Pr系ZnO压敏电阻材料研究现状
摘要：由于ZnO压敏电阻具有非线性优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小、造价低廉等优点，受到广泛的应用。ZnO变阻器主要分为Bi系和Pr系两类，其中Bi系ZnO压敏电阻存在一些缺点，为了避免Bi系ZnO存在的问题，人们对Pr系znO压敏电阻进行了大量的研究。本文对现有关于Pr系ZnO压敏电阻的研究进行总结。分析了掺杂元素和烧结制度对Pr系ZnO压敏电阻性能的影响。
关键词：ZnO压敏电阻、Pr系、性能
Abstract：ZnO varistors have been widely applied due to its low cost, superior nonlinear electrical property, short response time and huge flowing capacity of electricity. ZnO varistors are greatly divided into Bi2O3-and Pr6O11-based with varistor-forming oxide Most commercial ZnO varistors containing Bi2O3 exhibit excellent varistor properties, but they have a few drawbacks associated with the Bi2O3 with high volatility and reactivity. And they need many additives to obtain the high performance. To overcome these problems, Pr6O11-based ZnO varistor ceramics have been studied. In this paper, the effect of the different doping Oxides, the different sintering temperature, and the sintering time on electrical properties of Pr6O11-based ZnO varistors were summarized and analyzed. Keywords:ZnO varistor, doping, effect
前言
ZnO压敏电阻是Matsuoka 1968年发现的一种新型陶瓷材料，它是以ZnO为主体，添加若干其它氧化物改性的烧结体材料[1]。氧化锌变阻器有很多其它称谓，例如非线性变阻器、可变电阻、浪涌抑制器、浪涌保护器、过电压限制器等。氧化锌压敏电阻由氧化锌粉末掺杂其它氧化物粉末如Bi、Sb、Co、Mn、Ni、Cr、Si等经过传统压制和烧结技术制备而成的[1]。氧化锌变阻器是一种电子陶瓷装置，它的主要功能是感知并且限制瞬态浪涌电压，并且保证在多次重复使用下不被破坏。氧化锌变阻器的电流-电压特性是非线性的，类似于齐纳二极管。但是氧化锌变阻器并不像一个二极管，它能限制两个极性方向的过电压，因此它的I—V 特性曲线相当于两个背靠背的二极管[2]。
由于ZnO压敏电阻具有非线性(即非欧姆特性)优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小、造价低廉等优点，被广泛应用于抑制电力系统雷电过电压和操作过电压、防止静电放电、抑制电磁脉冲、抑制噪声等领域【3-4】。
根据压敏形成氧化物不同，ZnO变阻器主要分为Bi系和Pr系两类。大多数商业ZnO压敏电阻为Bi系ZnO压敏电阻，其表现出优秀的压敏特性。但在液相烧结过程中由于Bi2O3有强挥发性和高的反应活性【5】，前者改变了各组分的相对比值从而改变变阻器的性能，后者破坏了片式变阻器的多层结构，同时产生绝缘的尖晶石相降低变阻器的浪涌吸收能力。为了克服Bi系ZnO压敏电阻存在的这些缺点，这就需要掺入大量的添加剂保证Bi系ZnO压敏电阻获得高性能。为了避免Bi系ZnO存在的问题，人们对Pr系znO压敏电阻进行了大量的研究。本文对现有关于Pr系ZnO压敏电阻的研究进行总结，分析了掺杂元素和烧结制度对ZnO压敏电阻电学性能的影响。
1 掺杂元素对Pr 系ZnO 压敏电阻性能的影响
ZnO 是ZnO 压敏电阻的基础材料，白色粉末，晶体结构为六方晶系，铅锌矿形。依据晶体置换固溶原理，固溶取决于离子半径、原子价、化学亲和力和结构类型。比Zn 2+半径小或相差不大的离子可与Zn 2+发生替位式固溶或形成填隙原子。一价、二价、三价、五价金属阳离子易与Zn 2+固溶，同周期的金属阳离子也易与Zn 2+发生固溶。
1.1 掺杂元素对Pr 系ZnO 压敏晶粒大小和压敏电压的影响
从表1中，我们可以发现如果掺杂元素的离子半径与Zn 的离子半径接近或小于Zn 离子半径，掺杂元素一般固溶在ZnO 晶粒中。这时掺杂对ZnO 晶粒生长有促进作用。如MgO 、Al 2O 3 、CoO/Co 3O 4 、NiO 掺杂。这其中的原因可能是由于烧结过程中这些掺杂的元素使液相形成温度降低，从而在相同的烧结温度下，掺杂的元素在烧结过程中起到了促进晶粒生长的作用。Naoki Wakiya 的研究表明，在ZnO-Pr 2O 3二元体系中，液相最低在1382±5℃形成【38】。然而当掺入Co 后，液相形成温度降低，当Co/Pr 比值大于1/4时液相形成温度为1350℃【21】。
对于MnO 2 、Sb 2O 3 掺杂，虽然它们的离子小于或与Zn 的离子半径大小接近 ，然而他们却未起到促进晶粒长大的作用。有研究表明MnO 2 、Sb 2O 3掺杂，掺杂元素虽然容易固溶在ZnO 晶粒中，但在烧结过程中它们同时和Pr 6O 11、ZnO 发生反应，分别形成Pr （Mn 1-x Zn x ）O 3、和Pr 3Zn 2Sb 3O 4尖晶石相抑制ZnO 晶粒生长
【33】
。
表1：掺杂元素对晶粒大小和压敏电压的影响【6-37】
对于与Zn 离子相比离子半径很大的掺杂元素，它们很难与ZnO 发生固溶，在烧结过程中偏析在ZnO 晶界处，这些偏析在ZnO 晶界处的氧化物，起到“钉扎”作用，抑制ZnO 晶粒生长，同时有些掺杂元素可能与其它相反应生成尖晶石相起到抑制ZnO 晶粒生长的作用
【6-37】
。
掺杂物质 离子半径nm
（Zn ：0.074）
掺杂物质主
