压敏电阻：定义、功能、工作和测试

压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的器件。当施加到压敏电阻上的电压低于其阈值时，流过它的电流极小，相当于一个阻值无限大的电阻，反之亦然。最常见的压敏电阻是金属氧化物压敏电阻（MOV）。

压敏电阻，也称为压敏电阻器，是一种具有非线性变化电阻的电子元件，其电阻取决于所施加的电压。

Ⅰ 什么是压敏电阻？

二、压敏电阻的工作原理是什么？

三、压敏电阻主要参数

四、压敏电阻的作用

五、金属氧化物压敏电阻

Ⅵ 损坏压敏电阻的特征

Ⅶ 如何测试压敏电阻？

 

一、什么是压敏电阻？

压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的器件。主要用于电路受到过压时钳位电压并吸收多余电流以保护敏感器件。又称“电压相关电阻器”，缩写为“ VDR ”。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，因此是半导体电阻器的一种。现在广泛使用的“氧化锌”（ZnO）压敏电阻，其主要材料由二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O）组成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻是一种“II-VI族氧化物半导体”。

压敏电阻

压敏电阻是一种限压保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当压敏电阻两极之间出现过电压时，压敏电阻可以将电压钳位到相对固定的电压值，从而实现对后续电路的保护。压敏电阻的主要参数有压敏电压、电流容量、结电容、响应时间等。

二、压敏电阻的工作原理是什么？

压敏电阻的响应时间为ns级，比气体放电管快，比TVS管稍慢。一般来说，电子电路过压保护的响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的量级。很多情况下，不宜直接应用于高频信号线的保护。当应用于交流电路的保护时，大的结电容会增加漏电。设计保护电路时需要充分考虑电流。压敏电阻具有较大的流通能力，但比气体放电管小。

当施加到压敏电阻上的电压低于其阈值时，流过它的电流极小，相当于一个阻值无限大的电阻。也就是说，当施加到它的电压低于其阈值时，它相当于一个断态开关。

压敏电阻的VI特性

当施加到压敏电阻上的电压超过其阈值时，流过它的电流急剧增加，相当于一个无限小的电阻。换句话说，当施加在其上的电压高于其阈值时，它相当于一个闭合状态的开关。

三、压敏电阻主要参数

压敏电阻的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、电流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。

1、标称电压是指通过1mA直流电流时压敏电阻两端的电压值。

2、电压比是指压敏电阻电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻电流为0.1mA时产生的电压值之比。

3、最大限制电压是指压敏电阻两端所能承受的最高电压值。

4、残余电压比：当流过压敏电阻的电流为某一值时，其两端产生的电压称为该电流值，称为残余电压。残压比是残压与标称电压的比值。

5、通流能力又称通流能力，是指在规定的条件下（以规定的时间间隔和次数，标准的浪涌电流为）允许通过压敏电阻的最大脉冲（峰值）电流。应用）。

6、Thw漏电流和等待电流是指在规定温度和最大直流电压下流过压敏电阻的电流。

7、电压温度系数是指压敏电阻在规定的温度范围内（温度20～70℃）标称电压的变化率，即当通过压敏电阻的电流保持恒定时，两者的相对变化量当温度变化1℃时压敏电阻两端。

8、电流温度系数是指压敏电阻两端的温度保持恒定，温度变化1℃时，流过压敏电阻的电流的相对变化。

9、电压非线性系数是指压敏电阻在给定的外加电压下，静态电阻值与动态电阻值的比值。

10、绝缘电阻是指压敏电阻的引线（引脚）与电阻体绝缘表面之间的电阻值。

11、静态电容是指压敏电阻本身的固有电容。

四、压敏电阻的作用

压敏电阻的主要作用是保护电路中的瞬态电压。由于其工作原理如上所述，压敏电阻相当于一个开关。只有当电压高于其阈值，开关闭合时，流过其的电流才会激增，对其他电路的影响不会有太大变化，从而减少过压对后续敏感电路的影响。压敏电阻的这种保护功能可以重复使用，也可以做成类似于电流熔断器的一次性保护器件。

压敏电阻的保护功能得到了广泛的应用。例如，家用彩电的电源电路就采用压敏电阻来完成过压保护功能。当电压超过阈值时，压敏电阻体现其钳位特性。将过高的电压拉低，使后续电路工作在安全电压范围内。

压敏电阻主要用于电路中的瞬态过压保护，但由于其伏安特性类似于半导体齐纳二极管，因此也具有多种电路元件功能。例如，压敏电阻是一种直流高压小电流稳压元件，稳定电压可达数千伏以上，这是硅齐纳二极管无法达到的。压敏电阻可用作电压波动检测元件、直流电平移位元件、荧光启动元件、电压均衡元件等。

五、金属氧化物压敏电阻

最常见的压敏电阻是金属氧化物压敏电阻（MOV），它包含一个由氧化锌颗粒和少量其他金属氧化物或聚合物组成的陶瓷块，夹在两个金属片之间。在颗粒和相邻氧化物的接合处形成二极管效应。由于有大量杂乱的颗粒，相当于大量的反接二极管。低电压时只有很小的反向漏电流。当遇到高电压时，二极管由于热电子和隧道效应而发生反向崩溃，并流过大电流。因此，压敏电阻的电流-电压特性曲线是高度非线性的：低电压时电阻高，高电压时电阻低。

金属氧化物压敏电阻是目前最常见的电压钳位器件，可用于各种电压和电流。其结构中金属氧化物的使用意味着MOV在吸收短期电压瞬变方面非常有效，并且具有更高的能量处理能力。

