压敏电阻
压敏电阻是可变电阻的组合。它是一种无源非线性二端固态半导体器件。
与为电路提供过电流保护的断路器或保险丝相比，压敏电阻为电气和电子电路提供过电压保护。压敏电阻通过类似于齐纳二极管的电压钳位方法提供保护。
尽管变阻器的名称来源于可变电阻器这一术语，但变阻器中的电阻不能手动改变，这与电位计或变阻器不同，后者的电阻可以在最大值和最小值之间手动改变。
压敏电阻
压敏电阻的电阻根据施加在其上的电压而变化。压敏电阻两端电压的变化将导致其电阻的变化，使其成为电压依赖型器件。因此压敏电阻也称为压敏电阻（VDR）。
通常，压敏电阻由半导体材料制成。压敏电阻的电压和电流特性本质上是非线性的。压敏电阻的电压和电流特性也适用于直流和交流电源。
从物理上讲，压敏电阻在许多方面看起来都像电容器。由于相似性，压敏电阻经常与电容器混淆。然而，在应用方面，电容器不能像压敏电阻那样防止电压浪涌。
任何电路的意外高压浪涌结果都可能是灾难性的。因此，使用压敏电阻保护精密和敏感的电气或电子电路免受高压浪涌和开关尖峰的影响是非常重要的。
压敏电阻的电阻
尽管压敏电阻的目的是提供电阻，但压敏电阻的操作不同于电位计或变阻器。在正常工作条件下，压敏电阻的电阻非常高。
压敏电阻的功能类似于齐纳二极管，它允许较低阈值的电压不受影响地通过。
压敏电阻的功能改变了高工作电压。当施加在压敏电阻上的电压大于其额定值时，压敏电阻的有效电阻急剧下降，并随着施加在其上的电压增加而继续减小。
表示压敏电阻的静态电阻相对于其施加电压的曲线如下所示。
特点
根据欧姆定律，假设电阻值保持不变，电阻的电流-电压特性曲线是一条直线。在这种情况下，流过电阻器的电流与施加在电阻器两端的电压成正比。
在压敏电阻的情况下，电流-电压特性曲线不是一条直线。这是因为压敏电阻的异常电阻行为。在压敏电阻的情况下，施加在其上的电压的微小变化将导致流过它的电流发生足够大的变化。
压敏电阻的电流电压特性曲线如下所示。
从上面所示的电流-电压特性曲线可以看出，压敏电阻具有双向对称特性。这意味着压敏电阻可以在正弦波的任一方向或极性上工作或发挥作用。压敏电阻的这种功能类似于背对背连接的齐纳二极管。
当压敏电阻不导通时，压敏电阻的电流-电压特性曲线显示出电流和电压之间的线性关系。这是因为流过压敏电阻的电流将保持恒定，值非常低。
这是压敏电阻中的漏电流，该电流的值约为几毫安。其原因是压敏电阻的高电阻。这个小电流将保持恒定，直到施加在压敏电阻上的电压达到压敏电阻的额定电压。
压敏电阻的额定电压也称为钳位电压。压敏电阻的额定电压是其两端的电压，它是用 1mA 的指定直流电流测量的。这进一步可以解释为施加在压敏电阻端子上的直流电压，允许 1 毫安的电流流过它.
流过压敏电阻的电流取决于用于制造压敏电阻的材料。在此额定电压水平下，压敏电阻的功能开始发生变化。
在达到额定电压之前，压敏电阻充当绝缘体。如果压敏电阻的外加电压达到其额定电压，压敏电阻的行为就会从绝缘状态变为导通状态。
当施加在压敏电阻两端的瞬态电压大于或等于压敏电阻的额定电压时，压敏电阻的电阻变得非常小。这是因为半导体材料中存在一种称为雪崩击穿的现象。
雪崩击穿是电流倍增的一种形式，它允许以前充当绝缘体的材料中存在大电流。由于这种情况，流过压敏电阻的小电流即泄漏电流将迅速上升。
即使流过压敏电阻的电流上升，其两端的电压也被限制在接近压敏电阻额定电压的值。这意味着压敏电阻通过通过或允许更多电流流过压敏电阻，对施加在其上的瞬态电压起到自调节器的作用。
因此，经过压敏电阻的额定电压后，电流-电压曲线变为陡峭的非线性曲线。由于这个特性，压敏电阻可以通过截断电压中的任何尖峰，在非常窄的电压范围内通过变化很大的电流。
压敏电阻中的电容
当压敏电阻两端的施加电压小于额定电压或钳位电压时，压敏电阻充当电容器而不是电阻器。得出这个结论的原因是压敏电阻的主要导电区域作为压敏电阻两端之间的电介质的行为。
两个端子和电介质形成一个电容器。这在电压达到钳位电压之前一直有效。每个由半导体材料制成的压敏电阻都有一个电容值。该值取决于压敏电阻的面积，并与其厚度成反比。
