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南京信息工程大学 大气物理学院施广全 CH 4 压敏电阻 施广全 主讲 压敏电阻的优点： 非线性特性好、通流容量大、常态泄漏电流小、残压水平低、动作响应快、无续流 。 §4.1 结构简介 氧化锌非线性电阻片是在以氧化锌为主要材料的基础上，掺以微量的氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化锑、氧化铬等添加物，经过成型、烧结、表面处理等工艺过程而制成。所以也称为金属氧化物电阻片，以此制成的避雷器也称为金属氧化物避雷器（MOA）。 氧化锌电阻片的结晶包括三部分： 氧化锌ZnO晶粒 ： 晶界层 ： 尖晶石 ： 氧化锌电阻片的非线性特性主要取决于晶界层。 增加压敏电阻器的轴向长度可以提高压敏电阻器的击穿电压； 增加压敏电阻器的半径，可以提高压敏电阻器的通流能力。 §4.2电气特性 一、伏安特性 电阻片的全伏安特性可分为三个典型区域： 区域Ⅰ为低电场区，又称为泄漏区间。在这个区间内，压敏电阻中电流很小，呈现出近似开路状态； 区域Ⅱ为中电场区，又称为箝位工作区间。在这一区间内压敏电阻对过电压发挥箝位限压作用，其电流大，动态电阻很小； 区域Ⅲ为高电场区，又称为过载区间，在这一区间内，压敏电阻严重过载，箝位功能恶化。 二、等值电路模型 图中L0为回路的固有电感（压敏电阻器引头寄生电感），C为晶界层的固有电容，Rn 为晶界层电阻，Rl为电阻片的泄漏电阻，Rb为ZnO晶粒的本体电阻。 1、泄漏区间 在泄漏区，具有很高的电阻值Rl（大约109Ω）；晶界层电阻Rn这个数值非常高，相当于断路)，氧化锌晶粒体电阻Rb约几欧姆，可以忽略不计。 在泄漏区，晶界层的固有电容C可以近似看作常数，C在不大于100kHz的频率范围内基本上不随频率变化。温度对C的影响也不明显。 当压敏电阻上外加电压接近箝位工作区电压下限时，C将迅速变小。 温度对于压敏电阻泄漏区伏安特性的影响是显著的。 温度能影响泄漏电流，改变泄漏区内伏安特性的斜率，因此能改变泄漏电阻Rl的数值。 高阻值的泄漏电阻Rl随频率变化，它与频率f之间的关系可用下式近似表达： 电压温度系数du/dT 2、箝位工作区间 c和a 为常数，可用实测伏安特性数据来确定，压敏电阻的伏安特性非线性程度主要由常数a来表征。 在箝位工作区内，压敏电阻呈现出低阻导通状态，其晶界层电阻Rn比泄漏电阻Rl和固有电容C的容抗小好几个数量级，因此，Rl和C可以忽略。Rn比氧化锌晶粒体电阻Rb大得多，所以Rb也可以忽略。 在箝位工作区内的压敏电阻处于低阻导通状态，当电流变化几个数量级时，压敏电阻两端的电压近似维持不变，压敏电阻的非线性电阻仅随电流变化，可以从压敏电阻的静态电阻和动态电阻上看出来。 3、过载区 进入过载区。在过载区，压敏电阻中电流密度非常大（此时晶界层电阻Rn变得很小），氧化锌晶粒体电阻开始起支配作用，使非线性特性变坏。 §4.3 响应特性 对有引头线的压敏电阻来说，由于引头线寄生电感的存在，使其对快速暂态波形的动作箝位响应时间大大增加，响应特性变坏。 暂态过电流波头上升陡度对响应特性的影响 §4.4压敏电阻参数及压敏电阻的选择 一、压敏电阻的参数 1、参考电压 压敏电阻通过1mA直流电流时其两端的电压，常用符号U1mA来表示，有时也用UN来表示。有的也称为压敏电压、动作电压等。 2、残压 压敏电阻通过规定波形（常为8/20us）的某一幅值的电流时，其两端的峰值电压。这一参数有时也用指定电流值下的残压与参考电压之比的形式给出，如：U100A/U1mA，U1kA/U1mA等。 3、通流容量 按规定时间间隔与次数在压敏电阻上施加规定波形（常为8/20us）电流后，压敏电阻参考电压的变化率仍在规定范围内所能通过的最大电流幅值。 4、泄漏电流 在小于参考电压（如0.75U1mA）的低电压作用下，压敏电阻中流过的电流。 5、额定运行电压 指允许长期施加在压敏电阻两端的工频电压有效值（或直流电压值）。压敏电阻在吸收暂态过电压能量后自身温度升高，在此电压作用下能正常冷却，不会发生热击穿。 二、压敏电阻的选择 原则： 使用压敏电阻接入被保护电子系统后不能影响系统的正常运行，同时又能有效地对电子设备实施保护 。 1、参考电压选择 在直流回路中有： 压敏电阻参考电压的上限值应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的耐受电压水平，即： 2、通流容量的选择