Varistor-Voltage敏感电阻

简介

压敏电阻器是可变电阻器的组合。它是一种无源非线性二端固态半导体器件。

压敏电阻提供过电压保护用于电气和电子电路，与断路器或保险丝相比，断路器或保险丝对电路提供过流保护。压敏电阻器采用类似于电阻器的电压箝位方式提供保护齐纳二极管．

尽管压敏电阻器的名称来源于可变电阻器，但压敏电阻器中的电阻不能手动改变，不像电位器或变阻器，电阻可以在其最大和最小值之间手动改变。

压敏电阻器的电阻随施加到它的电压而变化。压敏电阻器上电压的变化将导致其电阻的变化，使其成为电压相关器件。因此压敏电阻器也被称为电压相关电阻(VDR)．

压敏电阻器的两个标准符号如下所示。

IEEE压敏电阻器的标准符号

IEC压敏电阻器的标准符号

一般来说，压敏电阻器是由半导体材料制成的。压敏电阻器的电压和电流特性本质上是非线性的。此外，压敏电阻器的电压和电流特性也适用于直流和交流电源。

物理上，压敏电阻看起来像电容器在许多方面。由于相似之处，压敏电阻经常被混淆为电容。然而，在应用方面，电容器不能像压敏电阻器那样防止电压激增。

意外高压浪涌对任何电路造成的后果都可能是灾难性的。因此，使用压敏电阻来保护精密和敏感的电气或电子电路免受高压浪涌和开关尖峰的影响是非常重要的。

压敏电阻的电阻

尽管压敏电阻器的目的是提供电阻，但压敏电阻器的操作不同于电位器或变阻器。在正常工作条件下，压敏电阻器的电阻是很高的。

压敏电阻的功能类似于齐纳二极管，它允许较低阈值电压不受影响地通过。

压敏电阻器的功能改变T高工作电压当加在压敏电阻器上的电压大于其额定值时，压敏电阻器的有效电阻瀑布大大随着施加给它的电压的增加，它会继续减小。

压敏电阻器的静态电阻相对于施加电压的曲线如下所示。

vi特点

根据欧姆定律，假设电阻器的值不变，则电阻器的电流-电压特性曲线为一条直线。在这种情况下，流过电阻的电流与施加在电阻两端的电压成正比。

对于压敏电阻器，其电流-电压特性曲线不是直线。这是因为压敏电阻器的异常电阻特性。对于压敏电阻器来说，施加在它上的电压的微小变化会引起流过它的电流的足够大的变化。

压敏电阻的电流电压特性曲线如下图所示。

从上面所示的电流-电压特性曲线可以看出，压敏电阻具有双向对称特性。这意味着压敏电阻可以在正弦波的任一方向或极性上工作或起作用。压敏电阻的这种功能类似于背对背连接的齐纳二极管。

压敏电阻器的电流-电压特性曲线显示线性关系当压敏电阻在电流和电压之间时没有进行．这是因为流过压敏电阻器的电流会保持恒定且数值很低。

这是压敏电阻器中的泄漏电流，这个电流的值大约是几毫安。其原因是压敏电阻的高电阻。这个小电流将保持恒定，直到施加在压敏电阻上的电压达到压敏电阻的额定电压。

压敏电阻器的额定电压也称为箝位电压。压敏电阻器的额定电压是用规定的1mA直流电流测量的压敏电阻器上的电压。这也可以解释为施加在压敏电阻器两端的直流电压，使1毫安的电流通过压敏电阻器。

通过压敏电阻器体的电流取决于压敏电阻器所用的材料。在这个额定电压水平，压敏电阻器的功能开始改变。

在达到额定电压之前，压敏电阻器充当绝缘体。当压敏电阻器的施加电压达到额定电压时，压敏电阻器的性能由绝缘状态变为导电状态。

当施加在压敏电阻器上的瞬态电压大于或等于压敏电阻器的额定电压时，压敏电阻器的电阻变得非常小。这是因为半导体材料中有一种被称为雪崩击穿的现象。

雪崩击穿是电流倍增的一种形式，它使原先作为绝缘体的材料产生大电流。由于这种情况下流过压敏电阻的小电流，即泄漏电流会迅速上升。

即使流过压敏电阻器的电流上升，通过压敏电阻器的电压也被限制在一个接近压敏电阻器额定电压的值。这意味着压敏电阻器通过或允许更多的电流流过压敏电阻器，作为施加在它上面的瞬态电压的自我调节器。

因此，在越过压敏电阻的额定电压后，电流-电压曲线变成陡峭的非线性曲线。由于这一特性，压敏电阻可以通过截断任何尖峰电压，使大范围变化的电流通过非常窄的电压范围。

在压敏电阻电容

当压敏电阻器上的施加电压小于额定电压或箝位电压时，压敏电阻器充当电容器而不是电阻。这一结论的原因是压敏电阻的主要导电区域的行为作为电介质之间的两个端子的压敏电阻。

两个端子和介质组成电容器。这是有效的，直到电压达到箝位电压。每一个由半导体材料组成的压敏电阻器都有一个电容值。这个值取决于压敏电阻的面积，并与其厚度成反比。

在直流和交流电路中，压敏电阻器的电容行为是不同的。在直流电路中，当施加电压低于压敏电阻器的额定电压时，压敏电阻器的电容存在，当施加电压接近额定电压时，压敏电阻器的电容突然下降。