要存在位置 对平均晶粒 大小的影响 对压敏电 压的影响 MgO 0.072 ZnO 晶粒中 稍有促进、影响不大 稍有增大 Al 2O 3 0.054 ZnO 晶粒中 促进晶粒长大的作用 稍有增大 K 2O 0.138 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 Cr 2O 3 0.616 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 MnO 2 0.053 晶间相 影响不大，稍有抑制 稍有增大 CoO/Co 3O 4 0.075 ZnO 晶粒中 促进晶粒长大的作用 减小 NiO 0.069 ZnO 晶粒中 促进晶粒长大的作用 影响不大 Y 2O 3 0.102 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 Sb 2O 3 0.076 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 Nd 2O 3 0.111 晶间相 影响不大，稍有抑制 增大 Tb 4O 7 0.104 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 Dy 2O 3 0.119 晶间相 抑制晶粒长大的作用 增大 Er 2O 3
0.189
晶间相
抑制晶粒长大的作用
增大
压敏电阻的晶粒尺寸对压敏电压有很大的影响。从表中可以发现压掺杂元素对敏电压的影响与对晶粒大小的影响成相反趋势。晶粒长大，则压敏电压减小；晶粒变小，则压敏电压变大。有试验表明：每个晶界的击穿电压g U 接近一个常数，约为3V 。单位厚度的压敏电压可用下式表示为
1//mA g g U mm U N U d =?=
式中1/m A U m m ——单位厚度的压敏电压 N ——单位厚度的晶粒数
由式可见，晶粒尺寸与单位厚度压敏电压成反比，晶粒尺寸越大，单位厚度压敏电压则越低
【39】
。
1.2 掺杂对非线性系数和漏电流的的影响
表2：掺杂对非线性系数和漏电流的的影响【6-37】
掺杂物质 对非线性系数的影响
对漏电流的影响
Al 2O 3 先增大后减小
逐渐增大 Cr 2O 3 增大 减小 CoO
先增大后减小
先减小后增大
NiO 减小
增大
Y 2O 3 增大 减小 Nd 2O 3 先增大后减小
先减小后增大 Tb 4O 7 增大 先减小后增大 Dy 2O 3 先增大后减小 先减小后增大 Er 2O 3
先增大后减小
先减小后增大
对于Al 掺杂由于发生置换固溶，发生'23A l 223ZnO
X
Zn o O Al e O ????→++反应。Al 3+的离
子半径比Zn 2+的离子半径小，所以Al 的掺杂通过失去电子导致载流子浓度增加。Al 掺杂为
施主掺杂。随着Al 掺杂含量的增加势垒高度先增加后减小，从而使a 先增大后减小【34、35】。
2 烧结温度和保温时间对ZnO压敏电阻性能的影响
从表3、4中可以发现无论是烧结温度的提高或是保温时间的增加都会使晶粒大小增大。这是因为提高烧结温度，无论对固相扩散或对溶解-沉淀等传质都是有利的，同时有利于液相的重结晶作用，会促进晶粒长大【50】。对于ZnO压敏电阻陶瓷材料，提高烧结温度和增加保温时间都会使晶粒尺寸变大，压敏电压减小【40-51】。
从表3、4中可以发现无论是烧结温度的提高或是保温时间的增加都会使漏电流增大，非线性减小。这是由于随着烧结温度的提高，相应样品的晶界的电阻率减小。而晶粒的电阻率基本上是定值，与烧结温度、晶粒大小无关。由于样品的晶界的电阻率随着烧结温度的增高而减小，样品的漏电流逐渐增大。非线性系数的大小强烈的受晶界电阻率的影响，随着晶粒大小的增大而减小。随着晶界的电阻率减小而减小。【51】
表3：烧结温度对ZnO压敏电阻性能的影响【43、45、47-49】
表4：保温时间对ZnO压敏电阻性能的影响【40-42、44、46】
配方保温时间晶粒大小压敏电压非线性系数漏电流
96.5mol%ZnO+0.5molPr
6O
11
+
2.0mol%CoO
+0.5mol%Cr
2O
3
+0.5mol%Dy
2
O
3
1350℃ in air
分别保温：1、2、
3hrs
增大减小减小增大
97.5mol%ZnO+0.5molPr
6O
11
+
1.0mol%CoO
+0.5mol%Cr
2O
3
+0.5mol%Y
2
O
3
1350℃ in air
分别保温：1、2、
3hrs
增大减小减小增大
97.5mol%ZnO+0.5molPr
6O
11
+
1.0mol%CoO
+0.5mol%Cr
2O
3
+0.5mol%Er
2
O
3
1345℃ in air
分别保温：1、
2hrs
增大减小减小增大配方烧结温度晶粒大小压敏电压非线性系数漏电流
98mol%ZnO+0.5molPr
6O
11
+
1.0mol%CoO
+0.5mol%Dy
2O
3
1300-1350℃增大减小减小增大
97.5mol%ZnO+0.5mol%Pr
6O
11
+
1.0mol%CoO+0.5mol%Cr
2O
3 +
0.5mol%Nd
2O
3
1300-1350℃增大减小减小增大
97.0mol%ZnO+0.5mol%Pr
6O
11
+
1.0mol%CoO+0.5mol%Cr
2O
3 +
1.0mol%Dy
2O
3
1230-1300℃增大减小减小增大
95.7mol%ZnO+0.4molPr
6O
11
+
1.5mol%CoO+0.4mol%Cr
2O
3 +
1.5mol%Dy
2O
3
+0.5mol%SiO
2
1150-1350℃增大减小减小增大
98mol%ZnO+0.5molPr
6O
11
+
1.0mol%CoO+0.5mol%Cr
2O
3 +
1.0mol%La
2O
3
1240-1300℃增大减小减小增大
对Pr系ZnO压敏电阻电阻的研究主要是针对各种氧化物掺杂对ZnO压敏电阻材料的影响。本文对现有关于Pr系ZnO压敏电阻的研究进行总结，分析了掺杂元素和烧结制度对ZnO压敏电阻性能的影响。希望能够为以后Pr系ZnO压敏电阻材料研究起到一定的指导作用。
[1] Matsuoka M. Non-omic properties of Zinc Oxide ceramics. Jpn. J. Appl. Phys., 1971, 10: 736-746.
[2] Tapan K. Gupta. Application of Zinc Oxide Varistor. J. Am. Cerum. Soc., 1990, 73(7): 1817-1840.
