压敏电阻原理及应用

“压敏电阻"是中国大陆的名词，英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。压敏电阻器是利用半导体材料的非线性伏安特性而制成的一种电压敏感元件。

压敏电阻标称参数

　　压敏电阻用字母“ＭＹ”表示，如加Ｊ为家用，后面的字母Ｗ、Ｇ、Ｐ、Ｌ、Ｈ、Ｚ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｋ分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压Ｖ１ｍＡ和通流容量两个参数。

　　压敏电阻的测量：　压敏电阻一般并联在电路中使用，当电阻两端的电压发生急剧变化时，电阻短路将电流保险丝熔断，起到保护作用。压敏电阻在电路中，常用于电源过压保护和稳压。测量时将万用表置１０ｋ档，表笔接于电阻两端，万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值，如果超出这个数值很大，则说明压敏电阻已损

　　１、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用１ｍＡ直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从１０－９０００Ｖ不等。可根据具体需要正确选用。一般Ｖ１ｍＡ＝１．５Ｖｐ＝２．２ＶＡＣ，式中，Ｖｐ为电路额定电压的峰值。ＶＡＣ为额定交流电压的有效值。ＺｎＯ压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为２２０Ｖ，则压敏电阻电压值Ｖ１ｍＡ＝１．５Ｖｐ＝１．５××２２０Ｖ＝４７６Ｖ，Ｖ１ｍＡ＝２．２ＶＡＣ＝２．２×２２０Ｖ＝４８４Ｖ，因此压敏电阻的击穿电压可选在４７０－４８０Ｖ之间。

　　２、所谓通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为２５℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过±　１０％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ＺｎＯ压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用２－２０ＫＡ的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。

　　压敏电阻器的应用原理

　　压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对ＩＣ及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的ＩＣ或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护ＩＣ或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。

　　压敏电阻的选用

　　选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在２５℃条件下，当施加最大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过８／２０等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流（８／２０μｓ）波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ｉｐｍ（或最大浪涌电压Ｖｐｍ和浪涌源阻抗Ｚｏ）、浪涌脉冲宽度Ｔｔ、相邻两次浪涌的最小时间间隔Ｔｍ以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数Ｎ等。

应　用

　　电路浪涌和瞬变防护时的电路。对于压敏电阻的应用连接，大致可分为四种类型：

　　第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接，作为压敏电阻器，最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效，而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来，则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。

　　第二种类型为负荷中的连接，它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收，以防止元件受到破坏。一般来说，只要并联在感性负载上就可以了，但根据电流种类和能量大小的不同，可以考虑与Ｒ－Ｃ串联吸收电路合用。

　　第三种类型是接点间的连接，这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生，一般与接点并联接入压敏电阻器即可。

第四种类型主要用于半导体器件的保护连接，这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件，一般采用与保护器件并联的方式，以限制电压低于被保护器件的耐压等级，这对半导体器件是一种有效的保护。

下图图给出了压敏电阻器的伏安特性曲线，可以看出，它是一条对称的非线性曲线当外加电压较低时，流过电阻的电流很小，压敏电阻器呈高阻状态;当外加电压达到或超过压敏电压Uc时，压敏电阻器的阻值急剧下降并迅速导通，其工作电流会增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其他元件不会肉过压而损坏。

压敏电阻器的伏安特性曲线

下图所示的是氧化锌压敏电阻的微观结构，它包括氧化锌(ZnO) 晶粒以及晶粒周围的晶界层。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率很高，相邻两个晶粒之间便形成了一个压敏单元每个单元的击穿电压大约为3.5V 。在压敏电阻器内许许多多的这种单元进行串联和并联便构成了压敏电阻器的基体。串联的单元越多，其击穿的电压就越高;基体的横截面积越大，其通流容量也越大。

氧化锌压敏电阻的微观结构

压敏电阻器在电路中通常并接在被保护电器的输入端，如下图所示。

压敏电阻器组成的保护电路

从图中可以看出，压敏电阻器的阻抗Zv与电路总阻抗(包括浪涌阻抗Zs) 构成了分压器，因此压敏电阻器的限制电压可由下式确定:
Vc = VsZv/(Zs+ Zv)
式中: Vc限制电压;
Vs----浪涌电压;
Zv----压敏电阻器的阻抗，它可以从正常值的几兆欧降到几欧，甚至小于1Ω;
Zs----电路总阻扰。
从上式可见， Zv在瞬间流过很大电流时，瞬间过电压大部分降落在Zs 上，而用电被保护电器得到的电压在其耐压之下，因而能起到保护作用。

压敏电阻器的工作特性曲线

压敏电阻器的工作特性曲线如上图所示，通过它可以更明确看出压敏电阻器对过电压的保护作用。直线段为电路总阻抗Zs 所确定的负载线，曲线是压敏电阻器伏安特性曲线，两者的交点Q 即为保护工作点，它对应的限制电压为儿，它是使用了压敏电阻器后加在用电器具上的工作电压。Vs 为浪涌电压，它已超过了用电器具的耐压值Vl。加入压敏电阻器后，工作电压V小于Vl，有效地保护了用电器具。