Varistor-Voltage敏感电阻

介绍

变阻器是可变电阻的合成词。它是一种无源非线性双端固态半导体器件。

压敏电阻提供过电压保护用于电气和电子电路，这与断路器或保险丝提供过流保护的电路不同。压敏电阻器通过箝位的方式提供保护，这种箝位方法类似于a齐纳二极管．

尽管名称变阻器是从可变电阻派生出来的，变阻器中的电阻不能像电位器或变阻器那样手动变化，电阻可以在它们的最大值和最小值之间手动变化。

压敏电阻的电阻随施加给它的电压而变化。压敏电阻上电压的变化将导致其电阻的变化，使其成为电压依赖器件。因此又称压敏电阻器电压相关电阻(VDR)．

压敏电阻的两个标准符号如下所示。

IEEE压敏电阻的标准符号

IEC压敏电阻的标准符号

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

从物理上讲，压敏电阻看起来像电容器在许多方面。由于相似之处，压敏电阻常被误认为是电容器。然而，就应用而言，电容不能像压敏电阻那样防止电压冲击。

意外的高压浪涌对任何电路都可能造成灾难性的后果。因此，利用压敏电阻保护灵敏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

即使压敏电阻的目的是提供电阻，压敏电阻的操作与电位器或变阻器是不同的。在正常工作条件下，压敏电阻是非常高的。

压敏电阻的功能类似于齐纳二极管，它允许低阈值电压通过不受影响。

压敏电阻的功能改变了一个T高工作电压当施加在压敏电阻上的电压大于其额定值时，压敏电阻的有效电阻瀑布大大随着施加给它的电压的增加，它会继续下降。

压敏电阻相对于施加电压的静态电阻曲线如下所示。

vi特点

根据欧姆定律，假设电阻器的值保持不变，则电阻器的电流-电压特性曲线为直线。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，电流-电压特性曲线不是一条直线。这是由于压敏电阻的不寻常的电阻行为。对于压敏电阻，施加在它上的电压的微小变化，就会引起流过它的电流发生足够大的变化。

压敏电阻的电流电压特性曲线如下图所示。

从上图所示的电流-电压特性曲线可以清楚地看出，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两个方向或极性上工作或工作。压敏电阻的这种功能类似于背对背连接齐纳二极管。

压敏电阻的电流-电压特性曲线显示线性关系当压敏电阻为时，在电流和电压之间没有进行．这是因为流过压敏电阻的电流将保持恒定，值非常低。

这是压敏电阻的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。

压敏电阻的额定电压也称为夹紧电压。压敏电阻的额定电压是压敏电阻上的电压，用指定的直流电流1mA来测量，进一步可以解释为通过压敏电阻两端的直流电压允许1毫安的电流流过。

流过压敏电阻本体的电流取决于用于建造压敏电阻的材料。在这个额定电压水平上，压敏电阻的功能开始改变。

在达到额定电压之前，压敏电阻是绝缘体。当压敏电阻器的外加电压达到额定电压时，压敏电阻器的特性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很小。这是因为半导体材料中的雪崩击穿现象。

雪崩击穿是电流倍增的一种形式，它允许在以前作为绝缘体的材料中产生大电流。由于这种情况，流过压敏电阻的小电流即泄漏电流将迅速上升。

即使流过压敏电阻的电流上升，其上的电压也被限制在压敏电阻的额定电压附近。这意味着压敏电阻器作为一个自我调节器通过或允许更多的电流流过压敏电阻器应用于瞬态电压。

因此，通过压敏电阻的额定电压后，电流-电压曲线成为陡峭的非线性曲线。由于这个特性，一个压敏电阻可以通过在一个非常窄的电压范围内剪掉任何电压尖峰来通过变化很大的电流。

在压敏电阻电容

当压敏电阻上的施加电压小于额定或钳位电压时，压敏电阻用作电容器而不是电阻器。该结论的原因是压敏电阻主导区域的主要导电面积作为压敏电阻的两个端子之间的电介质。

两个端子和电介质构成一个电容器。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都有一个电容值。这个值取决于压敏电阻的面积，并且与它的厚度成反比。

