壓敏電阻器（VSR）的結(jié)構(gòu)原理與應用知識

壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，一般用于電路浪涌和瞬變防護電路?？梢杂脕泶嫠矐B(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對集成電路等重要元件以及其它電路和設備進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導通大電流，阻止瞬間過壓而起到保護元器件或電路的作用；當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設備的正常工作。
壓敏電阻器(VSR)是電壓靈敏電阻器的簡稱，它是一種新型過壓保護元件。壓敏電阻器是以氧化鋅為主要材料而制成的金屬-氧化物-半導體陶瓷元件，構(gòu)成壓敏電阻的核心材料為氧化鋅，氧化鋅又包括氧化鋅晶粒和晶粒周圍的晶界層，氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層電阻率很高，相接觸的兩個晶粒之間形成一個相當于齊納二極管的勢壘，成為一個壓敏電阻單元，許多單元通過串聯(lián)，并聯(lián)組成壓敏電阻器基體。壓敏電阻器在工作時，每個壓敏電阻單元都承擔浪涌能量，而這些壓敏電阻單元是大體上均勻分布在整個電阻體內(nèi)的，也就是整個電阻體都承擔能量，而不像齊納二極穩(wěn)壓管那樣只是結(jié)區(qū)承擔電功率，這就是陶瓷壓敏電阻器具有比齊納二極穩(wěn)壓管大得很多的通流和能量定額的原因。其電阻值隨端電壓而變化。

壓敏電阻器的主要特點是工作電壓范圍寬(6—3000伏，分若干檔)，對過壓脈沖響應快(幾至幾十納秒)，耐沖擊電流的能力強(可達100安培-20千安培)，漏電流小(低于幾至幾十微安)，電阻溫度系數(shù)小，性優(yōu)價廉，體積小，是一種理想的保護元件。由它可構(gòu)成過壓保護電路，消噪電路，消火花電路，吸收回路。壓敏電阻的電路符號，外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。

壓敏電阻的結(jié)構(gòu)就象兩個特性一致的背靠背聯(lián)接的穩(wěn)壓管，其性質(zhì)基本相同。壓敏電阻的主要特性是，當兩端所加電壓在標稱額定值以內(nèi)時，它的電阻值幾乎為無窮大，處于高阻狀態(tài)，其漏電流<50微安，當它兩端的電壓稍微超過額定電壓時，其電阻值急劇下降，立即處于導通狀態(tài)，工作電流增加幾個數(shù)量級，反應時間僅在毫微秒級。壓敏電阻在國外俗稱“斬波器”和”限幅器”，這是從它的實際作用而得名的。

圖2給出了壓敏電阻在電路中的工作波形。其中(a)表示，在供電網(wǎng)絡疊加有過電壓脈沖時，接有壓敏電阻后，過電壓峰值波形被削平，限制在一定的幅度內(nèi)，(b)則表示，在開啟或關(guān)閉帶有感性，容性的負載電路時，直流波形出現(xiàn)開關(guān)尖脈沖，壓敏電阻在電路中能吸收這種反電動勢，從而有效地保護開關(guān)電路不受損害。在汽車電器上用得最多的還是汽車電腦板中的電源保護電路，豐田車系的電腦板中用的壓敏電阻為黑色圓片狀，而美國車系和大宇車系的電腦板中壓敏電阻多數(shù)為紅色，如果車上的發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器失靈，造成長時間電壓過高或電瓶線與電瓶樁松動，脫開以及使用大功率的啟動電源啟動發(fā)動機，經(jīng)常會使電腦板中的壓敏電阻損壞。
壓敏電阻的電氣參數(shù)很多，但主要的是標稱電壓，漏電流和通流量。(1)標稱電壓。也稱壓敏電壓，這是一種常用的表示方法，指通過1毫安直流電流時壓敏電阻兩端的電壓值。對于直徑5毫米或更小尺寸的壓敏電阻，則以0.1毫安為標稱電壓，對于低電壓大直徑產(chǎn)品，也有以10毫安來表示標稱電壓的。(2)漏電流。當元件兩端電壓等于規(guī)定電流下兩端電壓的75%時．壓敏電阻上所通過的直流電流。(3)通流量。在規(guī)定時間（8/20微秒）之內(nèi)，允許通過脈沖電流的最大值。其中，脈沖電流從最大值的90%到最大值的時間為8微秒，峰值持續(xù)時間為20微秒。
壓敏電阻選用要點。壓敏電阻在電路中可進行并聯(lián)，串聯(lián)使用。并聯(lián)用法可增加耐浪涌電流的數(shù)值，但要求并聯(lián)的器件標稱電壓要一致。串聯(lián)用法可提高實際使用的標稱電壓值，通常串聯(lián)后的標稱電壓值為兩個標稱電壓值的和。壓敏電阻選用的正確與否，直接影響保護效果和可靠性。如果選用不當，不但不能起到保護作用，反而易造成被保護電器設備不能正常工作。因此，必須根據(jù)使用電路的具體情況和工作條件（即間斷工作還是不間斷工作），來選取標稱電壓適當?shù)膲好綦娮?。雖然標稱電壓值選擇得越低保護靈敏度越高，但標稱電壓值若選得太低，在正常工作電壓下，流過壓敏電阻的電流也相應較大，會引起壓敏電阻自身損耗增大而發(fā)熱，當遇到過電壓時，流過壓敏電阻的電流會更大，容易將壓敏電阻燒毀，對某些有意選擇低電壓的壓敏電阻來進行保護的電路，壓敏電阻應安裝在易于散熱和便于更換操作的位置。

