壓浪涌保護(hù)。

金屬氧化物壓敏電阻中的電阻材料主要由壓成陶瓷塊的氧化鋅晶粒組成。該混合物由90%的氧化鋅顆粒組成，另外10%由鈷，鉍和錳等其他金屬氧化物制成。

這種混合物夾在兩個(gè)電極（金屬板）之間。填充材料充當(dāng)氧化鋅顆粒的粘合劑，使組件在兩塊金屬板之間保持完整。金屬氧化物壓敏電阻的連接引線是徑向引線。

金屬氧化物壓敏電阻是最常用的元件，用作電壓鉗位器件，以保護(hù)小型或重型器件免受瞬態(tài)電壓浪涌的影響。由于在其結(jié)構(gòu)中使用了金屬氧化物，因此吸收短電壓瞬變的能力和能量處理能力非常高。

金屬氧化物壓敏電阻和碳化硅壓敏電阻的操作非常相似。金屬氧化物壓敏電阻在額定電壓下開始導(dǎo)通電流，如果施加的電壓低于閾值，則停止導(dǎo)通。

碳化硅壓敏電阻和金屬氧化物壓敏電阻的主要區(qū)別在于漏電流量。在正常工作條件下，MOV中的漏電流非常小。

漏電流較小的原因可以解釋如下。在金屬氧化物壓敏電阻中，兩個(gè)緊鄰的鋅晶粒將在其邊界之間形成二極管結(jié)。

因此，金屬氧化物壓敏電阻可以被認(rèn)為是大量并聯(lián)二極管的集合。因此，當(dāng)電極之間施加微小電壓時(shí)，二極管結(jié)上出現(xiàn)的反向漏電流非常小。

當(dāng)施加的電壓增加并達(dá)到鉗位電壓時(shí)，二極管結(jié)會因雪崩擊穿和電子隧穿而斷裂，并允許巨大的電流通過它。金屬氧化物壓敏電阻具有高水平的非線性電流電壓特性。

壓敏電阻可以承受的最大浪涌電流取決于瞬態(tài)脈沖的寬度和脈沖重復(fù)次數(shù)。瞬態(tài)脈沖的典型寬度在 20 微秒到 50 微秒之間。

如果額定峰值脈沖電流不足，則有可能過熱。因此，為了避免電路過熱，快速耗散從瞬態(tài)脈沖吸收的能量非常重要。

高壓浪涌保護(hù)

無論電源是交流還是直流，無論電源如何，瞬態(tài)電壓浪涌都來自許多電源和電路。這是因?yàn)樗沧兪窃陔娐分挟a(chǎn)生的，或者從外部源傳輸?shù)诫娐分小?/p>

電路內(nèi)產(chǎn)生的瞬變會迅速增加，并可能導(dǎo)致電壓增加到幾千伏。這些電壓尖峰可能會給敏感的電氣或電子設(shè)備帶來嚴(yán)重的問題，因此必須防止它們出現(xiàn)。

電壓瞬變的一些常見來源如下：

• 電感電路中引起的電壓效應(yīng)L di / dt（Ldi/dt）。這種效應(yīng)是由于變壓器中電感線圈的切換和磁化電流造成的。
• 電源浪涌。
• 直流電機(jī)開關(guān)。

壓敏電阻連接在電源兩端，以避免電壓瞬變。這種連接可以是相位和零線之間的連接，也可以在交流電源的情況下在相位和相位之間連接。

在直流電源的情況下，壓敏電阻連接在正負(fù)端子之間的電源上。在直流電子電路中，壓敏電阻可用于電壓穩(wěn)定，以防止過電壓脈沖。

壓敏電阻規(guī)格

以下是典型壓敏電阻的規(guī)格。

最大工作電壓： 它是可以在指定溫度下連續(xù)施加的峰值穩(wěn)態(tài)直流電壓或正弦均方根電壓。

壓敏電阻電壓： 它是施加指定直流測量電流的壓敏電阻端子之間的電壓。

鉗位電壓： 它是壓敏電阻端子之間的電壓，施加指定的脈沖電流以獲得峰值電壓。

浪涌電流： 流過壓敏電阻的最大電流。

最大能量： 施加瞬態(tài)脈沖時(shí)耗散的最大能量。

浪涌移位： 給予浪涌電流后的電壓變化。

電容 ：當(dāng)電壓小于壓敏電阻電壓時(shí)測量。

漏電流： 壓敏電阻處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)流過壓敏電阻的電流。

響應(yīng)時(shí)間： 施加額定電壓和從非導(dǎo)通狀態(tài)過渡到導(dǎo)通狀態(tài)之間的時(shí)間。

壓敏電阻應(yīng)用

壓敏電阻幾乎用于所有重型電路到小型電子設(shè)計(jì)。壓敏電阻為交流和直流電路提供高壓浪涌保護(hù)。

一些應(yīng)用程序是

• 保護(hù)電路免受過電壓的影響。以下電路顯示了金屬氧化物壓敏電阻的連接，以提供單相線到線保護(hù)。

以下電路類似，只是它還提供線路對地保護(hù)。

• In 電子電路中，這些器件對電壓變化非常敏感。因此使用壓敏電阻。以下電路顯示了保護(hù)晶體管的典型壓敏電阻。

• To 為交流或直流電機(jī)提供電涌保護(hù)。

壓敏電阻限制

當(dāng)壓敏電阻用于瞬態(tài)電壓浪涌抑制器時(shí)，它可能無法為器件提供電源保護(hù)。這是因?yàn)樵谶@種情況下壓敏電阻的存在會導(dǎo)致設(shè)備和設(shè)備本身出現(xiàn)問題。

壓敏電阻無法提供以下保護(hù)

1. 器件啟動期間的電流浪涌
2. 短路電流。
3. 從電壓驟降或掉電。