[3] RMetz, H De lalu, J R Vignalou, Electrical Properties of varistor in relation to their true bismuth composition after sintering. Mater Chem Phys, 2000, 63: 157-162
[4] K A L Abdullah, A Bui and A Loubiere, Low frequency and low temperature behavior of ZnO-based varistor by ac impedance measurements. J Appl Phys, 1991, 69(7): 4046-4052
[5] Y. S. Lee, T. Y. Tseng, J. Am. Ceram. Soc. 1992, 75: 1636
[6] Nahm, Choon-Woo, Influence of CoO on stability of nonlinear electrical properties and dielectric characteristics in Pr6O11-based ZnO varistor ceramics. Materials Science and Engineering B, 2006, 133: 91-97 [7] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of Y2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. Materials Letters, 2003, 57(7): 1317-1321
[8] Nahm, Choon-Woo, Effect of La2O3 addition on microstructure and electrical properties of
ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. Journal of Materials Science, 2005, 16(6): 345-349
[9] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of Dy2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. Materials Letters, 2004, 58(17-18): 2252-2255
[10] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-Dy2O3-based varistor ceramics. Journal of Materials Science, 2004, 39(1): 307-309
[11] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of Y2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. Materials Chemistry and Physics, 2001, 82(1): 157-164
[12] Nahm, Choon-Woo, The electrical properties and d.c. degradation characteristics of Dy2O3doped
Pr6O11-based ZnO varistors. Journal of the European Ceramic Society, 2001, 21(4): 545-553
[13] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and varistor properties of ZnO-Pr6O11-CoO-Nd2O3 based ceramics. Journal of Materials Science Letters, 2000, 19(4): 271-274
[14] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and nonlinear electrical properties of
ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-La2O3-based varistors. Journal of Materials Science, 2005, 40(23): 6307-6309
[15] Park, J.S, Effects of Y2O3 on the microstructure and electrical properties of Pr-ZnO varistors. Journal of Materials Science, 2005, 16(4): 215-219
[16] Nahm, Choon-Woo, Nonlinear electrical properties and DC-accelerated aging characteristics of
Dy2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistors. Materials Letters, 2004, 58(26): 3358-3361
[17] Nahm, Choon-Woo, Effect of Er2O3 addition on the microstructure, electrical properties, and stability of
Pr6O11-based ZnO ceramic varistors. Journal of Materials Science, 2001, 36(7): 1671-1679
[18] Nahm, Choon-Woo, Nonlinear properties and stability of ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-Er2O3 ceramic varistors. Materials Letters, 2001, 47(3): 182-187
[19] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-Dy2O3-based varistors. 2004, 58(6): 849-852
[20] Nahm, Choon-Woo, ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-Er2O3-based ceramic varistors with high stability of nonlinear properties. Journal of Materials Science Letters, 2002, 21(3): 201-204
[21] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering time on stability of nonlinear properties in Dy2O3-doped
ZnO-Pr6O11-phased varistors. Materials Letters, 2004, 58(29): 3769-3773
[22] Nahm, Choon-Woo, Nonlinear electrical properties and DC accelerated aging characteristics of
ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-Dy2O3-based varistors. Solid State Communications, 2003, 127(5): 389-393
[23] Nahm, Choon-Woo, Electrical properties and stability of Dy2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistors. Journal
of Materials Science, 2006, 41(20): 6822-6829
[24] Nahm, Choon-Woo, Influence of La2O3 additives on microstructure and electrical properties of
ZnO-Pr6O11-CoO-Cr2O3-La2O3-based varistors. Materials Letters, 2005, 59(16): 2097-2100
[25] Nahm, Choon-Woo, Electrical properties and stability of praseodymium oxide-base ZnO varistor ceramics doped with Er2O3, Journal of the European Ceramic Society, 2003, 23(8): 1345-1353
[26] Nahm, Choon-Woo, Effect of CoO on nonlinear electrical properties of praseodymia-based ZnO varistors. Materials Letters, 2006, 60(2): 164-167
