❶ 物理知識
半導體
semiconctor
電導率(conctivity)介於金屬和絕緣體(insulator)之間的固體材料。半導體於室溫時電導率約在10ˉ10~10000/Ω·cm之間,純凈的半導體溫度升高時電導率按指數上升。半導體材料有很多種,按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導體;化合物半導體包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物(砷化鎵、磷化鎵等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體(鎵鋁砷、鎵砷磷等)。除上述晶態半導體外,還有非晶態的有機物半導體等。
本徵半導體(intrinsic semiconctor) 沒有摻雜且無晶格缺陷的純凈半導體稱為本徵半導體。在絕對零度溫度下,半導體的價帶(valence band)是滿帶(見能帶理論),受到光電注入或熱激發後,價帶中的部分電子會越過禁帶(forbidden band/band gap)進入能量較高的空帶,空帶中存在電子後成為導帶(conction band),價帶中缺少一個電子後形成一個帶正電的空位,稱為空穴(hole),導帶中的電子和價帶中的空穴合稱為電子 - 空穴對。上述產生的電子和空穴均能自由移動,成為自由載流子(free carrier),它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流,分別稱為電子導電和空穴導電。這種由於電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本徵導電。導帶中的電子會落入空穴,使電子-空穴對消失,稱為復合(recombination)。復合時產生的能量以電磁輻射(發射光子photon)或晶格熱振動(發射聲子phonon)的形式釋放。在一定溫度下,電子 - 空穴對的產生和復合同時存在並達到動態平衡,此時本徵半導體具有一定的載流子濃度,從而具有一定的電導率。加熱或光照會使半導體發生熱激發或光激發,從而產生更多的電子 - 空穴對,這時載流子濃度增加,電導率增加。半導體熱敏電阻和光敏電阻等半導體器件就是根據此原理製成的。常溫下本徵半導體的電導率較小,載流子濃度對溫度變化敏感,所以很難對半導體特性進行控制,因此實際應用不多。
雜質半導體(extrinsic semiconctor) 半導體中的雜質對電導率的影響非常大,本徵半導體經過摻雜就形成雜質半導體,一般可分為n型半導體和p型半導體。半導體中摻入微量雜質時,雜質原子附近的周期勢場受到干擾並形成附加的束縛狀態,在禁帶中產生附加的雜質能級。能提供電子載流子的雜質稱為施主(donor)雜質,相應能級稱為施主能級,位於禁帶上方靠近導帶底附近。例如四價元素鍺或硅晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質原子時,雜質原子作為晶格的一分子,其五個價電子中有四個與周圍的鍺(或硅)原子形成共價鍵,多餘的一個電子被束縛於雜質原子附近,產生類氫淺能級-施主能級。施主能級上的電子躍遷到導帶所需能量比從價帶激發到導帶所需能量小得多,很易激發到導帶成為電子載流子,因此對於摻入施主雜質的半導體,導電載流子主要是被激發到導帶中的電子,屬電子導電型,稱為n型半導體。由於半導體中總是存在本徵激發的電子空穴對,所以在n型半導體中電子是多數載流子,空穴是少數載流子。相應地,能提供空穴載流子的雜質稱為受主(acceptor)雜質,相應能級稱為受主能級,位於禁帶下方靠近價帶頂附近。例如在鍺或硅晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質原子時,雜質原子與周圍四個鍺(或硅)原子形成共價結合時尚缺少一個電子,因而存在一個空位,與此空位相應的能量狀態就是受主能級。由於受主能級靠近價帶頂,價帶中的電子很容易激發到受主能級上填補這個空位,使受主雜質原子成為負電中心。同時價帶中由於電離出一個電子而留下一個空位,形成自由的空穴載流子,這一過程所需電離能比本徵半導體情形下產生電子空穴對要小得多。因此這時空穴是多數載流子,雜質半導體主要靠空穴導電,即空穴導電型,稱為p型半導體。在p型半導體中空穴是多數載流子,電子是少數載流子。在半導體器件的各種效應中,少數載流子常扮演重要角色
熱敏電阻
熱敏電阻是開發早、種類多、發展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成,利用的原理是溫度引起電阻變化.若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為μn、μp,則半導體的電導為:
σ=q(nμn+pμp)
因為n、p、μn、μp都是依賴溫度T的函數,所以電導是溫度的函數,因此可由測量電導而推算出溫度的高低,並能做出電阻-溫度特性曲線.這就是半導體熱敏電阻的工作原理.
