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陶瓷气体放电管特性及应用摘要:随着邮电通信、广播电视、各类家用电器、设备仪表、计算机设备等的发展,陶瓷气体放电管作为防雷及过电压保护的保护设施,正日益得到越来越广泛的应用。
相比于其他类型的放电管,陶瓷气体放电管管身体积小,工作功率大,运行效率高,且绝缘性能突出,两极之间电容小,是目前行业内性能十分突出的优质放电管。
加强对于陶瓷气体放电管应用原理及其特性研究,有利于更好的将其使用于实际生产之中,充分发挥设备特性,取得良好的电路保护效果。
本文即对陶瓷气体放电管工作原理作出简要分析,并对其自身特性及实际应用进行相关阐述。
关键词:陶瓷气体放电管原理特性应用陶瓷气体放电管是一种陶瓷材料制成的特殊结构的气体放电设备,其在放电间隙之间充填某种特定的惰性气体充当介质,同时配置活性很高的电子发射材料,并配备放电引燃机构。
气体放电管设备的生产过程中,通过贵金属焊料在高温环境下进行构件焊接,最终方可生产得到陶瓷气体放电管。
陶瓷气体放电管的主要应用是瞬间过压时的保护作用,除此之外,还在点火时也会有所应用。
相比于其他类型的放电管设备,陶瓷气体放电管两极间电容更低,对于冲击电流的耐受性能更好,且具有高阻抗的特性,这都是普通放电管所不具备的性能,可见陶瓷气体放电管是一类性能较为优越的放电管设备。
当通电线路在遭遇雷击等状况下出现瞬时突变高压状况时,设备的放电管将被击穿,其阻抗瞬间由原有的高值降低,短时内呈现几乎线路短路的状态。
此时,陶瓷气体放电管可将过大的电流进行放泄,即通过设备中的线路接地或者原有的回路泄出电流,从而使得瞬间升高的电压下降到某一安全的低值,保证电路中电流、电压均控制在较为合理的范围之内,从而在瞬时高压状况之下对线路及线路中的各个设备起到了保护作用。
陶瓷气体放电管的电压限制作用将一直持续到线路瞬时高压消失,此后,气体放电管将快速的重新恢复到其所固有的高电阻状态,以使得线路可以恢复其正常的工作状态。
1 陶瓷气体放电管工作原理陶瓷气体放电管在使用过程中其基本原理相对简单,为气体放电,即特殊情况下设备间气体通过放电使得原有的陶瓷气体放电管由断路状态转换为短路的工作状态,将额余电流释放,从而保持电路的电压、电流稳定状态,实现其正常的运作。
放电管特性及选用吴清海放电管的分类放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。
气体放电管主要有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。
其工作原理为，当加在气体放电管两端的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压可以低到30V以内。
气体放电管同流量大，但动作电压较难控制。
半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两端的电压维持在很低（约20V以下）时就可以维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌保护后级设备的作用。
半导体放电管的保护机理和应用方式和气体放电管相同。
半导体放电管动作电压控制精确，通流量较小。
放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，所以放电管属于开关型的SPD。
当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。
气体放电管气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；其电气性能主要取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一般密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。
放电管主要由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu 焊片和惰性气体组成。
在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦满足： r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时放电电压称为击穿电压Vs。
关于陶瓷气体放电管及其主要参数放大器和光接收机的信号输入、输出接线柱上，通常都和“地”之间接一只陶瓷气体放电管，用以避雷和防止干扰脉冲损坏放大模块、光接收组件。
当发生钢绞线和电源线相碰的事故以后，由于陶瓷气体放电管击穿放电持续时间比较长，内部的电极往往融化失效，损坏的比例极高；遭雷击时，也会有较高比例的陶瓷气体放电管损坏。
损坏的陶瓷气体放电管有一部分引脚烧断、或短路，比较容易发现和检出，但是有相当一部分从外表上看不出来，也没有短路，维修人员往往以为好的而没有将其更换。