[27] Nahm, Choon-Woo, Electrical properties and stability against DC accelerated aging stress of ZPCCE-based varistor ceramics. Journal of Materials Science, 2004, 15(1): 29-36
[28] Nahm, Choon-Woo, The effect of CoO addition on electrical properties and DC accelerated aging behaviors of Zn-Pr-Co-Cr-Dy oxides-based varistors. Materials Chemistry and Physics, 2004, 88: 318-325
[29] Varma, H.K, Effect of K2O on the sintered microstructure of praseodymium-doped ZnO varistors. Journal
of Materials Science Letters, 1989, 8(8): 974-976
[30] Nahm, Choon-Woo, Electrical properties and stability against DC accelerated aging stress of lanthania doped praseodymia-based zinc oxide varistor ceramics. Journal of Materials Science, 2006, 41(22): 7272-7278 [31] Nahm, Choon-Woo, The nonlinear properties and d.c. degradation characteristics of ZPCCE-based varistors. Journal of Materials Science Letters, 2001, 20(5): 393-395
[32] Nahm, Choon-Woo, Microstructure, electrical properties, and degradation behavior of praseodymium oxides-based zinc oxide varistors doped with Y2O3. Journal of Materials Science, 2000, 35(12): 3037-3042 [33] Hng, H.H., Microstructure and current-voltage characteristics of praseodymium-doped zinc oxide varistors containing MnO2, Sb2O3 and Co3O4. Journal of Materials Science, 2002, 37(6): 1143-1152
[34] Park JA, Effect of Al2O3 on the electrical properties of ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. PHYSICA
B-CONDENSED MATTER, 2008, 403(3): 639-643
[35] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of Al2O3-doped ZPCCYA-based varistors. MATERIALS LETTERS, 2008, 62: 2900-2903
[36] Nahm, Choon-Woo, Electrical properties and stability of Tb-doped zinc oxide-based nonlinear resistors. SOLID STATE COMMUNICATIONS, 2007, 14(12): 685-690
[37] Nahm, Choon-Woo, Microstructure and electrical properties of Tb-doped zinc oxide-based ceramics. JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, 2007, 353: 2954-2957
[38] Naoki Wakiya, Effect of liquid phase and vaporization on the formation of microstructure of Pr doped ZnO varistor. Journal of Electroceramics, 1999, 4(S1):, 15-23
[39] 陈志清, 谢恒堃氧化锌压敏瓷及其在电力系统中的应用. 1992
[40] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering time on varistor properties of Dy2O3-doped ZnO-Pr2O11-based ceramics. Materials Letters, 2004, 58(26):3297-3300
[41] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering time on electrical properties and stability against DC accelerated aging of Y2O3-doped ZnO-Pr6O11-based varistor ceramics. Ceramics International, 2004, 30(1): 9-15
[42] Nahm, Choon-Woo, Influence of sintering time on electrical and dielectric behavior, and DC accelerated aging characteristics of Dy3+-doped ZnO-Pr 6O11-based varistors. Materials Chemistry and Physics, 2005, 94:
275-282
[43] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering temperature on nonlinear electrical properties and stability against DC accelerated aging stress of (CoO, Cr2O3, La2O3)-doped ZnO-Pr6O11-based varistors. Materials Letters, 2006, 60(28): 3311-3314
[44] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering time on stability of nonlinear properties in Dy2O3-doped
ZnO-Pr6O11-phased varistors. Materials Letters, 2004, 58(29): 3769-3773
[45] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering temperature on electrical properties and stability of Pr6O11-based ZnO varistors. Journal of Materials Science, 2002, 13(2): 11-120
[46] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering time on electrical characteristics and DC accelerated aging behaviors of Zn-Pr-Co-Cr-Dy oxide-based varistors. Journal of Materials Science, 2005, 16: 725-732
[47] Nahm, Choon-Woo, The effect of sintering temperature on electrical properties and accelerated aging behavior of PCCL-doped ZnO varistors. Materials Science and Engineering B, 2007, 136: 134-139
[48] Nahm, Choon-Woo, Nonlinear current-voltage properties and accelerated aging behavior of ZPCCL-based varistors with sintering temperature. Materials Letters, 2007, 61(27): 4950-4953
[49] Nahm, Choon-Woo, Effect of sintering temperature electrical properties of ZNR doped with Pr-Co-Cr-La. CERAMICS INTERNATIONAL, 2008, 34(6): 1521-1525
[50] 陆佩文, 无机材料科学基础. 武汉理工大学出版社1996
[51] Cai, Jingnan, Sintering temperature dependence of grain boundary resistivity in a rare-earth-doped ZnO varistor, Journal of the American Ceramic Society. 2007, 90(1): 291-294
