解析壓敏電阻的結(jié)構(gòu)功能和設(shè)計(jì)

功能和設(shè)計(jì)

正如熱敏電阻一樣，壓敏電阻是由壓縮和燒結(jié)的粉末化合物制成的，該化合物由碳化硅（SiC）或氧化鋅（ZnO）組成。ZnO壓敏電阻具有優(yōu)秀的特性，并在當(dāng)今所有制造中占主導(dǎo)地位。本節(jié)僅涉及ZnO壓敏電阻。如果我們將氧化鋅與其他金屬氧化物添加劑一起燒結(jié)，就會(huì)形成多晶陶瓷。在氧化鋅晶粒的晶間邊界中形成具有半導(dǎo)體特性的PN結(jié)-所謂的雙肖特基勢壘-具有整流特性。每個(gè)具有粘附邊界的ZnO晶粒都充當(dāng)具有對(duì)稱V / I特性的微型壓敏電阻。谷物化合物可以看作是串聯(lián)和并聯(lián)連接的“微壓敏電阻”的集合體。因此，以這種方式的負(fù)載和能量吸收能力將完*優(yōu)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體元件。那里的發(fā)電只發(fā)生在薄的PN邊界，而在壓敏電阻中，發(fā)電發(fā)生在整個(gè)體內(nèi)均勻分布的所有微壓敏電阻中。

基本壓敏電阻的V / I特性。其他制造商可能會(huì)修改電壓值。串聯(lián)和并聯(lián)連接的微壓敏電阻的數(shù)量決定了壓敏電阻的電氣特性。如果我們串聯(lián)連接10個(gè)晶粒，并具有如所示的特性，則得到的壓敏電阻的厚度為10個(gè)晶粒，壓敏電阻電壓為30V。壓敏電阻的形狀和封裝近似為熱敏電阻。

在不同的設(shè)計(jì)中，碟片占主導(dǎo)地位，帶有徑向引線和各種封裝，或者具有旨在通過堆疊單獨(dú)的壓敏電阻器進(jìn)行串聯(lián)連接的整個(gè)金屬化表面。封裝例如漆或類似物需要高的拉伸穩(wěn)定性和耐洗滌劑性。在未發(fā)現(xiàn)的類型中，還應(yīng)提及用于連接器的某些管狀設(shè)計(jì)。制造時(shí)，目標(biāo)是具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的谷物化合物，尤其是在高電壓/高能量壓敏電阻中。

不規(guī)則的結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙熱傳導(dǎo)，并可能導(dǎo)致電流分布不均，出現(xiàn)熱點(diǎn)以及材料局部降解。在低壓應(yīng)用中，均勻性至關(guān)重要。多電極結(jié)構(gòu)和小的，均勻的晶粒的結(jié)合產(chǎn)生了多層壓敏電阻（MLV），優(yōu)選用作SMD精密電阻，旨在用于低壓應(yīng)用。

這些MLV的制造方法與多層陶瓷（MLC）相似。用厚膜墨水在氧化鋅層上絲網(wǎng)印刷電極，將這些層堆疊成具有所需層數(shù)的堆。然后將疊層燒結(jié)到整體式本體中，并終提供被燒制到本體端部的終端。銀或銀/鈀用作終止金屬（R5-25）。由于導(dǎo)電性氧化鋅，鍍鎳阻擋層需要特殊的工藝，這與傳統(tǒng)的電鍍工藝有所不同。

多層SMD設(shè)計(jì)的EIA尺寸為0603至2220。

*大工作電壓

*大工作電壓=可以連續(xù)施加在壓敏電阻上的*大電壓。

壓敏電壓

壓敏電阻電壓=當(dāng)1 mA電流通過人體時(shí)壓敏電阻兩端的電壓。

*大鉗位電壓

所謂*大鉗位電壓，是指壓敏電阻承受指定波形的指定峰值脈沖電流時(shí)的峰值電壓。常見的測試脈沖是IEC規(guī)定的所謂8/20脈沖，具有指定的電流強(qiáng)度。

*大瞬態(tài)峰值電流

壓敏電阻所允許的*大電流取決于脈沖形狀和脈沖寬度，重復(fù)頻率和周期數(shù)。脈沖能力的起點(diǎn)由*大峰值電流8/20形狀給出，該峰值電流使壓敏電阻電壓*大變化10％。[R

壓敏電阻的V / I曲線具有公差。當(dāng)指定了泄漏電流時(shí)，將以某個(gè)電壓下的*大可能電流為前提。鉗位電壓（在瞬態(tài)變化時(shí)壓敏電阻兩端出現(xiàn)的鉗位電壓）被指定為在特定電流下可能的較高電壓。因此，規(guī)格由R5-28中的實(shí)線控制。

電壓限制原理

如果壓敏電阻用作電壓限制器，則電路中需要串聯(lián)阻抗。普通的直導(dǎo)體具有電阻和電感（≈1nH / mm），并且本身具有一定的保護(hù)作用。但是，實(shí)際上，該問題可以通過幾百歐姆的串聯(lián)電阻來解決（R5-30）。

響應(yīng)時(shí)間

當(dāng)壓敏電阻被瞬態(tài)電壓擊中時(shí)，組件兩端的電壓將升高，直到切割特性開始。但是，根據(jù)R5-31，存在短暫的延遲，動(dòng)態(tài)效果，會(huì)產(chǎn)生一定的過沖。作為示例，顯示了一個(gè)上升時(shí)間為10 kV / µs的輸入脈沖。壓敏電阻 時(shí)間的響應(yīng)在中指定為上升時(shí)間t 2 – t 1。響應(yīng)時(shí)間很少超過20 ns。多層壓敏電阻SMD的響應(yīng)時(shí)間通常小于1 ns。響應(yīng)時(shí)間有時(shí)稱為開啟時(shí)間。

類型選擇

選擇正確的壓敏電阻是對(duì)工作電壓的全面確定的前提，包括公差，預(yù)期瞬變，其持續(xù)時(shí)間，脈沖能量和重復(fù)頻率。另外，我們必須考慮環(huán)境要求和安裝條件。僅當(dāng)壓敏電阻電壓（1 mA）彼此相差小于1％時(shí)，才應(yīng)并聯(lián)連接兩個(gè)壓敏電阻以增加電流負(fù)載能力。否則，負(fù)載的不平衡可能會(huì)很大，在不幸的情況下為1000：1。

故障模式

常見的故障模式是短路，這種短路可能發(fā)生在無法接受的高能量豐富的電壓脈沖之后，或在超過額定電壓的穩(wěn)態(tài)電壓下運(yùn)行之后。在后一種情況下，當(dāng)產(chǎn)生的大量能量導(dǎo)致包裝材料排出時(shí)，故障模式可能會(huì)由于端子接頭的熔化效應(yīng)或包裝的破裂而變成開路。

可靠性

如今，包括壓敏電阻在內(nèi)的非線性電阻器的可靠性被認(rèn)為是相當(dāng)不錯(cuò)的。尤其重要的是，這取決于認(rèn)真的制造商使用基于SPC的生產(chǎn)程序并獲得驗(yàn)證的型式認(rèn)可。氣候類別分類產(chǎn)品40/125/56的示例是質(zhì)量好的其他體現(xiàn)。此外，如果我們選擇玻璃/金屬包裝，質(zhì)量會(huì)更好。

核輻射

用中子，β和γ輻射形式的放射性輻射進(jìn)行的測試表明，壓敏電阻能夠承受高強(qiáng)度，而對(duì)特性無任何影響。