熱敏電阻包括正溫度系數(PTC)和負溫度系數(NTC)熱敏電阻,以及臨界溫度熱敏電阻(CTR).它們的電阻-溫度特性如圖1所示.熱敏電阻的主要特點是:①靈敏度較高,其電阻溫度系數要比金屬大10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;②工作溫度范圍寬,常溫器件適用於-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高於315℃(目前最高可達到2000℃),低溫器件適用於-273℃~55℃;③體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度;④使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;⑤易加工成復雜的形狀,可大批量生產;⑥穩定性好、過載能力強.
由於半導體熱敏電阻有獨特的性能,所以在應用方面,它不僅可以作為測量元件(如測量溫度、流量、液位等),還可以作為控制元件(如熱敏開關、限流器)和電路補償元件.熱敏電阻廣泛用於家用電器、電力工業、通訊、軍事科學、宇航等各個領域,發展前景極其廣闊.
一、PTC熱敏電阻
PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻現象或材料,可專門用作恆定溫度感測器.該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結體,其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進行原子價控制而使之半導化,常將這種半導體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(體)瓷;同時還添加增大其正電阻溫度系數的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,採用一般陶瓷工藝成形、高溫燒結而使鈦酸鉑等及其固溶體半導化,從而得到正特性的熱敏電阻材料.其溫度系數及居里點溫度隨組分及燒結條件(尤其是冷卻溫度)不同而變化.
鈦酸鋇晶體屬於鈣鈦礦型結構,是一種鐵電材料,純鈦酸鋇是一種絕緣材料.在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素,進行適當熱處理後,在居里溫度附近,電阻率陡增幾個數量級,產生PTC效應,此效應與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關.鈦酸鋇半導瓷是一種多晶材料,晶粒之間存在著晶粒間界面.該半導瓷當達到某一特定溫度或電壓,晶體粒界就發生變化,從而電阻急劇變化.
鈦酸鋇半導瓷的PTC效應起因於粒界(晶粒間界).對於導電電子來說,晶粒間界面相當於一個勢壘.當溫度低時,由於鈦酸鋇內電場的作用,導致電子極容易越過勢壘,則電阻值較小.當溫度升高到居里點溫度(即臨界溫度)附近時,內電場受到破壞,它不能幫助導電電子越過勢壘.這相當於勢壘升高,電阻值突然增大,產生PTC效應.鈦酸鋇半導瓷的PTC效應的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型,它們分別從不同方面對PTC效應作出了合理解釋.
實驗表明,在工作溫度范圍內,PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實驗公式表示:
RT=RT0expBp(T-T0)
式中RT、RT0表示溫度為T、T0時電阻值,Bp為該種材料的材料常數.
PTC效應起源於陶瓷的粒界和粒界間析出相的性質,並隨雜質種類、濃度、燒結條件等而產生顯著變化.最近,進入實用化的熱敏電阻中有利用矽片的硅溫度敏感元件,這是體型且精度高的PTC熱敏電阻,由n型硅構成,因其中的雜質產生的電子散射隨溫度上升而增加,從而電阻增加.
PTC熱敏電阻於1950年出現,隨後1954年出現了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻.PTC熱敏電阻在工業上可用作溫度的測量與控制,也用於汽車某部位的溫度檢測與調節,還大量用於民用設備,如控制瞬間開水器的水溫、空調器與冷庫的溫度,利用本身加熱作氣體分析和風速機等方面.下面簡介一例對加熱器、馬達、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過熱保護方面的應用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外,同時還能起到「開關」的作用,兼有敏感元件、加熱器和開關三種功能,稱之為「熱敏開關」,如圖2和3所示.電流通過元件後引起溫度升高,即發熱體的溫度上升,當超過居里點溫度後,電阻增加,從而限制電流增加,於是電流的下降導致元件溫度降低,電阻值的減小又使電路電流增加,元件溫度升高,周而復始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,又起到開關作用.利用這種阻溫特性做成加熱源,作為加熱元件應用的有暖風器、電烙鐵、烘衣櫃、空調等,還可對電器起到過熱保護作用.