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用 压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。 1 氧化锌压敏电阻电性能参数 1.1 压敏电压U 1mA 压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。 1.2 最大连续工作电压MCOV 最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U D C 或最大交流电压有效值 U RMS 。最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。 1.3 漏电流 I L 漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。 一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。 1.4 非线性指数α 非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。 它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。α在预击穿区和击穿区是不同的，一般所指是预击穿区的非线性系数。IEC 规定： )/l g (1 1.01mA mA U U =α（瓷片直径7mm 及以上的压敏电阻） )/lg(1 01.01.0mA mA U U =α（瓷片直径5mm 的压敏电阻） IEC 规定的非线性指数实际上只能表示压敏电阻在0.1mA~1mA 或0.01mA~0.1mA 之间的平均非线性指数。由于击穿区的特性接近于直线，而且上述电流区域处于击穿区内，因此IEC 规定的非线性指数可以近似地表示压敏电阻击穿后的整体非线性特性的好坏。 1.5 电压比 电压比指压敏电阻器的电流为1mA 时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA 时产生的电压值之比。 1.6 残压 U R 残压 U R 是指特定波形的浪涌电流流入压敏电阻器时，它两端电压的峰值。一般来说，
压敏电阻的工作原理的作用 对于我们设备中使用的压敏电阻，原选用型号为14D101K，实际运行3个月中，此型号压敏电阻经常烧毁。后改为14D121K，实际运行3个月，没有发现烧坏。所以，为指导以后工作，整理并学习此资料，并在整理过程中，发现压敏电阻不应该直接并接在元件的输入端。具体压敏电阻的资料如下 一、压敏电阻的原理 压敏电阻意思是”在一定电流电压范围内电阻值随电压而变”，或者是说”电阻值对电压敏感”的阻器。相应的英文名称叫“VoltageDependentResistor”简写为“VDR”。 随着加在它上面的电压不断增大，它的电阻值可以从MΩ(兆欧)级变到mΩ(毫欧)级。当电压较低时，压敏电阻工作于漏电流区，呈现很大的电阻，漏电流很小;当电压升高进入非线性区后，电流在相当大的范围内变化时，电压变化不大，呈现较好的限压特性;电压再升高，压敏电阻进入饱和区，呈现一个很小的线性电阻，由于电流很大，时
间一长就会使压敏电阻过热烧毁甚至炸裂。正常使用时压敏电阻处于漏电流区，受到浪涌冲击时进入非线性区泄放浪涌电流，一般不能进入饱和区 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的”氧化锌”(ZnO)压敏电阻器，它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 二、压敏电阻的作用 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值”UN”时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流(如雷击等)而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备;当电压低于压敏
气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路原理 上传者：dolphin 由于压敏电阻（VDR）具有较大的寄生电容，用在交流电源系统，会产生可观的泄漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因泄漏电流变大可能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。图1 中，将压敏电阻与气体放电管串联，由于气体放电管寄生电容很小，可使串联支路的总电容减至几个pF。在这个支路中，气体放电管将起一个开关作用，没有暂态电压时，它能将压敏电阻与系统隔开，使压敏电阻几乎无泄漏电流。但这又带来了缺点就是反应时间为各器件的反应时间之和。例如压敏电阻的反应时间为25ns，气体放电管的反应时间为100ns，则图2 的R2、G、R3 的反应时间为150ns，为改善反应时间加入R1 压敏电阻，这样可使反应时间为25ns。 金属氧化物压敏电阻（MOV）的电压-电流特性见图3，金属氧化物压敏电阻（MOV）特性参数见表1。气体放电管（GDT）的电压-电流特性见图4，气体放电管（GDT）特性参数见表2。
金属氧化物压敏电阻（MOV）特性参数 由于浪涌干扰所致，一旦加在气体放电管两端的电压超过火花放电电压（图4 的u1）时，放电管内部气体被电离，放电管开始放电。放电管端的压降迅速下降至辉光放电电压（图4 的u2）（u2 在表2 中的数值为140V 或180V，与管子本身的特性有关），管内电流开始升高。随着放电电流的进一步增大，放电管便进入弧光放电状态。在这种状态下，管子两端电压（弧光电压）跌得很低（图4的u3）（u3 在表2 中数值为15V 或20V，与管子本身的特性有关），且弧光电压在相当宽的电流变动范围（从图4 的i1→i2 过程中）内保持稳定。因此，外界的高电压浪涌干扰，由于气体放电管的放电作用，被化解成了低电压和大电流的受保护情况（u3 和i2），且这个电流（从图4 的i2→i3）经由气体放电管本身流回到干扰源里，免除了干扰对灯具可能带来的危害。随着浪涌过电压的消退，流过气体放电管的电流降到维持弧光放电状态所需的最小值以下（约为10mA~100mA，与管子本身的特性关）,弧光放电便停止，并再次通过辉光放电状态后，结束整个放电状态（熄弧）。
《氧化锌避雷器基本原理和作用》氧化锌避雷器基本原理： 氧化锌避雷器是目前国际上理想的过电压保护器，它采用了氧化锌电阻为主要元件，与传统的碳化硅避雷器相比，大大改无间隙避雷器。因此带来了电器结构特点的根本变化。 当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅是微安级，当遭受过电压时，避雷器优异的非线性特性发挥了作用，流释放过电压能量，从而防止了过电压对输变电设备的侵害。氧化锌避雷器作用：避雷器的主要作用是保护电气设备免受雷电侵入波过电压和操作过电压对其设备的绝缘损坏。 第二篇：关于氧化锌避雷器带电测量的探讨摘要：氧化性避雷器在运行中，由于阀片老化以及经受热和冲击破坏会引起故障，必须对其进行及时的预试，而相邻的电器主设备往往不能及时停运，因而必须采用带电测量的方法对氧化锌避雷器进行测量。在测量中，因不能停电，方法不当、外界电磁干扰等因素往往对试验结果产生很大的影响，采用合理的试验方法，消除因相邻设备带电而带来的电磁干扰显得尤为重要。 关键词：氧化锌避雷器;带电测量;阻性电流分量 引言 氧化锌避雷器因其优越的过电压保护特性而逐步取代了老式的阀式避雷器，在电力系统中得到广泛应用。但氧化锌避雷器阀片老化以及经受热和冲击破坏会引起故障，严重时可能会导致爆炸，避雷器
击穿还会导致变电站母线短路，影响系统安全运行。因此，必须对运行中的氧化锌避雷器进行严格有效的检测和定期预防性试验，开展氧化锌避雷器在线监测。由于氧化锌避雷器预试（特别是主变三侧避雷器）必须停运主设备，会影响设备的运行可靠性，而且有时受运行方式的限制无法停运主设备，导致避雷器不能按时预试。因此，氧化锌避雷器的带电测试与在线监测显得尤为重要。 一、氧化锌避雷器的工作原理 氧化锌zno避雷器是20世纪70年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的;当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。 二、氧化锌避雷器带电测试的理论依据 1.氧化锌避雷器带电测试的重要性 氧化锌避雷器在运行中由于其阀片老化、受潮等原因，容易引起故障，这将导致主设备得不到保护，严重时可能发生爆炸，影响系统的安全运行。而氧化锌避雷器预试必须停运主设备，会影响设备的运行可靠性，而且有时受运行方式的限制无法停运主设备，导致避雷器
