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壓敏電阻及應(yīng)用
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壓敏電阻器簡稱壓敏電阻．它是在某一特定的電壓范圍內(nèi)其電導(dǎo)隨電壓的增加而急劇增大的一種敏感元件。由其具有穩(wěn)壓和過電壓保護(hù)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(shè)備及電子器件的“安全衛(wèi)士”或“警衛(wèi)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(dāng)首推氧化鋅壓敏電阻。這種電子陶瓷半導(dǎo)體元件的微觀結(jié)構(gòu)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(dǎo)體性質(zhì)的以氧化鉍為主要成份的晶界層所組成。每個(gè)晶粒與晶界層形成一個(gè)相當(dāng)齊納二極管的PN結(jié)勢壘．構(gòu)成 一個(gè)單元。很明顯，基片內(nèi)串聯(lián)的單元越多．擊穿電壓也就越高；并聯(lián)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(fù)極性的浪涌電壓。在一定的電壓范圍內(nèi)．其阻抗接近于開路狀態(tài)．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(yīng)時(shí)間非常快．一般不大干50 n S：當(dāng)電壓達(dá)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(dá)幾十千安，而且不會(huì)導(dǎo)致電流的上升速率增大．不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流和放電延遲現(xiàn)象。雖然壓敏電阻的瞬時(shí)功率非常大，但平均持續(xù)功率卻很?。什荒荛L時(shí)間工作于導(dǎo)通狀態(tài)。 表示壓敏電阻特性的參數(shù)有數(shù)個(gè)．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(nèi)規(guī)定電流下的電壓降。通常規(guī)定電流為1m A直流，該基準(zhǔn)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(chǎn)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(guī)定的時(shí)間間隔和次數(shù)，在壓敏電阻上施加規(guī)定的波形電流沖擊時(shí)，壓敏電壓參數(shù)變化不超過規(guī)定值的最大峰值電流。目前測試該參數(shù)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(huán)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(biāo)規(guī)定符號和國內(nèi)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 Y口-口口口
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(chǎn)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(wěn)壓、過壓保護(hù)、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、通用;第Ⅲ部分表示以mm作為計(jì)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(biāo)稱壓敏電壓，可以帶計(jì)量單位。當(dāng)不帶計(jì)量單位(V)采用三位數(shù)字表示壓敏電壓時(shí)．若V lmA是兩位數(shù)，后面要加“O”。20則表示82V；如V lmA是三位數(shù)且末位數(shù)是0，如820V，應(yīng)用82l表示；而8200 V則用822表示。例如型號MYGlOK47l表示是過壓保護(hù)用壓敏電阻，瓷片直徑lO m m，允許偏差±lO％．標(biāo)稱電壓是．470 V。由于目前國內(nèi)在該產(chǎn)品的型號組成上尚未達(dá)到完全統(tǒng)一。故選用時(shí)應(yīng)以產(chǎn)品樣本為準(zhǔn)。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(diǎn)： 1．壓敏電壓參數(shù)的選擇。該參數(shù)的選取，要根據(jù)實(shí)際電路和電源情況而定。若壓敏電阻用于過壓保護(hù)，其標(biāo)稱電壓必須高于實(shí)際電路的電壓值。在直流電壓Vdc下，一般取V1mA=(1．5～2．2)Vdc；當(dāng)用于交流電壓Vac(有效值)下時(shí)．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(tài)．以上各式的系數(shù)宜取得小一些；若其長時(shí)間工作于不間斷狀態(tài)，系數(shù)應(yīng)取大一點(diǎn)。V1mA的上限則由被保護(hù)器件或裝置的耐壓所決定。