壓敏電阻器的工作原理及特性

壓敏電阻器是利用半導(dǎo)體材料的非線性伏安特性而制成的一種電壓敏感元件。

下圖圖給出了壓敏電阻器的伏安特性曲線，可以看出，它是一條對稱的非線性曲線當(dāng)外加電壓較低時，流過電阻的電流很小，壓敏電阻器呈高阻狀態(tài);當(dāng)外加電壓達(dá)到或超過壓敏電壓Uc時，壓敏電阻器的阻值急劇下降并迅速導(dǎo)通，其工作電流會增加幾個數(shù)量級，從而有效地保護(hù)了電路中的其他元件不會肉過壓而損壞。

壓敏電阻器的伏安特性曲線

下圖所示的是氧化鋅壓敏電阻的微觀結(jié)構(gòu)，它包括氧化鋅(ZnO) 晶粒以及晶粒周圍的晶界層。氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層的電阻率很高，相鄰兩個晶粒之間便形成了一個壓敏單元每個單元的擊穿電壓大約為3.5V 。在壓敏電阻器內(nèi)許許多多的這種單元進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)便構(gòu)成了壓敏電阻器的基體。串聯(lián)的單元越多，其擊穿的電壓就越高;基體的橫截面積越大，其通流容量也越大。

氧化鋅壓敏電阻的微觀結(jié)構(gòu)

壓敏電阻器在電路中通常并接在被保護(hù)電器的輸入端，如下圖所示。

壓敏電阻器組成的保護(hù)電路

從圖中可以看出，壓敏電阻器的阻抗Zv與電路總阻抗(包括浪涌阻抗Zs) 構(gòu)成了分壓器，因此壓敏電阻器的限制電壓可由下式確定:
Vc = VsZv/(Zs+ Zv)
式中: Vc限制電壓;
Vs----浪涌電壓;
Zv----壓敏電阻器的阻抗，它可以從正常值的幾兆歐降到幾歐，甚至小于1Ω;
Zs----電路總阻擾。
從上式可見， Zv在瞬間流過很大電流時，瞬間過電壓大部分降落在Zs 上，而用電被保護(hù)電器得到的電壓在其耐壓之下，因而能起到保護(hù)作用。

壓敏電阻器的工作特性曲線

壓敏電阻器的工作特性曲線如上圖所示，通過它可以更明確看出壓敏電阻器對過電壓的保護(hù)作用。直線段為電路總阻抗Zs 所確定的負(fù)載線，曲線是壓敏電阻器伏安特性曲線，兩者的交點(diǎn)Q 即為保護(hù)工作點(diǎn)，它對應(yīng)的限制電壓為兒，它是使用了壓敏電阻器后加在用電器具上的工作電壓。Vs 為浪涌電壓，它已超過了用電器具的耐壓值Vl。加入壓敏電阻器后，工作電壓V小于Vl，有效地保護(hù)了用電器具。