二、NTC熱敏電阻
NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指隨溫度上升電阻呈指數關系減小、具有負溫度系數的熱敏電阻現象和材料.該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷,可製成具有負溫度系數(NTC)的熱敏電阻.其電阻率和材料常數隨材料成分比例、燒結氣氛、燒結溫度和結構狀態不同而變化.現在還出現了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料.
NTC熱敏半導瓷大多是尖晶石結構或其他結構的氧化物陶瓷,具有負的溫度系數,電阻值可近似表示為:
式中RT、RT0分別為溫度T、T0時的電阻值,Bn為材料常數.陶瓷晶粒本身由於溫度變化而使電阻率發生變化,這是由半導體特性決定的.
NTC熱敏電阻器的發展經歷了漫長的階段.1834年,科學家首次發現了硫化銀有負溫度系數的特性.1930年,科學家發現氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度系數的性能,並將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中.隨後,由於晶體管技術的不斷發展,熱敏電阻器的研究取得重大進展.1960年研製出了N1C熱敏電阻器.NTC熱敏電阻器廣泛用於測溫、控溫、溫度補償等方面.下面介紹一個溫度測量的應用實例,NTC熱敏電阻測溫用原理如圖4所示.
它的測量范圍一般為-10~+300℃,也可做到-200~+10℃,甚至可用於+300~+1200℃環境中作測溫用.RT為NTC熱敏電阻器;R2和R3是電橋平衡電阻;R1為起始電阻;R4為滿刻度電阻,校驗表頭,也稱校驗電阻;R7、R8和W為分壓電阻,為電橋提供一個穩定的直流電源.R6與表頭(微安表)串聯,起修正表頭刻度和限制流經表頭的電流的作用.R5與表頭並聯,起保護作用.在不平衡電橋臂(即R1、RT)接入一隻熱敏元件RT作溫度感測探頭.由於熱敏電阻器的阻值隨溫度的變化而變化,因而使接在電橋對角線間的表頭指示也相應變化.這就是熱敏電阻器溫度計的工作原理.
熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1℃,感溫時間可少至10s以下.它不僅適用於糧倉測溫儀,同時也可應用於食品儲存、醫葯衛生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量.
三、CTR熱敏電阻
臨界溫度熱敏電阻CTR(Crit1Cal Temperature Resistor)具有負電阻突變特性,在某一溫度下,電阻值隨溫度的增加激劇減小,具有很大的負溫度系數.構成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結體,是半玻璃狀的半導體,也稱CTR為玻璃態熱敏電阻.驟變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等的氧化物而變.這是由於不同雜質的摻入,使氧化釩的晶格間隔不同造成的.若在適當的還原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩,則電阻急變溫度變大;若進一步還原為三氧化二釩,則急變消失.產生電阻急變的溫度對應於半玻璃半導體物性急變的位置,因此產生半導體-金屬相移.CTR能夠作為控溫報警等應用.
熱敏電阻的理論研究和應用開發已取得了引人注目的成果.隨著高、精、尖科技的應用,對熱敏電阻的導電機理和應用的更深層次的探索,以及對性能優良的新材料的深入研究,將會取得迅速發展.