当压敏电阻在交流电路中使用时，频率起着重要的作用。在交流电路中，当压敏电阻器工作在其非导电漏电区域时，压敏电阻器的电容会影响其本体电阻。

压敏电阻通常与电气或电子设备并联，以保护它们不受过电压的影响。

因此，压敏电阻的泄漏电阻随着频率的增加而下降。频率与所得到的并联电阻之间近似成线性关系。交流电抗XC可以用该公式计算

XC = 1/(2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)

这里C是电容，f是频率。

因此，随着频率的增加，漏电流也会增加。

金属氧化物压敏电阻器(MOV)

为了克服碳化硅压敏电阻器等半导体压敏电阻器的局限性，开发了金属氧化物压敏电阻器(MOV)。金属氧化物压敏电阻是一种电压相关电阻。它也是一种非线性装置，提供了很好的瞬态电压防雷。

金属氧化物压敏电阻器中的电阻材料主要由被压成陶瓷块的氧化锌晶粒组成。混合物由90%的氧化锌颗粒组成，其余10%由钴、铋和锰等其他金属氧化物组成。

这种混合物夹在两个电极(金属板)之间。所述填充材料作为氧化锌颗粒的结合剂，使组件保持在两块金属板之间的完整。金属氧化物压敏电阻的连接引线为径向引线。

金属氧化物压敏电阻是最常用的元件，用于电压箝位装置，以保护小型或重型设备免受瞬态电压浪涌的影响。由于在其结构中使用了金属氧化物，吸收短电压瞬态的能力和能量处理能力是非常高的。

金属氧化物压敏电阻器和碳化硅压敏电阻器的工作原理非常相似。金属氧化物压敏电阻在额定电压下开始导电电流，如果施加的电压低于阈值，则停止导电。

碳化硅压敏电阻器和金属氧化物压敏电阻器的主要区别是泄漏电流的大小。在正常工作条件下，MOV的漏电流非常小。

漏电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻中，两个相邻的锌晶粒将在它们的边界之间形成二极管结。

因此，金属氧化物压敏电阻可以被认为是并联连接的大量二极管的集合。正因为如此，当电极之间施加微小的电压时，出现在二极管结上的反向漏电流非常小。

当施加的电压增加并达到箝位电压时，二极管结因雪崩击穿和电子隧穿而断裂，并允许巨大的电流通过。金属氧化物压敏电阻具有高水平的非线性电流电压特性。

压敏电阻所能承受的最大浪涌电流取决于瞬态脉冲宽度和脉冲重复次数。典型的瞬态脉冲宽度在20微秒到50微秒之间。

如果额定脉冲峰值电流不足，有过热的机会。因此，为了避免电路过热，迅速消耗从瞬态脉冲中吸收的能量是很重要的。

高压防雷

无论电源是交流还是直流，瞬态电压浪涌都来自于许多电源和电路，无论电源是什么。这是因为瞬态是在电路中产生的，或从外部源传输到电路中。

电路中产生的瞬态电流会迅速增加，并可能导致电压增加到几千伏特。这些电压尖峰可能会对敏感的电气或电子设备造成严重的问题，因此必须防止它们出现。

电压瞬变的一些常见来源如下:

• 电感电路中产生的电压效应Ldi/dt (Ldi/dt)。这种效应是由于电感线圈的开关和变压器中的磁化电流。
• 电力供应激增。
• 直流电机切换。

压敏电阻器跨接在主电源上以避免电压瞬变。这种连接既可以在相和中性之间，也可以在交流电源的相和相之间。

在直流供电的情况下，压敏电阻跨电源连接在正负端子之间。在直流电子电路中，压敏电阻器可用于稳压，防止过电压脉冲。

压敏电阻的规格

以下是典型压敏电阻器的规格。

最大工作电压:它是在特定温度下连续施加的稳态峰值直流电压或正弦有效值电压。

压敏电阻电压:它是在指定的直流测量电流作用下压敏电阻器两端之间的电压。

钳位电压:它是压敏电阻端子间的电压，在给定的冲击电流作用下获得峰值电压。

冲击电流:流过压敏电阻的最大电流。

最大的能源:施加瞬态脉冲时耗散的最大能量。

飙升的转变:施加浪涌电流后电压的变化。

电容:当电压小于压敏电阻电压时测量。

泄漏电流:电阻器处于不导电状态时流过电阻器的电流。

响应时间:施加额定电压到从非导电状态过渡到导电状态之间的时间。

压敏电阻的应用程序

压敏电阻器几乎用于所有重型电路到小型电子设计。压敏电阻为交流和直流电路提供高压浪涌保护。

有些应用是

1. 保护电路不受过电压影响。下面的电路显示了金属氧化物压敏电阻的连接，以提供单相线路到线路保护。

下面的电路是类似的，除了它也提供线路到地保护。

2.在电子电路中，器件对电压的变化非常敏感。因此使用压敏电阻器。下面的电路是一个典型的压敏电阻保护晶体管。

3.为交流或直流电机提供浪涌保护。

压敏电阻的限制

当压敏电阻用于瞬态电压冲击抑制器时，它可能不能为设备提供电源保护。这是因为在这种情况下，压敏电阻的存在会给设备和设备本身带来问题。

压敏电阻器不能提供以下保护

1. 设备启动时的电流激增
2. 短路电流。
3. 从电压下降或停电。