压敏电阻如何能起到高压保护的作用？ 悬赏分：0 - 解决时间：2007-2-1 10:53 例如一个360v的压敏电阻如何知道它的的阀门电压？压敏电阻串一个16K的电阻能否接在L与N之间起到过压保护的功能呢？ 提问者：fier180 - 见习魔法师二级最佳答案 “压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。 2、压敏电阻电路的“安全阀”作用 压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 3、应用类型 不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同， 因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。 根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。 3.1保护用压敏电阻 （1）区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。（2）根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。 （3）根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。 ★浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。 ★高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。 ★高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。 压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的"一次性"保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。 3.2电路功能用压敏电阻 压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作： （1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。 （2）电压波动检测元件。 （3）直流电瓶移位元件。 （4）均压元件。 （5）荧光启动元件
探究掺杂二氧化钛对氧化锌压敏陶瓷 的影响 个人项目总结 学院材料与化学工程学院 专业无机非金属材料与工程 班级 13级无机非2班 指导教师徐海燕 提交日期 2016、1、2 在大三刚开学的时候，李燕老师对我们说我们大三的学生要做一
个CDIO项目，刚听到这个消息的时候，我的心里就在想“完了，自己的实践能力不好，以前从来没有做过这种项目，怎么办呢”，当时不知道怎么办，就按照老师的说法去找指导老师，我和室友一起找的老师是徐海燕老师，刚开始去见老师的时候，什么都没有准备，被老师教育了一顿，后来我们在去见老师的时候，都是先准备好每个人要说的东西，然后这样就不会害怕了，就这样在老师的指导下，我们一点一点把实验给做完，得到了我们想要的东西，在这次试验中，我学到了“学中做，做中学”实验原则和团队合作的实验精神，刚开始做实验的时候，我们一窍不懂，对要做什么，怎么去做一点都不了解，从最开始的实验任务布置下来，到去图书馆网上查找文献资料，再到实验方案的设计，以及后来的实验具体操作过程，我从中间的过程学到了很多知识，从对实验的一无所知，到后来知识的一点一点总结，我感觉到从书本上学到的知识得到了充分的运用。 我们一大组有十个人，后来因为实验的需要，我们学要不同条件下的实验结果，所以我们这一大组分成了三个小组，我们这组有四个人，在我们这四个人之中，每个人都有自己的任务，在每一次老师布置任务下来之后，我们都会分工好每个人需要做的东西，这样每个人都有事情可做，避免了有人偷懒的情况。 经过了差不多一个学期的实验，CDIO就快要结束了，结题汇报很快就要进行了，在整个CDIO项目期间，我感觉最重要的不是实验结果，而是实验过程让我们学到了些什么，需要掌握的知识，实验态度，
压敏电阻的原理、选型及设计实例分析压敏电阻的设计 与选型 2013/4/11 16:44:30 关键词：传感技术过电压压敏电阻器保护器 目前压敏电阻绝大多数为氧化锌压敏电阻，本文就不要以氧化锌压敏电阻来介绍原理、选型以及应用实例。 压敏电阻的原理 ZnO压敏电阻实际上是一种伏安特性呈非线性的敏感元件，在正常电压条件下，这相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏。 它的伏安特性是对称的，如图(1)a 所示。这种元件是利用陶瓷工艺制成的，它的内部微观结构如图(1)b 所示。微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元，每个单元击穿电压大约为3.5V，如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。串联的单元越多，其击穿电压就超高，基片的横截面积越大，其通流容量也越大。压敏电阻在工作时，每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量，而不象齐纳二极管那样只是结区承受电功率，这就是压敏电阻为什么比齐纳二极管能承受大得多的电能量的原因。 图1 压敏电阻伏安特性 压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端，如图(2)所示。
图2 压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端 压敏电阻的Zv与电路总阻抗（包括浪涌源阻抗Zs）构成分压器，因此压敏电阻的限制电压为 V=VsZv/(Zs+Zv)。Zv的阻值可以从正常时的兆欧级降到几欧，甚至小于1Ω。由此可见Zv在瞬间流过很大的电流，过电压大部分降落在Zs上，而用电器的输入电压比较稳定，因而能起到的保护作用。图(3)所示特性曲线可以说明其保护原理。直线段是总阻抗Zs，曲线是压敏电阻的特性曲线，两者相交于点Q，即保护工作点，对应的限制电压为V，它是使用了压敏电阻后加在用电器上的工作电压。Vs为浪涌电压，它已超过了用电器的耐压值VL，加上压敏电阻后，用电器的工作电压V小于耐压值VL，从而有效地保护了用电器。不同的线路阻抗具有不同的保护特性，从保护效果来看，Zs越大，其保护效果就越好，若Zs=0，即电路阻抗为零，压敏电阻就不起保护作用了。图(4)所描述的曲线可以说明Zs与保护特性之间的关系。 图3 压敏电阻特性曲线
压敏电阻原理概述 本文就氧化锌压敏电阻的原理、特性、正确选用等问题进行简介，并提供一些应用电路实例供各位参考。 ZnO压敏电阻实际上是一种伏安特性呈非线性的敏感元件，在正常电压条件下，这相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏，它的伏安特性是对称的，如图(1)a 所示。这种元件是利用陶瓷工艺制成的，它的内部微观结构如图(1)b 所示。微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元，每个单元击穿电压大约为 3.5V，如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。串联的单元越多，其击穿电压就超高，基片的横截面积越大，其通流容量也越大。压敏电阻在工作时，每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量，而不象齐纳二极管那样只是结区承受电功率，这就是压敏电阻为什么比齐纳二极管能承受大得多的电能量的原因。 压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端，如图(2)所示 压敏电阻的Zv与电路总阻抗（包括浪涌源阻抗Zs）构成分压器，因此压敏电阻的限制电压为V=VsZv/(Zs+Zv)。Zv的阻值可以从正常时的兆欧级降到几欧，甚至小于1Ω。由此可见Zv在瞬间流过很大的电流，过电压大部分降落在Zs上，而用电器的输入电压比较稳定，因
而能起到的保护作用。图(3)所示特性曲线可以说明其保护原理。直线段是总阻抗Zs，曲线是压敏电阻的特性曲线，两者相交于点Q，即保护工作点，对应的限制电压为V，它是使用了压敏电阻后加在用电器上的工作电压。Vs为浪涌电压，它已超过了用电器的耐压值VL，加上压敏电阻后，用电器的工作电压V小于耐压值VL，从而有效地保护了用电器。不同的线路阻抗具有不同的保护特性，从保护效果来看，Zs越大，其保护效果就越好，若Zs=0，即电路阻抗为零，压敏电阻就不起保护作用了。图(4)所描述的曲线可以说明Zs与保护特性之间的关系。
??AUMOV????LV UltraMOV??? 儎???????????? ???? ???????? ????
2 https://www.doczj.com/doc/713394890.html, 3 AUMOV?系列压敏电阻介绍5 LV UltraMOV?压敏电阻系列介绍6 压敏电阻基础 8 汽车MOV 背景信息和应用例举 11 LV UltraMOV?背景信息和应用例举13 低压直流 MOV 选型16 瞬态浪潮抑制技术 18 金属氧化物压敏电阻（MOV ）介绍18 压敏电阻串、并联 21 附件：技术规格和零件号相互参照 本文件的技术规格说明和说明性材料为出版时所知的最准确的描述，如有变更，恕不另行通知。 更多信息，请访问https://www.doczj.com/doc/713394890.html, 。
https://www.doczj.com/doc/713394890.html, 3 AUMOV TM 系列压敏电阻介绍 以上器件有以下规格： ? 磁盘大小： 5mm, 7mm, 10mm, 14mm, 20mm ? 额定工作电压：16–50VDC 额定浪涌电流：400－5000A （8/20ps ）? ? 额定助推起动功率：6－100焦耳? 额定负载突降: 25–35 V AUMOV TM 系列特点 ? 符合AEC-Q200（表10）的规定? 强劲的负载突降和助推起动功率? 通过UL 认证（可选环氧树脂涂层） ? 较高的工作温度：最高达125°C （可选酚醛树脂涂层）? 较高的额定峰值浪涌电流和能量吸收能力 AUMOV TM 系列的优点 ? 符合汽车行业要求? 符合ISO 7637-2的规定 ? 有助于电路设计员符合UL1449标准? 适合高温环境和应用 ? 卓越的浪涌保护和能量吸收能力，提高了产品的安全性? 具有通过TS16949认证的生产器件 AUMOV?系列压敏电阻是专为保护低压（12VDC 、24VDC 和42VDC ）汽车系统的电路而设计的。该系列压敏电阻有5种磁盘规格，径向引线可选择环氧树脂涂层或酚醛树脂涂层。汽车MOV 压敏电阻符合AEC-Q200（表10）的规定，能够提供强劲的负载突降、实现助推起动、产生额定峰值浪涌电流以及具有高能量吸收能力。