损坏的陶瓷气体放电管在修理时必须更换新管，否则，这些光光接收机和放大器极容易遭雷击和脉冲干扰危害而引起放大模块和光接收组件损坏！许多各地同仁反应，修理过的光接收机和放大器比较容易再次损坏，其中最主要的原因就可能就是损坏的陶瓷气体放电管没有更换！更换陶瓷气体放电管时必须注意换进原来型号的管子，因为不同型号的陶瓷气体放电管的性能参数是不一样的。
下面简要介绍陶瓷气体放电管的基本结构和基本特性，并附表列出两个厂家的产品参数供同仁参考。
陶瓷气体放电管内部有二个相对的针柱形金属电极，每个电极由支架和敷了钡（容易发射电子）的钨丝所组成，极间距离1.2mm左右（因此是互相绝缘的），放电管内部涂有氧化钠和消气剂，充有80～200毫米汞柱的氖气或氩气。
有线电视上用的陶瓷放电管的极间电容通常≤2pf，因此它接在光接收机、放大器的信号输出、输入端子上对信号影响极微；陶瓷放电管的击穿放电时间通常≤2微妙（10-6s级），比雷击电流数十微妙的波头时间要短些，因此能保护器件免遭雷击。
但是两者的时间处于同一个数量级，而且差距很小，因此陶瓷放电管一定要直接接在光接收机、放大器的信号输出、输入端子上，中间不可有电感线圈隔着，否则会造成延时，致使雷击电流波头电流到达之前不能导通放电，达不到防雷保护的作用。
另一种防雷器件叫“压敏电阻”，它的击穿放电时间通常达到10-8s级，比陶瓷气体放电管要快二个数量级，因此是很好的防雷器件，广泛用于交流电源电路的防雷保护。
通信设备电路防雷的设计及其元件的选择在通信设备的正常使用过程中，由于恶劣的电磁环境可能造成个别元器件的损坏，导致通信设备不能正常工作，造成重大损失。
为了确保通信设备的安全，通常在通信设备中设计有关保护电路。
在实际运用中，为了确保满足设备的保护和可靠性要求，保护电路往往采用多重协同保护(多级保护)。
在通信设备的正常使用过程中，交流电网和通信线路上会出现雷击浪涌电压、火花放电等EMI瞬态干扰信号。
瞬态干扰的特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。
当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上，使输入通信设备系统的电压超过系统内部器件的极限电压时，便会损坏通信设备的电源;当瞬态电压叠加在通信线路上时，瞬间高压便会损坏信号环路中传输、控制的元器件。
另外，由于电力线搭碰、感应，通信电路上有可能出现持续的过电压、过电流，如不加保护也有可能损坏通信电路或器件，甚至造成火灾和生命财产损失。
因此，必须采用恰当的保护措施，对通信系统及设备进行防护。
过电压保护器件通常有高阻抗特性，当电压达到它的过电压保护值以上时，就转换到低阻抗;一旦过电压故障消失，保护器件会返回到高电阻状态，是一种可恢复器件。
常用的过电压保护器件有TSS(半导体晶闸管浪涌保护器件)、瞬态电压抑制器(TVS)、MOV(金属氧化物可变电阻)、和GDT(气体放电管)等。
相反，过电流保护元件通常有低阻抗特性，当通过它的电流达到过电流保护值以上时，转换到高阻抗。
常用的过电流保护器件有PPTC(聚合物正温度系数)、CPTC(陶瓷正温度系数)等，它们的共同特点是可重置，而不像保险丝为一次性的不可恢复器件。
可恢复过电流保护元件的优势很明显，一旦过电流故障消失，保护器件冷却后会返回到低电阻状态。
气体放电管-------气体放电管(GDT)是把一对放电间隙封装在充以放电介质(如惰性气体)的玻璃或陶瓷中的器件。
常用气体放电管的冲击击穿电压在一百多伏到几千伏，一旦冲击过电压达到冲击击穿电压时，------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------南山半导体---片式无源器件整合供应商南京市洪武路26号天丰大厦11层、12层 fenghua@气体放电管内的气体电离，其由原来的开路状态变为近似短路状态。
G as D ischarge T ubes Selection Guide陶瓷气体放电管产品选型指南GDT版权及最终解释权归君耀电子（BrightKing ）所有V2, 2018目录1GDT工作原理 (3)2GDT特点 (3)3GDT典型应用电路 (3)4GDT参数说明 (4)4.1.DC Spark-over Voltage 直流火花放电电压（直流击穿电压） (4)4.2.Maximum Impulse Spark-over Voltage 最大冲击火花放电电压（脉冲击穿电压） (5)4.3.Nominal Impulse Discharge Current 标称冲击放电电流 (6)4.4.Impulse Life耐冲击电流寿命 (7)5GDT选型注意事项 (7)5.1.直流击穿电压（DC-Spark-over Voltage）与脉冲击穿电压（Impulse Spark-over Voltage） (7)5.2.GDT的续流问题 (8)5.3.封装形式 (8)6GDT命名规则 (8)7君耀电子（BrightKing）GDT产品线 (9)7.1.两极放电管 (9)7.2.三极放电管 (10)1 GDT 工作原理GDT （Gas Discharge Tubes ），即陶瓷气体放电管。