光敏電阻
光敏電阻器是利用半導體的光電效應製成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器;入射光強,電阻減小,入射光弱,電阻增大。光敏電阻器一般用於光的測量、光的控制和光電轉換(將光的變化轉換為電的變化)。
通常,光敏電阻器都製成薄片結構,以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時,半導體片(光敏層)內就激發出電子—空穴對,參與導電,使電路中電流增強。一般光敏電阻器結構如圖所示。
根據光敏電阻的光譜特性,可分為三種光敏電阻器:
紫外光敏電阻器:對紫外線較靈敏,包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等,用於探測紫外線。
紅外光敏電阻器:主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器,廣泛用於導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜,紅外通信等國防、科學研究和工農業生產中。
可見光光敏電阻器:包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用於各種光電控制系統,如光電自動開關門戶,航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅,自動給水和自動停水裝置,機械上的自動保護裝置和「位置檢測器」,極薄零件的厚度檢測器,照相機自動曝光裝置,光電計數器,煙霧報警器,光電跟蹤系統等方面。
壓敏電阻
1、什麼是「壓敏電阻」
「壓敏電阻是中國大陸的名詞,意思是"在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變",或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。相應的英文名稱叫「Voltage Dependent Resistor」簡寫為「VDR」。
壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種「Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體」。
在中國台灣,壓敏電阻器是按其用途來命名的,稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時也稱為「電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)」。
2、壓敏電阻電路的「安全閥」作用
壓敏電阻有什麼用?壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低於它的閥值"UN"時,流過它的電流極小,相當於一隻關死的閥門,當電壓超過UN時,流過它的電流激增,相當於閥門打開。利用這一功能,可以抑制電路中經常出現的異常過電壓,保護電路免受過電壓的損害。
3、應用類型
不同的使用場合,應用壓敏電阻的目的,作用在壓敏電阻上的電壓/電流應力並不相同,
因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對於正確使用是十分重要的。
根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分為兩大類:①保護用壓敏電阻,②電路功能用壓敏電阻。
3.1保護用壓敏電阻
(1) 區分電源保護用,還是信號線,數據線保護用壓敏電阻器,它們要滿足不同的技術標準的要求。
(2) 根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同,可將跨電源線用壓敏電阻器可區分為交流用或直流用兩種類型,壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同。
(3) 根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型,高功率型和高能型這三種類型。
★浪涌抑制型:是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器,這種瞬態過電壓的出現是隨機的,非周期的,電流電壓的峰值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬於這一類。
★高功率型:是指用於吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器,例如並接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這里沖擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峰值並不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大。
★高能型:指用於吸收發電機勵磁線圈,起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器,對這類應用,主要技術指標是能量吸收能力。
壓敏電阻器的保護功能,絕大多數應用場合下,是可以多次反復作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件。例如並接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。
3.2電路功能用壓敏電阻
壓敏電阻主要應用於瞬態過電壓保護,但是它的類似於半導體穩壓管的伏安特性,還使它具有多種電路元件功能,例如可用作:
(1)直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是硅穩壓管無法達到的。
(2)電壓波動檢測元件。
(3)直流電瓶移位元件。
(4)均壓元件。
(5)熒光啟動元件
4、保護用壓敏電阻的基本性能
(1)保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)。
(2)耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能。這時要考慮的因素主要有三項,一是壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF),二是在系統電壓下的漏電流,三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。
