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压敏电阻器的工作原理及特性

2009年09月19日 17:04 本站整理 作者:佚名 用户评论(0

压敏电阻器的工作原理及特性

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。

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。

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