压敏电阻的电容特性在直流和交流电路中是不同的。在直流电路中，当施加电压低于变阻器的额定电压时，其电容存在，当施加电压接近额定电压时，电容急剧下降。

在交流电路中使用压敏电阻时，频率起着重要的作用。在交流电路中，当压敏电阻工作在其非导电性泄漏区域时，压敏电阻的电容将影响其本体电阻。

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。频率与产生的并联电阻之间的关系近似为线性。用该公式可计算交流电抗XC

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，泄漏电流也会增加。

金属氧化物压敏电阻(MOV)

为了克服半导体基压敏电阻器如碳化硅压敏电阻器的局限性，金属氧化物压敏电阻器(MOV)已经被开发出来。金属氧化物压敏电阻是一种电压依赖性电阻器。它也是一个非线性器件，提供了很好的暂态电压浪涌保护。

金属氧化物压敏电阻器中的电阻材料主要由压成陶瓷块的氧化锌颗粒组成。这种混合物90%由氧化锌颗粒组成，另外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。该填充材料作为氧化锌颗粒的粘合剂，使两个金属板之间的组件保持完整。金属氧化物压敏电阻的连接导线是径向导线。

金属氧化物压敏电阻器是最常用的元件，被用作电压箝位装置，以保护小型或重型设备免受瞬态电压冲击。由于在其结构中使用了金属氧化物，吸收短电压瞬变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。金属氧化物压敏器在额定电压下开始传导电流，如果施加电压低于阈值则停止传导。

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量。MOV中泄漏电流在正常工作条件下非常小。

漏泄电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻器中，相邻的两个锌粒将在它们的边界之间形成一个二极管结。

因此，一个金属氧化物压敏电阻可以被认为是大量并联的二极管的集合。因此，当电极之间施加微小的电压时，二极管结上出现的反向漏电流非常小。

当施加电压升高并达到箝位电压时，二极管结由于雪崩击穿和电子隧穿而破裂，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。

压敏电阻器所能承受的最大浪涌电流取决于瞬态脉冲的宽度和脉冲重复次数。瞬态脉冲的典型宽度在20微秒到50微秒之间。

如果额定峰值脉冲电流不足，就有过热的可能。因此，为了避免电路过热，重要的是迅速消耗从瞬态脉冲吸收的能量。

高压浪涌保护

无论电源是交流还是直流，瞬态电压浪涌都来自许多电源和电路，与电源无关。这是因为瞬态是在电路中产生或从外部源传输到电路中的。

电路内产生的瞬态电流可以迅速增加，并可能使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，因此必须防止在它们之间出现。

一些常见的电压暂态源如下:

• 电感电路中的电压效应Ldi/dt (Ldi/dt)。这种效应是由于变压器的感应线圈和磁化电流的开关。
• 电源浪涌。
• 直流电机切换。

压敏电阻跨接在电源上以避免电压瞬变。这种连接可以是在相和中性之间，或在交流供电时在相和相之间。

在直流电源的情况下，压敏电阻是连接在电源之间的正负极。在直流电子电路中，变阻器可用于电压稳定，以防止过电压脉冲。

压敏电阻的规格

以下是典型压敏电阻的规格。

最大工作电压:它是峰值稳定直流电压或正弦均方根电压，可以连续应用在一个指定的温度。

压敏电阻电压:它是施加特定直流测量电流的压敏电阻两端之间的电压。

钳位电压:它是压敏电阻两端之间的电压，施加一定的冲击电流以获得峰值电压。

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:浪涌电流产生后电压的变化。

电容：当电压小于压敏电阻电压时测量。

泄漏电流:当压敏电阻处于非导电性状态时流过它的电流。

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

压敏电阻被用于几乎所有的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. 保护电路免受过电压。下面的电路显示了金属氧化物变阻器的连接，以提供单相线路保护。

下面的电路是类似的，除了它也提供线到地保护。

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电涌保护。

压敏电阻的限制

当压敏电阻用于瞬态电压浪涌抑制器时，它可能不能为设备提供电源保护。这是因为在这种情况下，压敏电阻的存在将对设备和设备本身造成问题。

压敏电阻不能提供保护从以下

1. 设备启动期间的电流冲击
2. 短路电流。
3. 从电压下降或断电。