❷ 壓敏電阻用什麼符號表示
壓敏電阻用以下符號表示:
❸ 串聯電路中滑動變阻器阻值變大 另一個定值電阻的電壓變嗎
改變
因為串聯電路的總電壓是一定的而根據U=IR
變阻器阻值增大則其電壓就會增大而定值電阻的電壓為U總-URp就會減小
❹ 怎麼判斷壓敏電阻的好壞
將萬用表置10k 檔,表筆接於電阻兩端,萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值,如果超出這個數值很大,則說明壓敏電阻已經損壞。
電路保護器件
隨著加在壓敏電阻上面的電壓不斷增大,它的電阻值可以從MΩ(兆歐)級變到mΩ(毫歐)級。當電壓較低時,壓敏電阻工作於漏電流區,呈現很大的電阻,漏電流很小;當電壓升高進入非線性區後,電流在相當大的范圍內變化時,電壓變化不大,呈現較好的限壓特性;電壓再升高,壓敏電阻進入飽和區,呈現一個很小的線性電阻,由於電流很大,時間一長就會使壓敏電阻過熱燒毀甚至炸裂。
❺ 壓敏電阻的基本性能是什麼
(1)保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)。
(2)耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能。
這時要考慮的因素主要有三項,一是壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF),二是在系統電壓下的漏電流,三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。
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❻ 什麼是壓敏電阻
壓敏電阻意思是在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變,也可以說是電阻值對電壓敏感的阻器
相應的英文名是「VoltageDependentResistor」簡寫為「VDR」,在台灣,壓敏電阻是按用途來命名,稱為突波吸引器,或電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)
壓敏電阻的電阻材料是半導體,現普遍使用「氧化鋅」(ZNO)壓敏電阻器,原料有二價元素(ZN)和六價元素氧(O)構成
從原料角度分析,氧化鋅壓敏電阻器又是一種:II-VI氧化物半導體
壓敏電阻電路的「安全閥」作用,壓敏電阻是一種限壓型保護器件
利用壓敏電阻的非線性特性,當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間,壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值,從而實現對後級電路的保護
壓敏電阻應用類型:在不同的使用場合應用壓敏電阻作用不同,作用在壓敏電阻上的電壓/電流應力並不相同,因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對於正確使用是十分重要的
根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分為兩大類:★保護用壓敏電阻★電路功能用壓敏電阻
保護用壓敏電阻:區分電源保護用,還是信號線,數據線保護用壓敏電阻器,它們要滿足不同的技術標準的要求
根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同,可將跨電源線用壓敏電阻器可區分為交流用或直流用兩種類型,壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同
根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型,高功率型和高能型這三種類型
★浪涌抑制型:是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器,這種瞬態過電壓的出現是隨機的,非周期的,電流電壓的峰值可能很大
絕大多數壓敏電阻器都屬於這一類
★高功率型:是指用於吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器,例如並接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這里沖擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峰值並不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大
★高能型:指用於吸收發電機勵磁線圈,起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器,對這類應用,主要技術指標是能量吸收能力
壓敏電阻器的保護功能,絕大多數應用場合下,是可以多次反復作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件
例如並接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻
電路功能用壓敏電阻壓敏電阻主要應用於瞬態過電壓保護,但是它的類似於半導體穩壓管的伏安特性,還使它具有多種電路元件功能,例如可用作:★直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是硅穩壓管無法達到的
★電壓波動檢測元件
★直流電瓶移位元件
★均壓元件
★熒光啟動元件
保護用壓敏電阻的基本性能:★保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)
★耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率
壽命特性有兩項:★連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)
★沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數
壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能
這時要考慮的因素主要有三項
★壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF)