【集成电路(IC)】氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用 【集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数】 “压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。 一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性 氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。它的微观结构如图1所示。氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。图2是压敏电阻器的等效电路。
氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如图3所示： 预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。 击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即： I=CVα 其中I通过压敏电阻器的电流C与配方和工艺有关的常数 V压敏电阻器两端的电压α为非线性系数，一般大于30 由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。 上升区：当过电压很大，使得通过压敏电阻器的电流大于约100A/cm2时，压敏电阻器的伏安特性主要由晶粒电阻的伏安特性来决定。此时压敏电阻器的伏安特性呈线性电导特性，即： I=V/Rg 上升区电流与电压几乎呈线性关系，压敏电阻器在该区域已经劣化，失去了其抑制过电压、吸收或释放浪涌的能量等特性。 根据压敏电阻器的导电机理，其对过电压的响应速度很快，如带引线式和专用电极产品，一般响应时间小于25纳秒。因此只要选择和使用得当，压敏电阻器对线路中出现的瞬态过电压有优良的抑制作用，从而达到保护电路中其它元件免遭过电压破坏的目的。 二、特点 (1) 通流容量大 (2) 限制电压低 (3) 响应速度快 (4) 无续流 (5) 对称的伏安特性(即产品无极性) (6) 电压温度系数低 三、氧化锌压敏电阻器应用及注意事项 1、氧化锌压敏电阻器应用原理 压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈
压敏电阻的作用及原理 2008-08-11 20:08 压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通。由于压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。被广泛应用于电子设备防雷。 主要参数： *残压：压敏电阻在通过规定波形的大电流时其两端出现的最高峰值电压。 *通流容量：按规定时间间隔与次数在压敏电阻上施加规定波形电流后，压敏电阻参考电压的变化率仍在规定范围内所能通过的最大电流幅值。 *泄漏电流：在参考电压的作用下，压敏电阻中流过的电流。 *额定工作电压：允许长期连续施加在压敏电阻两端的工频电压的有效值。而压敏电阻在吸收暂态过电压能量后自身温度升高，在此电压下能正常冷却，不会发热损坏。 压敏电阻的不足： （1）寄生电容大压敏电阻具有较大的寄生电容，一般在几百至几千微微法的范围。在高频信号系统中会引起高频信号传输畸变，从而引起系统正常运行。 （2）泄漏电流的存在压敏电阻的泄漏电流指标既关系到被保护电子系统的正常运行，又关系到压敏电阻自身的老化和使用寿命。 压敏电阻的损坏形： （3）当压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路。 压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。 2、压敏电阻电路的“安全阀”作用 压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 3、应用类型 不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同， 因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。 根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。 3.1保护用压敏电阻 （1）区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。 （2）根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。 （3）根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型
附 录 A （资料性附录） 工作寿命的鉴定和维护评定程序和方法 A.1 概述 MOV 的工作寿命评定，包括三个方面： a) 在最高工作温度和最大连续工作电压（U/T 应力）下的失效前平均时间（MTTF ）。 实验证明，在最高工作温度和最大连续工作电压下，MOV 的失效率()t λ接近常数，因此可以采用“失效率抽样方案和程序”（GJB2649A-2011）进行MTTF 的初始鉴定，以及失效率等级的维持和升级。 寿命年限按市场需要，优先值确定为5、10、15、20、30年。 b) 脉冲电流寿命 MOV 的脉冲电流寿命，以电流峰值（P I ）、脉冲等效方波宽度（τ）和能够耐受的次数（n ）三者的数量关系来表达, (),P I f n τ=。依据实际使用要求，若无特别规定，τ的数 值范围是17.5 μs ～10 ms ， n 的数值范围是1～106 次。 实验证明，MOV 在脉冲电流应力下的失效分布是Weibull 分布，从这个分布函数，可以计算出“特征寿命”，“平均寿命”，“中位寿命”和最小寿命。若无特别规定，寿命次数n 是指中位寿命med n ,在必要时可以规定最小寿命min n 。 c) 脉冲寿命次数转换到MOV 在安装地点的寿命年限。 A.2 U/T 应力下,失效前平均时间（MTTF ）的评定程序和方法 A.2.1 鉴定试验 A.2.1.1 鉴定试验抽样表 依据要求的寿命（年）或MTTF 值，置信度，和允许试验失效数，从表D.1，确定试验的累积元件-小时数【NH 】。 表A.1 MTTF 鉴定试验抽样表
A.2.1.2 试验装置 U/T试验装置图见图C.1。 说明： VS——可调直流电源，稳定度0.5%，交流文波＜1%，输出电流能力≥100 mA； VR——被试验压敏电阻器； TCC——恒温试验箱，±2 K； J——样品超流切断继电器； DISP——显示屏； CM——电流/功率测量电路； CON——超流检测电路； RY——电流测量电阻（若无特别规定，RY=100 Ω～500 Ω）。 图A.1 U/T应力试验装置 A.2.1.3 样品失效判据 样品失效判据如下： a)试验中超流继电器动作的样品，判定为失效； b)试验后压敏电压测量值应等于或小于0.9倍初始值的样品，判定为失效； c)试验后限制电压值等于或大于1.1倍初始值的样品，判定为失效。 A.2.1.4 确定试验时间和样品数量 a)试验时间：除非另有规定，鉴定试验时间为2000hrs。 注：寿命试验时间应满足两个要求：第一，有足够多的试样参数产生退化；第二，能区别真实老化效应与随机干扰因素。MOV的早期失效出现在（0 hrs～750hrs）试验时间内，因此寿命试验时间应明显多于750hrs。 b)样品数量：样品数量有1)、2)两种方案规定。
压敏电阻的测量：压敏电阻一般并联在电路中使用，当电阻两端的电压发生急剧变化时，电阻短路将电流保险丝熔断，起到保护作用。压敏电阻在电路中，常用于电源过压保护和稳压。测量时将万用表置10k档，表笔接于电阻两端，万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值，如果超出这个数值很大，则说明压敏电阻已损 压敏电阻标称参数 压敏电阻用字母“MY”表示，如加J为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。 1、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10－9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2V AC，式中，Vp为电路额定电压的峰值。V AC为额定交流电压的有效值。ZnO 压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V，则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V，V1mA=2.2V AC=2.2×220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在470－480V之间。 2、所谓通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用2－20KA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。 压敏电阻器的应用原理 压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。 压敏电阻的选用 选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在25℃条件下，当施加最大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8／20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流（8／20μs）波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm（或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。 3.1 标称电压选取 一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：
