压敏电阻工作原理、选型及其应用

压敏电阻的主要特点是工作电压范围宽（6～3000V，分若干档），对过压脉冲响应快（纳秒级），耐冲击电流的能力强（100～2000A），漏电流小（微安级），电阻温度系数小，性优价廉，体积小，是一种理想的保护元件，可以构成过压保护电路、消噪电路、消火花电路、吸收回路。在供电网络叠加有过电压脉冲时，接压敏电阻后，过电压峰值波形削平，限制在一定的幅度内。在开启或关闭带有感性、容性的负载电路时，直流波形出现开关尖脉冲，压敏电阻在电路中能吸收这种反电功势，从而有效的保护开关电路不受损害。

常用的压敏电阻有碳化硅压敏电阻和氧化锌压敏电阻，其中氧化锌压敏电阻应用更为广泛，它是以氧化锌为主要原料，添加多种微量金属氧化物，经混合成型、烧结装配而成的一种新型理想的过压保护器件，它的导电值随施加电压的改变而呈非线性变化，人们称它为压敏电阻或浪涌吸收器。

标称电压或压敏电压U1mA：在直流电压条件下，压敏电阻流过规定的电流时，压敏电阻的端电压称为压敏电阻的压敏电压。

测试电流I1mA：与压敏电压相对应的电流称为测试电流，通常测试电流规定为直流1mA。

电压比：压敏电阻流过规定大小的电流时产生的直流压降与压敏电压的比值称为电压比。

电压变化率：压敏电阻在冲击试验前后，压敏电压相对变化的百分比称为电压变化率。公式如下：

电压变化率=(U1-U2)*100%

漏电流（μA）：当元件两端电压等于规定电流下两端电压的75%时，压敏电阻上所通过的直流电流称为漏电流。

额定功率P：在规定的环境温度下压敏电阻的负荷功率称为额定功率。

压敏电阻不是一般意义上的电阻。它是由用绝缘膜隔离金属氧化物（如氧化锌）颗粒构成的，国外称为MOV（Metal Oxide Varistor），在低电压下具有很大电阻,很小的漏电流；当加高电压时，压敏电阻中绝缘膜变成导体，电压稍微增加，电流急剧增大，类似于稳压管击穿特性，可以承受很大的瞬时功率。

放电管（Gas Tube）是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地。其主要特点是：放电电流大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥109Ω），击穿电压分散性较大（±20%），反应速度较慢（最快为0.1～0.2μs）。按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。

工作原理：

气体放电管由封装在充满惰性气体的陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离，中间所充的气体主要是氖或氩, 并保持一定压力,电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可以保持在一个确定的误差范围内。当其两端电压低于放电电压时，气体放电管是一个绝缘体(电阻Rohm>100MΩ)。当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗, 使其两端电压迅速降低，大约降几十伏。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10-6秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流。

特性曲线：

Vs导通电压，Vg辉光电压，Vf弧光电压，Va熄弧电压

特点：

优点：①击穿（导通）前相当于开路，电阻很大，没有漏电流或漏电流很小；②击穿（导通）后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小；③脉冲通流容量（峰值电流）很大；2.5kA~100kA；④具有双向对称特性。⑤电容值很小，小于3pF。

缺点：①由于气体电离需要一定的时间，所以响应速度较慢，反应时间一般为0.2～0.3μs(200～300ns)，最快也有0.1μs(100ns)左右，在它未导通前，会有一个幅度较大的尖脉冲漏过去，而起不到保护作用。②击穿电压一致性较差，分散性较大，一般为±20%。③击穿电压只有几个特定值。

选型及其应用：

①在快速脉冲冲击下，陶瓷气体放电管气体电离需要一定的时间（一般为0.2～0.3μs，最快的也有0.1μs左右），因而有一个幅度较高的尖脉冲会泄漏到后面去。若要抑制这个尖脉冲，有以下几种方法：a、在放电管上并联电容器或压敏电阻；b、在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线，使尖脉冲衰减到较低的电平；c、采用两级保护电路，以放电管作为第一级，以TVS管或半导体过压保护器作为第二级，两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。

②直流击穿电压Vsdc的选择：直流击穿电压Vsdc的最小值应大于可能出现的最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍以上。

③冲击放电电流的选择：要根据线路上可能出现的最大浪涌电流或需要防护的最大浪涌电流选择。放电管冲击放电电流应按标称冲击放电电流（或单次冲击放电电流的一半）来计算

④陶瓷气体放电管因击穿电压误差较大，一般不作并联使用。

⑤续流问题：为了使放电管在冲击击穿后能正常熄弧，在有可能出现续流的地方（如有源电路中），可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流，使它小于放电管的维持电流。

压敏电阻和气体放电管是两种常见的电路保护元件：

1、气体放电管只能放在N和PE之间，因为气体放电管的导通延时长和导通后需要续流，使电路容易短路。所以不能用在三相之间。

2、压敏电阻是限压型元器件，放电管是开关型元器件；

反应时间都是纳秒级的放电管比压敏电阻慢一点；

压敏电阻反应时间是≤25NS 放电管是≤100NS；

压敏电阻的性能存在一个衰减的问题，而放电管不存在。

3、各有优缺点：压敏电阻主要用于电源系统的防雷，气体放电管主要用于信号线路如数据线、电话、有线电视、卫星通信等的防雷。

4、只在零线上接放电管不能防雷。但零线上能接放电管，而火线上则不行，这是因为正常情况下零线没电压，火线有。

5、压敏电阻串气体放电管，两个的响应特性互补,组合使用效果最佳,具体来讲,气体放电管是硬响应特性的放电元件,漏电流小,但是残压较高,反应时间慢(≤100ns), 动作电压精度较低,而压敏电阻是软响应特性的放电元件,残压较低,反应时间较快(≤25ns),但是漏电流较大,所以两个是“最佳拍档”.

6、由于压敏电阻（MOV）具有较大的寄生电容，用在交流电源系统，会产生可观的泄漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因泄漏电流变大可能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。压敏电阻与气体放电管串联，在这个支路中，气体放电管将起一个开关作用，没有暂态电压时，它能将压敏电阻与系统隔开，使压敏电阻几乎无泄漏电流。

答：气体放电管有续流，但不容易失效。另耐冲击电流能力强。压敏电阻的主要特性是限压，气体放电管的主要特性是泄流，各用其长处！

总而言之：

相间为差模防护，主要防护高压，使用压敏电阻；

相对地共模防护，主要为泄流，所以使用放电管；

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稳压二极管工作原理：通常，二极管都是正向导通，反向截止，单向导通性;不过，加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊;当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好;只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压二极管。

稳压管为什么要反接：因为稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。换句话说：稳压管是利用二极管反向截止的特性的，如果正接不是相当与直接导通短路了吗？