★在系統電壓下的漏電流
★壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響
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❼ 壓敏電阻保護與阻容保護的差異及接法差異
「壓敏電阻是中國大陸的名詞,意思是"在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變",或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。相應的英文名稱叫「Voltage Dependent Resistor」簡寫為「VDR」。
壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種「Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體」。
在中國台灣,壓敏電阻器是按其用途來命名的,稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時也稱為「電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)」。
2、壓敏電阻電路的「安全閥」作用
壓敏電阻有什麼用?壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低於它的閥值"UN"時,流過它的電流極小,相當於一隻關死的閥門,當電壓超過UN時,流過它的電流激增,相當於閥門打開。利用這一功能,可以抑制電路中經常出現的異常過電壓,保護電路免受過電壓的損害。
3、應用類型
不同的使用場合,應用壓敏電阻的目的,作用在壓敏電阻上的電壓/電流應力並不相同,
因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對於正確使用是十分重要的。
根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分為兩大類:①保護用壓敏電阻,②電路功能用壓敏電阻。
3.1保護用壓敏電阻
(1) 區分電源保護用,還是信號線,數據線保護用壓敏電阻器,它們要滿足不同的技術標準的要求。
(2) 根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同,可將跨電源線用壓敏電阻器可區分為交流用或直流用兩種類型,壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同。
(3) 根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型,高功率型和高能型這三種類型。
★浪涌抑制型:是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器,這種瞬態過電壓的出現是隨機的,非周期的,電流電壓的峰值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬於這一類。
★高功率型:是指用於吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器,例如並接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這里沖擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峰值並不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大。
★高能型:指用於吸收發電機勵磁線圈,起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器,對這類應用,主要技術指標是能量吸收能力。
壓敏電阻器的保護功能,絕大多數應用場合下,是可以多次反復作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件。例如並接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。
3.2電路功能用壓敏電阻
壓敏電阻主要應用於瞬態過電壓保護,但是它的類似於半導體穩壓管的伏安特性,還使它具有多種電路元件功能,例如可用作:
(1)直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是硅穩壓管無法達到的。
(2)電壓波動檢測元件。
(3)直流電瓶移位元件。
(4)均壓元件。
(5)熒光啟動元件
4、保護用壓敏電阻的基本性能
(1)保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)。
(2)耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能。這時要考慮的因素主要有三項,一是壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF),二是在系統電壓下的漏電流,三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。
如果想看看壓敏電阻的圖片,可以在網路圖片搜索里搜索一下,很多的~~
參考資料:http://bbs.tmc2.com.cn/simple/index.php?t75354.html
❽ 壓敏電阻用什麼符號表示
壓敏電阻用以下符號表示:
「壓敏電阻"是一種具有非線性伏安特性的電阻器件,主要用於在電路承受過壓時進行電壓鉗位,吸收多餘的電流以保護敏感器件。英文名稱叫「Voltage Dependent Resistor」簡寫為「VDR」, 或者叫做「Varistor"。壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素鋅(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種「Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體」。 在中國台灣,壓敏電阻器稱為"突波吸收器",有時也稱為「電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)」。
壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性,當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間,壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值,從而實現對後級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有:壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。
壓敏電阻的響應時間為ns級,比氣體放電管快,比TVS管稍慢一些,一般情況下用於電子電路的過電壓保護其響應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千Pf的數量級范圍,很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中,應用在交流電路的保護中時,因為其結電容較大會增加漏電流,在設計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大,但比氣體放電管小。壓敏電阻器簡稱VDR,是一種對電壓敏感的非線性過電壓保護半導體元件。
❾ 壓敏電阻有哪些特質
壓敏電阻的特質有:
(1)保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)。
(2)耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能。
這時要考慮的因素主要有三項,一是壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF),二是在系統電壓下的漏電流,三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。
❿ 壓敏電阻加fuse可以降低ul的過電壓等級嗎
壓敏電阻
壓敏電阻是中國的名詞,意思是"在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變",或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。相應的英文名稱叫「Voltage Dependent Resistor」簡寫為「VDR」。
壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種「Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體」。
在中國台灣,壓敏電阻器是按其用途來命名的,稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時也稱為「電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)」。氧化鋅壓敏電阻又稱突波吸收器,系一種具有電壓電流對稱特性之壓敏屬性電阻器.它主要的設計是用來保護所有的電子產品或元件免於受開關或雷擊誘發所產生之突波的影響,而其非線性指數的特性與廣泛的應用范圍以及可以量產等優點,已逐漸地被應用在各種不同領域的電子工程方面
壓敏電阻的型號及選用方法
主要參數:
1、殘壓:壓敏電阻在通過規定波形的大電流時其兩端出現的最高峰值電壓。
2、通流容量:按規定時間間隔與次數在壓敏電阻上施加規定波形電流後,壓敏電阻參考電壓的變化率仍在規定范圍內所能通過的最大電流幅值。
3、泄漏電流:在參考電壓的作用下,壓敏電阻中流過的電流。
4、額定工作電壓:允許長期連續施加在壓敏電阻兩端的工頻電壓的有效值。而壓敏電阻在吸收暫態過電壓能量後自身溫度升高,在此電壓下能正常冷卻,不會發熱損壞。
SJ1152-82部頒標准中壓敏電阻器的型號命名分為四部分,各部分的含義見表1。
表1 壓敏電阻器的型號命名及含義
第一部分用字母 「M」 表示主稱為敏感電阻器。
第二部分用字母 「Y」 表示敏感電阻器為壓敏電阻器。
第三部分用字母表示壓敏電阻器的用途的特徵。
第四部分用數字表示序號,有的在序號的後面還標有標稱電壓、通流容量或電阻體直徑、電壓誤差、標稱電壓等。
壓敏電阻的不足
寄生電容大 壓敏電阻具有較大的寄生電容,一般在幾百至幾千微微法的范圍。在高頻信號系統中會引起高頻信號傳輸畸變,從而引起系統正常運行。
泄漏電流的存在 壓敏電阻的泄漏電流指標既關繫到被保護電子系統的正常運行,又關繫到壓敏電阻自身的老化和使用壽命。
壓敏電阻的檢測。用指針式萬用表的R×1k擋測量壓敏電阻兩引腳之間的正、反向絕緣電阻,均為無窮大,否則,說明漏電流大。若所測電阻很小,說明壓敏電阻已損壞,不能使用。
3、應用類型
不同的使用場合,應用壓敏電阻的目的,作用在壓敏電阻上的電壓/電流應力並不相同,
因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對於正確使用是十分重要的。
根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分為兩大類:①保護用壓敏電阻,②電路功能用壓敏電阻。
3.1保護用壓敏電阻
(1) 區分電源保護用,還是信號線,數據線保護用壓敏電阻器,它們要滿足不同的技術標準的要求。
(2) 根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同,可將跨電源線用壓敏電阻器可區分為交流用或直流用兩種類型,壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同。
(3) 根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型,高功率型和高能型這三種類型。
★浪涌抑制型:是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器,這種瞬態過電壓的出現是隨機的,非周期的,電流電壓的峰值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬於這一類。
★高功率型:是指用於吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器,例如並接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這里沖擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峰值並不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大。