爱普科斯PowerPoint Design Template add your subheading 资料由深圳市宇特科技提供制作 SIOV metal oxide varistors
术语 压敏电阻： 受电压影响的电阻器，也称作VDR。如果应用的电 压超过特定材料允许的数值，压敏电阻将变为有导电性。该特性使其成为过电压保护应用的理想元件。
压敏电阻选型 1产品工作电压 2设备可承受的突波电压 3选择合适的压敏尺寸 EPCOS压敏电阻选型资料由深圳市宇特科技提供制作，技术交流 Q：573931095
压敏电阻选用时应注意的是：连续施加在压敏电阻两端的电源电压，不能超过规格表中列出的?°最大持续工作电压?±值。还要充分考虑到电网（或电路）工作电压的波动幅度, 选取压敏电阻的压敏电压值时，要留有足够的余量。 国内一般的波动幅度为30%。通过压敏电阻的最大浪涌电流不应超过技术规格书中的?°最大冲击电流?±值(也就是最大通流量)。考虑到要耐受多次冲击时，应该选用能耐受10次以上冲击的浪涌电流值。 压敏电阻的箝位电压必须小于被保护的部件或设备能承受的最大电压（即安全电压）。 开关型防雷器和限压型防雷器的区别开关型防雷器为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型防雷器为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此，一般在建筑物入口处选用如开关型防雷器来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型防雷器来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种防雷器需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。
压敏电阻的特性介绍及设计参考 一、压敏电阻名词解释MOV：METAL OXIDE V ARISTOR 金属氧化物浪涌吸收器 V ARISTOR：V ariable Resistor 浪涌吸收器，又称压敏电阻器 ZINC OXIDE V ARISTOR 氧化锌压敏电阻 二、压敏电阻的功能V aristor是一种电压和电流对称的电压属性电阻器，用以保护电路上的元件，避免遭受到雷击或开关机所产生浪涌的影响。 Rest State Protective state 三、压敏电阻的浪涌电压种类： 直击雷浪涌（闪电对电力系统损坏，避雷器） 外部浪涌 感雷浪涌（雷击对电路中半导体元件的损害） 内部浪涌故障时发生浪涌（故障时复电造成的浪涌） 系统开关浪涌（开关时造成的浪涌） 浪涌电压 电磁感应 静电感应 五、压敏电阻的选用各种电压之间的关系如下图所示。 受保护电子元件的最高耐电压 压敏电阻器的最高抑制电压 压敏电阻器实际产生的抑制电压 压敏电压（崩溃电压） 受保护电子元器件的最高工作电压 （压敏电阻器最大可允许工作电压）
六、重要名词解释 压敏/崩溃电压：以固定电流（1MA或0。1MA）于一定时间内通过压敏电阻所产生的电压值。 最高抑制电压（MAX CLAMPING VOLTAGE）：以一定的标准脉冲电流（8/20US的波型），流过压敏电阻后所产生的电压值，若无加装压敏电阻将会产生更高的浪涌电压。 最高工作电压（MAX ALLOWABLE VOLTAGE）：压敏电阻在此电压下仍为信息状态仅流过很小的电流。 浪涌耐量（SURGE CURRENT）：压敏电阻器以标准的冲击电流（8*20US）冲击1次或2次时，压敏电压变化率小于±10%之内的最大浪涌电流。 电容值（CAPACITANCE）：在一定的频率（1KHZ）及电压条件下所测得之电容值。 额定功率：在一定温度下所消耗的最大功率。 常用压敏电阻指标：
氧化锌压敏电阻的老化机理 1 前言 从氧化锌压敏电组U-I 特性、介电特性以及热激发电流(TSC)，综述了压敏电阻直流电压和交流电压作用引起的老化现象。 氧化锌压敏电阻的老化，归因于晶粒边界区耗尽层中填隙锌离子的扩散，由同时施加的电压和温度引起的。当耗尽层中的填隙锌通过加热退火处理永久地扩展出来，压敏电阻的稳定性得以改善。 2 氧化锌压敏电阻的老化现象 2.1 伏安特性曲线的老化现象 图1 是对直径14mm，厚度1.8mm 的氧化锌压敏电阻的试验中得到的。图中分别列出直流和交流电压作用下伏安特性的老化现象[1-6.8]。 2.1.1 直流电压作用下的老化 在直流电压的作用下，氧化锌压敏电阻的U-I 曲线发生不对称变化，即在施加电压一段时间后，再测量压敏电阻的U-I 特性时，其非线性特性曲线发生不对称的变化，如图1(a) 所示。试验时施加的电压梯度为95V/mm，温度为70℃。加压后在测量压敏电阻的U-I 特性表明，在同样的电压下，流过压敏电阻的电流将增加。不对称变化表现在：和老化试验电压极性相反的伏安特性（图1(a) 左下角）的变化比极性一致的正方向特性（图1(a) 右上角）的变化要大。随所施加电压和加压时间的增加，U-I 特性曲线的改变程度也加大。 2.1.2 交流电压作用下的老化 当施加交流电压一定时间后，氧化锌压敏电阻的U-I 特性曲线发生对称变化，如图(1)b 所示。除了特性曲线的变化是对称的特点外，改变的趋势与施加直流电压的趋势相近。试验时所施加的交流电压梯度为65V/mm，温度为70℃。 试验还表明，不论是直流还是交流作用电压，老化试验后压敏电阻U-I 特性在预击穿区（即低电场区域）的变化程度要比击穿区即（中电场区域）大得多。 2.2 功率损耗和阻性电流的增加 在直流电压作用下对氧化锌压敏电阻进行加速老化试验，试验结果表明，与交流电压作用下压敏电阻一样，氧化锌压敏电阻的功率损耗和阻性电流在老化试验过程中明显增加[1，4，5]。 2.2.1 功率损耗增加 对压敏电阻试品在加速老化后，在室温下测量其功率损耗与电压的关系曲线。图 2 表示试品在老化试验前后测试的结果。加速老化试验时的温度为135℃，施加直流的荷电率为0.85，试验时间为100h。和老化试验前的功耗特性曲线相比，试验后的功耗有明显增加，即试验后功率损耗与电压的关系曲线发生了向左的移动。 2.2.2 阻性电流增加 老化试验后阻性电流增加，以及压敏电阻整体电阻率逐渐下降。
关于压敏电阻的正确使用 一、压敏电阻的原理 压敏电阻意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“V oltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 随着加在它上面的电压不断增大，它的电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级。当电压较低时，压敏电阻工作于漏电流区，呈现很大的电阻，漏电流很小；当电压升高进入非线性区后，电流在相当大的范围内变化时，电压变化不大，呈现较好的限压特性；电压再升高，压敏电阻进入饱和区，呈现一个很小的线性电阻，由于电流很大，时间一长就会使压敏电阻过热烧毁甚至炸裂。正常使用时压敏电阻处于漏电流区，受到浪涌冲击时进入非线性区泄放浪涌电流，一般不能进入饱和区 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 二、压敏电阻的作用 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC 及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC 或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC 或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。 三、压敏电阻的标称参数 压敏电阻用字母“MY”表示，如加J 为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K 分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。 四、压敏电阻的特性参数 ①压敏电压UN（U1mA）：通常以在压敏电阻上通过1mA直流电流时的电压来表示其是否导通的标志电压，这个电压就称为压敏电压UN。压敏电压也常用符号U1mA表示。压敏电压的误差范围一般是±10%。在试验和实际使用中，通常把压敏电压从正常值下降10%作为压敏电阻失效的判据。 ②最大持续工作电压UC：指压敏电阻能长期承受的最大交流电压(有效值)Uac或最大直流电压Udc。一般Uac≈0.64U1mA，Udc≈0.83U1mA。 此电压分交流和直流两种情况，如为交流，则指的是该压敏电阻所允许加的交流电压的有效值，以ACrms表示，所以在该交流电压有效值作用下应该选用具有该最大允许电压的压敏电阻，实际上V1mA与ACrms间彼此是相互关联的，知道了前者也就知道了后者，不过ACrms对使用者更直接，使用者可根据电路工作电压，可以直接按ACrms来选取合适的压敏电阻。在交流回路中，应当有：min(U1mA) ≥(2.2~2.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。对直流而言在直流回路中，应当有：min(U1mA) ≥(1.6~2)Udc，式中Udc为回路中