与普通压敏电阻一样，金属氧化物压敏电阻在一定电压下开始导通，当电压低于阈值电压时停止导通。标准碳化硅（SiC）压敏电阻与MOV型压敏电阻的主要区别在于，氧化锌材料在正常工作条件下通过MOV的漏电流很小，并且在钳位瞬态时其工作速度要快得多。

MOV 通常具有径向引线和坚硬的蓝色或黑色环氧树脂外涂层，这与圆盘陶瓷电容器非常相似，并且可以以类似的方式物理安装在电路板和 PCB 上。典型的金属氧化物压敏电阻的结构如下：

金属氧化物压敏电阻结构

要为特定应用选择正确的 MOV，有必要了解源阻抗和瞬态可能的脉冲功率。对于输入线路或相位瞬变，选择正确的 MOV 稍微困难一些，因为电源的特性通常是未知的。一般来说，MOV 选择电路电源瞬变和尖峰的电气保护通常只是一种有根据的猜测。

然而，金属氧化物压敏电阻可用于多种压敏电压，从约10伏到超过1000伏的交流或直流，因此通过了解电源电压可以帮助您进行选择。例如选择MOV或硅压敏电阻。对于电压，其最大连续根意味着平方电压额定值应略高于最高预期电源电压。例如，120 伏电源的电压为 130 伏有效值，230 伏电源的电压为 260 伏有效值。

压敏电阻使用的最大浪涌电流值取决于瞬态脉冲宽度和脉冲重复次数。可以对瞬态脉冲的宽度做出假设，该宽度通常为 20 至 50 微秒 (μs) 长。如果峰值脉冲电流额定值不足，压敏电阻可能会过热并损坏。因此，如果压敏电阻在没有任何故障或退化的情况下运行，它必须能够快速耗散瞬态脉冲吸收的能量并安全地返回到其脉冲前状态。

六、损坏压敏电阻的特征

电阻器是电气设备中数量最多的元件，但它并不是损坏率最高的元件。开路是最常见的电阻损坏类型。电阻变大的情况很少见，电阻变小的情况也很罕见。常见的类型有碳膜电阻器、金属膜电阻器、线绕电阻器和保险丝电阻器。前两种类型的电阻器应用最广泛。它们的损坏特点是低电阻（100Ω以下；）和高电阻（100Ω以上；）。二是低阻值电阻损坏时，往往烧焦发黑，很容易发现，而高阻值电阻损坏时，痕迹很少。线绕电阻一般用于大限流，阻值不大。圆柱形线绕电阻器烧坏后，有的会变黑或表面爆炸、龟裂。水泥电阻是一种线绕电阻，烧坏时可能会断裂，否则就看不到明显的痕迹。保险丝烧断时，有的表面会炸飞，有的则没有痕迹，但绝不会燃烧变黑。

七、如何测试压敏电阻？

1、压敏电阻测量前的准备工作
将两根表笔（不分正负）连接到电阻器的两端，即可测量实际电阻值。为提高测量精度，根据被测电阻标称值选择量程。由于欧姆刻度的非线性关系，刻度的中间部分是细的。因此，指针值应尽可能落在刻度的中间，即满刻度弧度的20%至80%范围内。根据电阻误差等级，读数与标称电阻之间分别允许有±5%、±10%或±20%的误差。如果超出误差范围，则电阻器改变了标准值。

2、如何衡量压敏电阻的好坏？
判断压敏电阻通常要求电源具有较宽的调节电压范围，并且具有良好的限流效果。测量时在压敏电阻两端并联一个精度较好的电压表。将可调电源线连接到压敏电阻的两端。

电压表指示电源电压。应慢慢调节电压，会观察到达到一定电压后电压突然下降。下降前最后时刻的电压即为压敏电阻的保护值。

随着对压敏电阻连续施加电压，其电阻值可以从MΩ（兆欧）变为mΩ（毫欧）。当电压较低时，压敏电阻工作在漏电流区，表现出阻值大，漏电流小；当电压上升到非线性区时，电流在较大范围内变化，电压变化不大，具有良好的限压特性；当电压再次升高时，压敏电阻进入饱和区，呈现很小的线性电阻。由于电流较大，时间一长压敏电阻就会过热烧毁甚至爆裂。

万用表

3、压敏电阻的选择
选择压敏电阻时，必须考虑电路的具体情况，一般应遵循以下原则：

(1)压敏电压V1mA的选择

根据电源电压的选择，压敏电阻上连续施加的电源电压不得超过说明书中列出的“最大连续工作电压”值。即压敏电阻的最大直流工作电压必须大于电源线（信号线）的直流工作电压VIN，即VDC≥VIN；选择220V交流电源时，必须充分考虑电网工作电压的波动范围。国内电网一般波动幅度为25%。应选择压敏电压为470V～620V的压敏电阻。选择压敏电压较高的压敏电阻，可以降低故障率，延长使用寿命，但残压略有增加。

(2)流量的选择

压敏电阻的标称放电电流应大于需要承受的浪涌电流或设备运行过程中可能出现的最大浪涌电流。标称放电电流应按浪涌寿命次数额定曲线中压10次以上冲击的值计算，约为最大冲击通量（即0.3IP）的30%。

(3) 钳位电压的选择

压敏电阻的钳位电压必须小于被保护元件或设备能够承受的最大电压（即安全电压）。

(4)电容器Cp的选择

对于高频传输信号，电容Cp应较小，反之亦然

(5)内阻匹配(Resistance Match)

被保护元件（线路）内阻R（R≥2Ω）与压敏电阻瞬态内阻Rv的关系：R≥5Rv；对于内阻较小的被保护器件，在不影响信号传输速率的情况下，应尽量采用大电容压敏电阻。