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一、原理
压敏电阻是一种电压敏感型非线性电阻器,其电阻值随外加电压变化而变化(与齐纳二极管原理类似),达到一定电压值便导通。主要由金属氧化锌等金属氧化物半导材料构成。
工作区状态 | 原理 |
低电压区(漏电流区) | 电压<压敏电压,电阻极高(兆欧级),漏电流很小,几乎不导通,相当于断路,对电路无影响 |
非线性区(击穿区) | 电压>压敏电压,电阻值迅速下降(毫欧级),电流急剧增加,进入导通状态,将过电压钳位在安全范围内,保护电路。 |
饱和区 | 电压继续升高,电阻值很低,电流很大,长时间工作会因过热而损坏。(因此要耐压值选择要尽可能高于冲击电压) |
一)钳位原理:
正常电压下 | 压敏电阻值极高,相当于一个断开状态开关,留过电流极小(漏电流),对电路几乎没有影响。 |
过电压出现时 | 电路中出现超过阈值电压瞬态过电压,压敏电阻组织迅速降低,相当于一个闭合开关,将过电压能量通过自身泄放,并将电压钳位在一个相对固定的较低值,称为钳位电压。 钳位电压<被保护元件耐压值,确保敏感元件不会因过电压而损坏。 |
二)恢复过程与特性
1、恢复过程:
过电压消失 | 导致压敏电阻导通的瞬态电压消失后,其两端电压<压敏电阻阈值电压; |
电阻值回升 | 电阻值迅速从低阻状态回升到高阻状态(兆欧级); |
恢复正常状态 | 压敏电阻恢复初始高阻抗状态,漏电流再次变得极小,几乎不导通,不影响电路。等待下一次过电压的出现。 |
2、恢复特性:
快恢复性 | 恢复时间通常在纳秒(ns)级,能够迅速响应连续的过电压冲击 |
可逆性 | 只要过电压不超过压敏电阻的极限承受能力,其导通和恢复过程是可逆的,能够多次重复使用。 |
自保护机制 | 如果过电压持续时间过长或能量过大,可能导致压敏电阻过热损坏。 |
三)电路应用
压敏电压(Piezoelectric Voltage)是指由压电材料在受到外力作用时产生的电压。这种现象称为压电效应。具体来说,当材料受到机械压力或应变时,会在其表面产生电荷,从而引起电压的变化。在电子和传感器应用中,压敏电压用于检测压力、振动或冲击等机械变化。
二、特点及用途
一)用途
压敏电阻主要用于保护电路,一般并联于电路中,一端接电源输入,另一端接地,防止瞬态过电压对电子设备造成损害。
用途 | 详述 |
过电压保护 | 1)电源系统:在交流(AC)输入侧(并联于电路中)抑制浪涌电压,保护电源及后继电路; 2)电子设备:保护家用电器、通信设备、计算机等免受雷击、电网波动等引起的过电压损害; 3)汽车电子:保护车载电子设备免受点火系统或外部干扰带来的脉冲电压影响。 |
静电放电(ESD)保护 | 用于信号线、电源线等易受静电干扰的部位,联想到PESD3v3LIBA类型的“静电和浪涌保护(TVS/ESD)双向二极管”,吸收ESD能量,防止设备损坏。 |
抑制浪涌电流和尖峰脉冲 | 在开关电源、电机驱动电路中,吸收开关过程中产生的浪涌电流和尖峰脉冲,提高电路稳定性。 |
其他应用 | 1)电压稳定:在高电压小电流电路中,起到稳压作用; 2)均压:在高压电路中,平衡各元件承受的电压; 3)荧光启动:用于荧光灯的启动电路。 |
二)特点
特点 | 详述 |
响应速度快 | 压敏电阻响应时间在纳秒(ns)级,能够迅速对瞬态过电压做出反应。 |
通流容量大 |
能够承受较大的浪涌电流,有效应对各种过电压情况。 |
稳定性好 | 经过合理设计与选型,压敏电阻能在多次过电压冲击下保持稳定的性能。 |