一、壓敏電阻的檢測方法
1、測量絕緣電阻用萬用表RX1k擋，測量壓敏電阻兩引腳之間的正．反向絕緣電阻，均應為無窮大，否則，說明漏電流大。若所測電阻很小，說明壓敏電阻已損壞，不能使用。

2、測量標稱電壓電路如圖3所示，利用兆歐表（搖表）提供測試電壓，使用兩塊萬用表，一塊用直流電壓擋讀出標稱電壓值，另一塊用直流電流擋讀出標稱電流。然后調(diào)換壓敏電阻引腳位置用同樣方法再讀出標稱電壓和標稱電流，然后對比兩次測量值，應該大約相等，否則說明對稱性不好。檢測壓敏電阻時應注意：(1)萬用表直流電壓擋應視壓敏電阻標稱電壓值來正確選擇，例如標稱電壓470V則宜選用大于500V以上擋。(2)萬用表直流電流擋一般選1毫安擋。

二、壓敏電阻的原理和作用、用途
壓敏電阻是中國的名詞，意思是"在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變"，或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。相應的英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡寫為“VDR”。
壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，所以它是半導體電阻器的一個品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"（ZnO）壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素（Zn）和六價元素氧（O）所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
壓敏電阻器是按其用途來命名的，稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時也稱為“電沖擊（浪涌）抑制器（吸收器）”。氧化鋅壓敏電阻又稱突波吸收器,系一種具有電壓電流對稱特性之壓敏屬性電阻器.它主要的設計是用來保護所有的電子產(chǎn)品或元件免于受開關(guān)或雷擊誘發(fā)所產(chǎn)生之突波的影響,而其非線性指數(shù)的特性與廣泛的應用范圍以及可以量產(chǎn)等優(yōu)點,已逐漸地被應用在各種不同領域的電子工程方面

三、壓敏電阻主要參數(shù)
1、殘壓：壓敏電阻在通過規(guī)定波形的大電流時其兩端出現(xiàn)的最高峰值電壓。
2、通流容量：按規(guī)定時間間隔與次數(shù)在壓敏電阻上施加規(guī)定波形電流后，壓敏電阻參考電壓的變化率仍在規(guī)定范圍內(nèi)所能通過的最大電流幅值。
3、泄漏電流：在參考電壓的作用下，壓敏電阻中流過的電流。
4、額定工作電壓：允許長期連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的工頻電壓的有效值。而壓敏電阻在吸收暫態(tài)過電壓能量后自身溫度升高，在此電壓下能正常冷卻，不會發(fā)熱損壞。

四、壓敏電阻的不足
（1）寄生電容大 壓敏電阻具有較大的寄生電容，一般在幾百至幾千微微法的范圍。在高頻信號系統(tǒng)中會引起高頻信號傳輸畸變，從而引起系統(tǒng)正常運行。
（2）泄漏電流的存在 壓敏電阻的泄漏電流指標既關(guān)系到被保護電子系統(tǒng)的正常運行，又關(guān)系到壓敏電阻自身的 老化和使用壽命。

五、壓敏電阻的檢測
用指針式萬用表的R×1k擋測量壓敏電阻兩引腳之間的正、反向絕緣電阻，均為無窮大，否則，說明漏電流大。若所測電阻很小，說明壓敏電阻已損壞，不能使用。

六、壓敏電阻的型號及選用方法
SJ1152-82部頒標準中壓敏電阻器的型號命名分為四部分，各部分的含義見表1。

一部分：主稱	第二部分：類別	第三部分：用途或特征	第四部分：序號
字母	含義	字母	含義	字母	含義
M	敏感 電阻器	Y	壓敏 電阻器	無	普通型	用數(shù)字表示序號，有的在序號的后面還標有標稱電壓通流容量 或電阻體直徑、標稱電壓、電壓誤差等。
D	通用
B	補償用
C	消磁用
E	消噪用
G	過壓保護用
H	滅弧用
K	高可靠用
L	防雷用
M	防靜電用
N	高能型
P	高頻用
S	元器件保護用
T	特殊型
W	穩(wěn)壓用
Y	環(huán)型
Z	組合型

靠前部分用字母 “M” 表示主稱為敏感電阻器。
第二部分用字母 “Y” 表示敏感電阻器為壓敏電阻器。
第三部分用字母表示壓敏電阻器的用途的特征。
第四部分用數(shù)字表示序號，有的在序號的后面還標有標稱電壓、通流容量或電阻體直徑、電壓誤差、標稱電壓等。
例如：
MYL1-1（防雷用壓敏電阻器）
MY31-270/3（270V/3kA普通壓敏電阻器）
M——敏感電阻器
M——敏感電阻器
Y——壓敏電阻器
Y——壓敏電阻器
L——防雷用
31——序號
1-1——序號
270——標稱電壓為270V
3——通流容量為3kA
MYL表示防雷型壓敏電阻
MYE表示高負荷型壓敏電阻,也有廠家用MYT表示通用型，MYL表示防雷型.

七、選用方法(一般情況）
1、壓敏電壓值應大于實際電路的電壓峰值，一般為：
U1mA =K1×/K2×K3× UC
U1mA ---- 壓敏電壓
UC ---- 電路直流工作電壓（交流時為有效值）
K1 ---- 電源電壓波動系數(shù)，一般取1.2
K2 ---- 壓敏電壓誤差,一般取0.85
K3 ---- 老化系數(shù),一般取0.9
交流狀態(tài)下，應將有效值變?yōu)榉逯?，即擴大√2倍，實際應用中可參考此公式通過實驗來確定壓敏電壓值。
2、通流量
實際應用中，壓敏電阻器所吸收的浪涌電流應小于壓敏電阻的最大峰值電流，以延長產(chǎn)品的使用壽命。