压敏电阻的电容行为在直流和交流电路中是不同的。在直流电路中，压敏电阻的电容在外加电压低于压敏电阻的额定电压时存在，当外加电压接近额定电压时电容急剧减小。
在交流电路中使用压敏电阻时，频率起着重要作用。在交流电路中，当压敏电阻工作在其非导电泄漏区时，压敏电阻的电容会影响其体电阻。
压敏电阻通常与电气或电子设备并联，以保护它们免受过电压的影响。
因此，压敏电阻的漏电阻随着频率的增加而下降。频率与产生的并联电阻之间的关系近似为线性。交流电抗 XC 可以使用公式计算
XC = 1 / (2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)
这里C是电容，f是频率。
因此，随着频率的增加，泄漏电流也会增加。
金属氧化物压敏电阻 (MOV)
为了克服基于半导体的压敏电阻（如碳化硅压敏电阻）的局限性，开发了金属氧化物压敏电阻 (MOV)。金属氧化物压敏电阻是一种压敏电阻。它也是一种非线性器件，可提供非常好的瞬态电压浪涌保护。
金属氧化物压敏电阻中的电阻材料主要由压制为陶瓷块的氧化锌颗粒组成。该混合物由 90% 的氧化锌颗粒组成，另外 10% 由钴、铋和锰等其他金属氧化物制成。
这种混合物夹在两个电极（金属板）之间。填充材料充当氧化锌颗粒的粘合剂，使组件在两个金属板之间保持完整。金属氧化物压敏电阻的连接引线是径向引线。
金属氧化物压敏电阻是最常用的元件，用作电压钳位装置，以保护小型或重型装置免受瞬态电压浪涌的影响。由于在其结构中使用了金属氧化物，因此吸收短电压瞬变的能力和能量处理能力非常高。
金属氧化物压敏电阻和碳化硅压敏电阻的操作非常相似。金属氧化物压敏电阻在额定电压下开始传导电流，如果施加的电压低于阈值，它将停止传导。
碳化硅压敏电阻和金属氧化物压敏电阻之间的主要区别在于漏电流量。在正常工作条件下，MOV 的漏电流非常小。
泄漏电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻中，两个直接相邻的锌晶粒将在它们的边界之间形成一个二极管结。
因此，金属氧化物压敏电阻可以被认为是大量并联的二极管的集合。正因为如此，当在电极之间施加微小的电压时，二极管结上出现的反向漏电流非常小。
当施加的电压增加并达到钳位电压时，二极管结由于雪崩击穿和电子隧穿而断裂，并允许巨大的电流通过它。金属氧化物压敏电阻具有高水平的非线性电流电压特性。
压敏电阻可以承受的最大浪涌电流取决于瞬态脉冲的宽度和脉冲重复次数。瞬态脉冲的典型宽度在 20 微秒到 50 微秒的范围内。
如果额定峰值脉冲电流不足，可能会导致过热。因此，为避免电路过热，快速消散从瞬态脉冲吸收的能量非常重要。
高压浪涌保护
无论电源是交流电源还是直流电源，瞬态电压浪涌都源自许多电源和电路，而与电源无关。这是因为瞬变在电路中产生或从外部源传输到电路中。
电路内产生的瞬变会迅速增加，并可能导致电压增加到几千伏。这些电压尖峰可能会对敏感的电气或电子设备造成严重问题，因此必须防止它们出现。
一些常见的电压瞬变源如下：
在电感电路中引起的电压效应 Ldi/dt (Ldi/dt)。这种效应是由于感应线圈的切换和变压器中的磁化电流造成的。
电源浪涌。
直流电机切换。
一个压敏电阻跨接在主电源上，以避免电压瞬变。这种连接可以在相和中性线之间，或者在交流电源的情况下在相和相之间。
在直流电源的情况下，压敏电阻跨接在正极和负极端子之间的电源上。在直流电子电路中，压敏电阻可用于稳压，以防止出现过压脉冲。
压敏电阻规格
以下是典型压敏电阻的规格。
最大工作电压：在规定温度下可连续施加的峰值稳态直流电压或正弦均方根电压。
压敏电阻电压：在施加规定的直流测量电流的情况下，压敏电阻端子之间的电压。
钳位电压：在压敏电阻端子间施加规定的冲击电流以获得峰值电压的电压。
浪涌电流：流过压敏电阻的最大电流。
最大能量：施加瞬态脉冲时消耗的最大能量。
浪涌偏移：施加浪涌电流后电压的变化。
电容：当电压小于压敏电阻电压时测量。
泄漏电流：压敏电阻处于非导通状态时流过的电流。
响应时间：从施加额定电压到从非导通状态转变为导通状态之间的时间。