★高能型:指用於吸收發電機勵磁線圈,起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器,對這類應用,主要技術指標是能量吸收能力。
壓敏電阻器的保護功能,絕大多數應用場合下,是可以多次反復作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件。例如並接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。
3.2電路功能用壓敏電阻
壓敏電阻主要應用於瞬態過電壓保護,但是它的類似於半導體穩壓管的伏安特性,還使它具有多種電路元件功能,例如可用作:
(1)直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是硅穩壓管無法達到的。
(2)電壓波動檢測元件。
(3)直流電瓶移位元件。
(4)均壓元件。
(5)熒光啟動元件
4、保護用壓敏電阻的基本性能
(1)保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的沖擊耐電壓(Urp)。
(2)耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到"安全閥"的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂"二次效應",它不應降低系統的正常工作性能。這時要考慮的因素主要有三項,一是壓敏電阻本身的電容量(幾十到幾萬PF),二是在系統電壓下的漏電流,三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。
保險絲也被稱為熔斷器,IEC127標准將它定義為「熔斷體(fuse-link)」。它是一種安裝在電路中,保證電路安全運行的電器元件。 保險絲的作用是:防止人身的傷害,防止著火或設備損壞
當電路發生故障或異常時,伴隨著電流不斷升高,並且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件,也有可能燒毀電路甚至造成火災。若電路中正確地安置了保險絲,那麼,保險絲就會在電流異常升到一定的高度和一定的時間,自身熔斷,切斷電流,從而起到保護電路安全的作用。
選型的目標就是尋找一顆合適的保險絲,它最少要符合三個要求,這也是最基本的判斷:
第一在電路穩定工作時,保險絲要永遠不熔斷。我們首先計算並測量電路穩定時的電流值,將該值除以0.75,所得數據A作為選擇保險絲額定電流的第一個標准。在保險絲產品的規格書中找到一個額定電流標稱值大於A的保險絲型號,作為首選。
第二需要了解在電路中,我們選擇的保險絲需要提供什麼樣的保護功能,也就是說,你希望在什麼樣的故障情況下,保險絲可以在特定的時間內熔斷。這時我們提供計算和測量,獲得我們推斷的故障點,或者我們在實際電路中摹擬各種故障現象,通過儀器測試出電路出現該故障時的故障電流和我們希望的保險絲熔斷時間。我們根據計算和測試可以獲得滿足我們保護要求的保險絲的熔斷特性。我們在產品規格書中可以進行進一步尋找。
第三,由於貼片保險絲的工藝特殊,所以它的抗脈沖能力都遠遠小於傳統玻璃管保險絲,這也是全球保險絲行業的一個難題。在電路中(尤其是逆變器等)通常會由於電感、電容等元件,在開關機或其他某些情況下,在電路中瞬間出現遠大於穩定電流的異常電流(通常叫做浪涌、脈沖電流),這種電流不屬於故障電流,保險絲在這種電流下不應該熔斷。我們需要測量電路中的這種異常電流,因為很難通過計算獲得該數據。我們根據計算可以在產品規格書中尋找滿足其條件的保險絲型號。耐受這種電流能力強的保險絲我們將它稱為慢斷S品或中速熔斷V品保險絲。
貼片保險絲更加准確更加全面的選擇涉及下列因素:
1. 電路正常工作電流。通過保險絲的工作電流不應超過保險絲額定電流的75%。
2. 脈沖、沖擊電流、浪涌電流、啟動電流和電路瞬變值。貼片保險絲尤其關注這一點,由於體積小帶來的工藝方面的原因,貼片保險絲的抗沖擊能力遠小於同樣額定電流的玻璃管保險絲或其他體積較大的保險絲。
3. 電路的過載電流大小及過載電流存在的最短和最長時間。通常需要使用示波器測試和理論計算相結合判斷過載電流大小. 對保險絲的基本要求是不該斷的時候不能斷(比如在出現浪涌電流的時候),該斷的時候一定要在適當的時間內斷(比如出現需要切斷的過載電流的時候)。
4. 電阻。貼片保險絲的電阻對某些電路有一定的影響:若將內阻過大的保險絲安裝在某些電路中,它將影響電路的系統參數,使得電路不能正常工作或效率降低。
5.. 施加在保險絲上的外加電壓。通常貼片保險絲應用於攜帶型設備,電路工作電壓一般都不高,只要貼片保險絲的額定電壓高於電路工作電壓, 就可以放心選用。
6. 保險絲的環境溫度。貼片保險絲應用於攜帶型設備時,要適當考慮保險絲的溫升,也就是考慮保險絲額定電流的折減。保險絲工作時的環境溫度應在規定的工作溫度范圍之內,當保險絲周圍的環境溫度超過25℃時,應參照溫度折減曲線降級使用。
7..產品的認證。例如出口到北美,一定需要有UL或CSA認證。目前出口到歐洲的產品還需要符合歐盟的RoHS指令,也就是通常提到的SGS等環保認證。
8.保險絲的尺寸的選擇是比較容易的,技術人員根據電路板的空間,選擇需要的尺寸。如果空間足夠,盡量選擇比較大尺寸的貼片保險絲,這樣可能會有更多的熔斷特性的保險絲類型可供選擇。
最後把保險絲選型中常見的參數和術語作一些說明。
正常工作電流:在25℃條件下運行,保險絲的電流額定值通常要減少25%以避免有害熔斷。大多數傳統的保險絲其採用的材料具有較低的熔化溫度。因此,保險絲對環境溫度的變化比較敏感。例如在25℃環境溫度下,一個電流額定值為1A的保險絲通常不能在穩態電流大於0.75A的電路中正常工作。
電壓額定值:保險絲的電壓額定值必須等於或大於有效的電路電壓。一般貼片保險絲的標准電壓額定值系列為24V、32V、48V、63V、125V。
電阻:保險絲的電阻在整個電路中並不十分重要。但對於安培數小於1的保險絲的電阻會有零點幾個歐姆,所以在低電壓電路中採用保險絲時應考慮這個問題。大部分的保險絲是用正溫度系數材料製成,所以也有冷電阻和熱電阻之分。
環境溫度:保險絲是溫度敏感元件。保險絲的電流承載能力,其實驗是在環境溫度為25℃情況下進行的。環境溫度越高,保險絲的工作溫度就越高,保險絲的電流承載能力就越低,壽命也就越短。相反,在相對較低的溫度下會延長保險絲的壽命。
熔斷額定容量:也稱為分斷容量。熔斷額定容量是保險絲在額定電壓下能夠確實熔斷的最大許可電流。