GDT 是内部由一个或一个以上放电间隙内充有惰性气体构成的密闭器件。
GDT 电气性能取决于气体种类、气体压力、内部电极结构、制作工艺等因素。
GDT 可以承受高达数十甚至数百千安培的浪涌电流冲击，具有极低的结电容，应用于保护电子设备和人身免遭瞬态高电压的危害。
图1为典型的GDT 伏安特性图。
IV i 1i 2i 3U 1U 2U 3U 1 — 直流火花放电电压U 2 — 辉光电压U 3 — 弧光电压i 1 — 辉光至弧光转变电流i 2 — 峰值电流i 3 — 弧光至辉光转变电流图1 GDT 伏安特性曲线2 GDT 特点结电容低，大部分系列产品结电容不超过2pF ，特大通流量产品结电容在十几至几十皮法； 通流量大，我司GDT 单体8/20μs 波形的通流量范围为500A~100kA ； 直流击穿电压范围为75V~6000V ，脉冲击穿电压范围为600V~7800V ； 绝缘阻抗高，一般在1GΩ以上，不易老化，可靠性高；封装多样，有贴片器件及插件器件，两端器件及三端器件，圆形及方形电极，满足不同应用需求。
左右，在它未导通前，会有一个幅度较大的尖脉冲漏过去。
若要抑制这个尖脉冲，有以下几种方法：a、在放电管上并联电容器或压敏电阻；b、在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线，使尖脉冲衰减到较低的电平；c、采用两级保护电路，以放电管作为第一级，以TVS管或半导体过压保护器作为第二级，两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。
2、陶瓷气体放电管击穿电压一致性较差，离散性较大，误差为±20%。
一般不作并联使用。
3、直流击穿电压（DC-Spark-over Voltage）的选择：直流击穿电压的最小值应大于被保护线路的最大工作电压的1.2倍以上。
4、脉冲击穿电压（Impulse Spark-over Voltage）的选择：脉冲击穿电压要考虑浪涌防护等级，例如采用10/700μs的波形试验电压4000V，GDT的脉冲击穿电压要小于4000V，这样在测试时GDT才能导通，起到保护作用。
单纯从线路保护来讲，脉冲击穿电压越低，线路保护效果越好。
实际上，选定了GDT的直流击穿电压，它的脉冲击穿电压也随之确定了。
5、冲击放电电流（通流量）的选择：要根据线路上可能出现的最大浪涌电流或需要防护的最大浪涌电流来选择。
6、续流问题：为了使放电管在冲击击穿后能正常熄弧，在有可能出现续流的地方（如有源电路中），可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流，使它小于放电管的维持电流。
二、玻璃气体放电管：SPG（Spark Gap Protectors），玻璃气体放电管，也称强效气体放电管。
1、反应速度快（与陶瓷气体放电管不同，不存在冲击击穿的滞后现象）。
SPG 内部由半导体硅集成，在动作时，当外加电压增大至超过惰性气体的绝缘强度后，由于半导体硅的不稳定性作用，会使两极间的放电发展更为迅速。
因此：玻璃气体放电管的反应速度比陶瓷气体放电管要快。
2、通流容量较陶瓷气体放电管小得多。
3、击穿电压尚未形成系列值。
4、击穿电压分散性较大，为±20%。
放电管特性及选用吴清海放电管的分类放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。
气体放电管主要有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。
其工作原理为，当加在气体放电管两端的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压可以低到30V以内。
气体放电管同流量大，但动作电压较难控制。
半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两端的电压维持在很低（约20V以下）时就可以维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌保护后级设备的作用。
半导体放电管的保护机理和应用方式和气体放电管相同。
半导体放电管动作电压控制精确，通流量较小。
放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，所以放电管属于开关型的SPD。
当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。
气体放电管气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；其电气性能主要取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一般密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。
放电管主要由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu 焊片和惰性气体组成。
