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压敏电阻的原理和特性

发布日期:2017-12-15 14:56:28 【关闭】
摘要:压敏电阻是对电压变化敏感的非线性电阻。压敏电阻种类很多,按制造材料分,有硅、锗、碳化硅、钛酸钡、氧化锌等材料构成的压敏电阻。 氧化锌压敏电阻虽以ZnO半导体材料为主要成分,采用陶瓷生产工艺制成的,结构如图下图所示。以ZnO为主要成分的几微米至几十微米的微粒被以BizO3为主要成分的添加物构成的晶界层所包围,正是这种晶界层賦予了压敏电阻非线性特性。因为对于1~10Ω*cm的ZnO微粒,晶界层的电阻率达1010Ω*cm以上,所以外加电压几乎都集中加在晶界层上。由于这种晶界层具有显著的非欧姆特性,因而可引起同齐纳二极管类似的急剧的电流倍增现象。

      一、工作原理

      压敏电阻是对电压变化敏感的非线性电阻。压敏电阻种类很多,按制造材料分,有硅、锗、碳化硅、钛酸钡、氧化锌等材料构成的压敏电阻。

      氧化锌压敏电阻虽以ZnO半导体材料为主要成分,采用陶瓷生产工艺制成的,结构如图下图所示。以ZnO为主要成分的几微米至几十微米的微粒被以BizO3为主要成分的添加物构成的晶界层所包围,正是这种晶界层賦予了压敏电阻非线性特性。因为对于1~10Ω*cm的ZnO微粒,晶界层的电阻率达1010Ω*cm以上,所以外加电压几乎都集中加在晶界层上。由于这种晶界层具有显著的非欧姆特性,因而可引起同齐纳二极管类似的急剧的电流倍增现象。

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ZnO压敏电阻的结构

      这种压敏电阻随添加物种类的不同可制成低压用品种和高压用品种。其压敏电压可达几万伏。非线性系数很高,可达110左右。且对极高的浪涌电压的允许电流很大。不仅可用于开关过电压的吸收,而且可用于雷电浪涌的吸收。尤其是它具有电压非线性好、压敏电压的温度系数小,使用电压范围宽等特点。因此被广泛用于各种装置的电路稳限、电流和电压的限制以及各种半导体器件的过压保护等。是各种压敏电阻中应用最广、产量最大的一种。

      碳化硅压敏电阻是把直径100微米左右的SiC颗粒,混以适当的陶瓷质结合剂,加压成形后烧结而成。碳化硅压敏电阻由SiC颗粒形成大量纵横连接的结构。其电压非线性特性是对称的。非线性系数约为3~7。这种压敏电阻的电压非线性,可认为是SiC颗粒本身的表面氧化膜产生的接触电阻所引起的。元件的厚度不同可改变压敏电压的高低。由于其热稳定性好和耐压高(可达几万伏)的优点,在继电器接点的消弧、电子电路的稳压和异常电压的吸收等方面得以广泛应用。其缺点是非线性系数值低。

      钛酸钡压敏电阻的压敏电压都在几伏以下。其非线性系数比碳化硅压敏电阻的大得多(可达20左右)。还有并联电容大、寿命长、便于大量生产和价格便宜等特点。

      二、伏安特性

      压敏电阻的伏安特性及电路符号如下图所示。可以看出,在某一临界电压以下压敏电阻的阻值非常高,几乎没有电流。但当超过这-临界电压(称为压敏电压)时,其阻值将急剧下降,并有较大电流通过。

gooxiancom-压敏电阻-2

压敏电阻的伏安特性及电路符号

      通常,压敏电阻的伏安特性可用下式近似表示

I=(U/C)α=kUα

      其中I是通过压敏电阻的电流,U是电阻两端的电压,C、α、k均为常数。α称为非线性系数,其值大于1。α越大,压敏电阻的特性越好。将上式取对数得

lgI=lgk+αlgU

      以lgI和lgU为纵、横坐标绘出伏安曲线,即可求得斜率压敏电阻消耗的功率为α。

      压敏电阻消耗的功率为

P=IU=kUα+1

      可见,压敏电阻的功耗对电压U有很强的依赖关系,而受电流I的影响则不显著。

      压敏电阻的伏安特性有对祢型和非对称型两种,如图所示,(a)为非对称型,(b)为对称型。前者只能在直流场合使用,后者可用于交、直流两种场合。当然,也可将两只非对称型压敏电阻反向并联而用于交流.

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