壓敏電阻在吸收過電壓時(shí)的殘壓應(yīng)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(hù)效果，但如果選擇過低，電壓稍一升高壓敏電阻就會(huì)導(dǎo)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(hù)，該參數(shù)的選擇應(yīng)留有充分余量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般用于操作過電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻的通漉容量選擇1 KA～5 KA；如用于防雷浪涌保護(hù)，可選用2 KA～20KA的元件。 3．當(dāng)壓敏電阻串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)確保每只壓敏電阻的通流容量相同，特性相近。串聯(lián)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(lián)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(lián)后的壓敏電壓不變，總通流容量為各個(gè)壓敏電阻的通流容量之和。由于串并聯(lián)的只數(shù)增加往往使-口可靠性降低，故應(yīng)控制串并聯(lián)壓敏電阻的數(shù)量。 4．由于壓敏電阻的固有靜態(tài)電容從幾百到幾千徽微法，在頻率較高時(shí)應(yīng)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(shí)務(wù)必注意要可靠接地。 三、壓敏電阻應(yīng)用實(shí)例 家用電器及各種電子設(shè)備可靠性與安全性要求的日益提高，使壓敏電阻的應(yīng)用也日益廣泛?，F(xiàn)僅就其在過電壓保護(hù)方面的應(yīng)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(hù) 壓敏電阻用于彩色電視機(jī)電源輸入端的電路如圖4。
交流電源一旦因某種因素導(dǎo)致電壓升高或因錯(cuò)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(dǎo)通流過大電流，使F熔斷，從而防止了電源過電壓侵入到機(jī)內(nèi)把電子元器件毀壞。F延時(shí)熔斷后氖泡點(diǎn)亮，發(fā)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(hù)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(cè)就采用了T N R80l 15G 471 K型壓敏電阻，F(xiàn)55錄象機(jī)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(jī)電源過壓保護(hù)的電路如圖5。 圖6示出了新一代高靈敏度漏電保護(hù)器電路。
交流電源一旦出現(xiàn)過電壓，R V立刻導(dǎo)通。零序互感器次級隨即產(chǎn)生感生電流，并通過電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸入到I C放大器。放大后的信號使S C R導(dǎo)通，脫扣器動(dòng)作，在O．1 S內(nèi)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(cè)。象夏普彩電直流電源采用一僅115V～135 V的R I MV型穩(wěn)壓二極管作過壓保護(hù)，該器件在市場上不易買到，在維修時(shí)若采用壓敏電阻取而代之， 非常經(jīng)濟(jì)方便。 (二)電子器件的保護(hù)典型的晶體管過壓保護(hù)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(jī)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(chǎn)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(jīng)R C積分電路進(jìn)一步消除噪聲影響，使I C得到保護(hù)。除此之外，壓敏電阻還可用于功率二極臂，晶閘管和固態(tài)繼電器等電 子器件或組件的保護(hù)。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(hù) 在含有繼電器、接觸器、電磁離合器等感性負(fù)載的電路中，當(dāng)切斷電路瞬間．電漉在負(fù)荷與電源兩側(cè)產(chǎn)生的過電壓可以超過電源電壓的數(shù)十倍，在觸點(diǎn)間產(chǎn)生電弧和火花放電．不僅易損壞觸頭，導(dǎo)致器件擊穿，面且會(huì)使其它系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。將壓敏電阻與繼電器電感線圈或觸點(diǎn)并聯(lián)，如圖9，感性負(fù)載儲(chǔ)存的能量可通過R V泄放吸收。
(四)雷浪涌保護(hù) 直擊雷、感應(yīng)雷或沿電源線進(jìn)入系統(tǒng)的浸入波這種大氣過電壓所產(chǎn)生的電流上升時(shí)間非?？?，持續(xù)時(shí)問僅幾十徽秒．峰值電流達(dá)幾十安到幾百安，對電力等系統(tǒng)的用電設(shè)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(jīng)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(jìn)一步抑制。圖11示出了公用天線電規(guī)(CATV)系統(tǒng)的CA放大器、混合器的過電壓保護(hù)電路示意圖。
壓敏電阻的應(yīng)用實(shí)例繁花似錦．而且正繼續(xù)向一切可能應(yīng)用的領(lǐng)域滲透。 |