在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦满足： r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时放电电压称为击穿电压Vs。
陶瓷气体放电管工作原理及选型应用、产品简述陶瓷气体放电管（Gas Tube）是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地。
其主要特点是：放电电流大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥109Ω），击穿电压分散性较大（±20%），反应速度较慢（最快为0.1～0.2μs）。
按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。
其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。
2、工作原理气体放电管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。
其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离，中间所充的气体主要是氖或氩, 并保持一定压力,电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。
这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可以保持在一个确定的误差范围内。
当其两端电压低于放电电压时，气体放电管是一个绝缘体(电阻Rohm>100MΩ)。
当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗, 使其两端电压迅速降低，大约降几十伏。
气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10-6秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流。
3、特性曲线Vs导通电压，Vg辉光电压，Vf弧光电压，Va熄弧电压4、主要特性参数①直流击穿电压Vsdc：在放电管上施加100V/s的直流电压时的击穿电压值。
这是放电管的标称电压，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V 等几种，我们有最高3000V、最低70V的。
其误差范围：一般为±20%，也有的为±15%。
②脉冲（冲击）击穿电压Vsi：在放电管上施加1kV/μs的脉冲电压时的击穿电压值。
因反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。
UN2E5系列陶瓷放电管型号硕凯电子（Sylvia）1、贴片式陶瓷放电管陶瓷气体放电管（Gas Tube）是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地。
陶瓷放电管的分类也是比较多的，按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。
其外形为圆柱形，有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。
UN2E5系列还可以分为UN2E5-SMD贴片陶瓷放电管、UN2E5带引线不带引线系列陶瓷放电管、UN2E5-HV系列高压陶瓷放电管。
2、命名规则由图可见，UN2E5系列的陶瓷放电管，按照命名规则来对照分类，属于普通二极管，UN 2E5-SMD系列的放电管和UN2E5带引线不带引线的放电管通流量均为5KA，也就是对应的L，UN2E5-HV系列放电管的通流量为2.5KA，对应为D。
UN2E5-SMD系列放电管的标称电压（工作电压）分别有90V、150V、200V、230V、300V、350 V、400V、470V、600V，规格为5.0*5.0*4.2mm；UN2E5带引线不带引线放电管的标称电压（工作电压）分别有75V、90V、150V、230V、250V、300V、350V、400V、470V、600V、800V，规格为φ5.5×6mm；UN2E5-HV系列放电管的标称电压（工作电压）分别有1000V、1600V、200 0V、2500V、2700V、3000V、3500V，规格为φ5.5×6mm。
由此我们便大概可以知道UN1206系列/UN1210系列/UN1812系列的陶瓷放电管具体有哪些型号了。
3、UN2E5系列陶瓷放电管型号（1）名称： UN2E5-SMD系列型号：UN2E5-90LSMD、UN2E5-150LSMD、UN2E5-200LSMD、UN2E5-230LSMD、UN2E5-300LSMD、UN2E5-350LSMD、UN2E5-400LSMD、UN2E5-470LSMD、UN2E5-600LSMD。
