压敏电阻、放电管、稳压管及 TVS 的原理与应用深度剖析

出处:网络整理 发布于:2025-07-09 10:39:35

电子电路的保护领域,压敏电阻、放电管、稳压管以及 TVS(瞬态抑制二极管)等元件发挥着至关重要的作用。了解它们的原理和应用,对于保障电子设备的稳定运行具有重要意义。


压敏电阻具有工作电压范围宽(6 - 3000V,分若干档)、对过压脉冲响应快(纳秒级)、耐冲击电流能力强(100 - 2000A)、漏电流小(微安级)、电阻温度系数小等优点,且性优价廉、体积小,是理想的保护元件。它可构成过压保护电路、消噪电路、消火花电路以及吸收回路。当供电网络叠加过电压脉冲时,压敏电阻能将过电压峰值波形削平,限制在一定幅度内;在开启或关闭带有感性、容性的负载电路时,它能吸收反电动势,保护开关电路。


常用的压敏电阻有碳化硅压敏电阻和氧化锌压敏电阻,其中氧化锌压敏电阻应用更为广泛。它以氧化锌为主要原料,添加多种微量金属氧化物,经混合成型、烧结装配而成。其导电值随施加电压的改变呈非线性变化,也被称为浪涌吸收器。


衡量压敏电阻性能的参数众多。标称电压或压敏电压 U1mA 是指在直流电压条件下,压敏电阻流过规定电流时的端电压;与之对应的测试电流 I1mA 通常规定为直流 1mA。电压比是压敏电阻流过规定电流时产生的直流压降与压敏电压的比值;电压变化率则是压敏电阻在冲击试验前后,压敏电压相对变化的百分比。漏电流是指当元件两端电压等于规定电流下两端电压的 75% 时,压敏电阻上通过的直流电流。额定功率是指在规定环境温度下压敏电阻的负荷功率。


放电管是防雷保护设备中应用广泛的开关器件,可用于交直流电源和各种信号电路的防雷。它具有放电电流大、极间电容小(≤3pF)、绝缘电阻高(≥109Ω)等特点,但也存在击穿电压分散性较大(±20%)、反应速度较慢(快为 0.1 - 0.2μs)的缺点。按电极数可分为二极放电管和三极放电管。


其工作原理是:由封装在充满惰性气体的陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成,电气性能取决于气体种类、压力以及电极距离。当两端电压低于放电电压时,它是绝缘体;当电压升高到大于放电电压时,产生弧光放电,由高阻抗转为低阻抗,两端电压迅速降低。


在选型和应用方面,要注意抑制快速脉冲冲击下的尖脉冲,可采用并联电容器或压敏电阻、串联电感或传输线、采用两级保护电路等方法。直流击穿电压 Vsdc 的值应大于可能出现的电源峰值电压或信号电压的 1.2 倍以上;冲击放电电流要根据线路上可能出现的浪涌电流选择。陶瓷气体放电管因击穿电压误差较大,一般不并联使用;在有可能出现续流的地方,可串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流。


稳压二极管利用其反向截止特性实现稳压功能。普通二极管正向导通、反向截止,而稳压二极管在反向电压加到一定程度时,虽呈现击穿状态,但不损毁,能在电流变化较大时保持两端电压变化极小。它必须反接才能实现稳压,正接则相当于直接导通短路。


TVS(瞬态抑制二极管)是一种高效能保护器件,利用 P - N 结的反向击穿工作原理,将静电的高压脉冲导入地,保护电器内部对静电敏感的元件。以 TVS 二极管为例,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,它发生雪崩,为瞬时电流提供超低电阻通路,电压恢复正常后自动回复高阻状态。不过,TVS 管的失效模式主要是短路,过电流太大时也可能炸裂开路。

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