壓敏電阻選用的基本知識(shí).doc

壓敏電阻選用的基本知識(shí)什么是壓敏電阻器及其分類(lèi)與參數(shù)? 目前市場(chǎng)上壓敏電阻主要分為普通插件壓敏電阻，雷壓敏電阻，和貼片壓敏電阻防普通插件壓敏電阻主要是用于線路過(guò)壓保護(hù)，和小器件電子產(chǎn)品的防雷過(guò)壓保護(hù)，片徑普遍在20mm以下，防雷壓敏電阻主要是指片徑在25mm以上的插件壓敏電阻，引線形式一般分為直引線或者電極片方式，其中電極片方式因其結(jié)構(gòu)原因具有更大的流通量，貼片壓敏電阻主要用來(lái)作為低壓產(chǎn)品的過(guò)壓保護(hù)或者ESD防靜電，封裝形式從(02014032)使用在ESD靜電防護(hù)上貼片壓敏電阻，特別是信號(hào)線的ESD防護(hù)需要注意其寄生電容的大小，對(duì)于高頻信號(hào)選用防靜電壓敏電阻電容量應(yīng)盡量選小。下面是ESD靜電防護(hù)推薦電容量選擇。壓敏電阻器與其他浪涌抑制器比較的優(yōu)勢(shì)1 更好的熱特性與硅二極管只有一個(gè)P-N結(jié)承受浪涌電流不一樣，氧化鋅壓敏電阻器是由數(shù)百萬(wàn)個(gè)P-N結(jié)組成，這種結(jié)構(gòu)有更好的能量吸收能力和浪涌承受能力。2.反應(yīng)速度快壓敏電阻器有與其它的半導(dǎo)體元件類(lèi)似的動(dòng)作特性。因?yàn)閴好綦娮杵鞯膫鲗?dǎo)發(fā)生非?？?，延時(shí)只在納秒級(jí)的范圍內(nèi)，所以能夠滿足任何實(shí)際需求。3.過(guò)溫條件下有穩(wěn)定的電壓在超過(guò)崩潰電壓的情況下，一旦環(huán)境溫度超過(guò)正常的工作溫度范圍，齊納二極管的限制電壓會(huì)隨著環(huán)境溫度的升高而升高，而壓敏電阻器的限制電壓在超過(guò)工作溫度范圍的情況下仍然幾乎保持恒定。當(dāng)壓敏電阻器的漏電流隨著元件本體溫度的升高而增加時(shí)，壓敏電阻器的限制電壓不會(huì)隨著溫度的改變而改變。4.電容與齊納二極管相比，壓敏電阻器有更高的電容值，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)浪涌抑制器的電容值是不同的，在直流電路中，壓敏電阻器的電容既可起到去耦的作用又可以起到抑制瞬時(shí)過(guò)電壓的雙重作用。5.低成本與二級(jí)管相比，壓敏電阻器具有成本低和尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用介面?zhèn)鬏斔俾噬仙龝r(shí)間建議使用容值HDMI 1.3 Data Port 10.2G bps 0.020.03ns 0.15pF USB 3.0 Data Port4.80G bps0.050.06ns0.3pFUSB 2.0 Data Port480M bps0.50.6ns4pFUSB 1.0 Data Port12M bps420ns510 pFWireless Device1.5M bps75300ns510 pFRS232, IrDA1.0115.2 K1us8us10100 pFAudio (Microphone/Sperker)2020K Hz0.05ms5ms101000 pF下面先介紹以下插件壓敏電阻 壓敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)VSR，是一種對(duì)電壓敏感的非線性過(guò)電壓保護(hù)半導(dǎo)體元件。它在電路中用文字符號(hào)“RV”或“R”表示，圖1-21是其電路圖形符號(hào)。 壓敏電阻的種類(lèi)貼片壓敏電阻系列 ESD靜電防護(hù)壓敏電阻系列 超低電容ESD靜電防護(hù)壓敏電阻05D20D通用壓敏電阻系列主要應(yīng)用于USB3.0,HDMI接口05D20D 高焦耳壓敏電阻系列25D壓敏電阻系列 32D壓敏電阻系列防雷壓敏電阻系列S型防雷壓敏電阻系列插件壓敏電阻總規(guī)格書(shū) SPD防雷壓敏電阻模塊系列MYL3防雷壓敏電阻系列（一）壓敏電阻器的種類(lèi)壓敏電阻器可以按結(jié)構(gòu)、制造過(guò)程、使用材料和伏安特性分類(lèi)。1按結(jié)構(gòu)分類(lèi) 壓敏電阻器按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器等。結(jié)型壓敏電阻器是因?yàn)殡娮梵w與金屬電極之間的特殊接觸，才具有了非線性特性，而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本身的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。2按使用材料分類(lèi) 壓敏電阻器按其使用材料的不同可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺（硅）壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器等多種。3按其伏安特性分類(lèi) 壓敏電阻器按其伏安特性可分為對(duì)稱(chēng)型壓敏電阻器（無(wú)極性）和非對(duì)稱(chēng)型壓敏電阻器（有極性）。（二）壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性與作用1壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性 壓敏電阻器與普通電阻器不同，它是根據(jù)半導(dǎo)體材料的非線性特性制成的。圖1-22是壓敏電阻器外形，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。普通電阻器遵守歐姆定律，而壓敏電阻器的電壓與電流則呈特殊的非線性關(guān)系。當(dāng)壓敏電阻器兩端所加電壓低于標(biāo)稱(chēng)額定電壓值時(shí)，壓敏電阻器的電阻值接近無(wú)窮大，內(nèi)部幾乎無(wú)電流流過(guò)。當(dāng)壓敏電阻器兩端電壓略高于標(biāo)稱(chēng)額定電壓時(shí)，壓敏電阻器將迅速擊穿導(dǎo)通，并由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，工作電流也急劇增大。當(dāng)其兩端電壓低于標(biāo)稱(chēng)額定電壓時(shí)，壓敏電阻器又能恢復(fù)為高阻狀態(tài)。當(dāng)壓敏電阻器兩端電壓超過(guò)其最大限制電壓時(shí)，壓敏電阻器將完全擊穿損壞，無(wú)法再自行恢復(fù)。過(guò)壓保護(hù)器件的選型要點(diǎn)電路保護(hù)主要有三種形式：過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)。選擇適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo(hù)器件是實(shí)現(xiàn)高效、可靠的電路保護(hù)設(shè)計(jì)之關(guān)鍵的第一步，那么，如何合理選擇電路保護(hù)器件？不同的保護(hù)器件其保護(hù)原理也各有不同，選擇的時(shí)候應(yīng)結(jié)合其保護(hù)原理、工作條件和使用環(huán)境來(lái)考慮。本文李工將介紹常用的幾種過(guò)壓選型技巧，幫助大家來(lái)正確選擇電路保護(hù)器件。過(guò)壓保護(hù)器件（OVP）用于保護(hù)后續(xù)電路免受甩負(fù)載或瞬間高壓的破壞，常用的過(guò)壓保護(hù)器件有壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、靜電抑制器和放電管等。過(guò)壓保護(hù)器件選型應(yīng)注意以下四個(gè)要點(diǎn)：1）關(guān)斷電壓Vrwm的選擇。一般關(guān)斷電壓至少要比線路最高工作電壓高102）箝位電壓VC的選擇。VC是指在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓，它必須小于被保護(hù)電路的能承受的最大瞬態(tài)電壓3）浪涌功率Pppm的選擇。不同功率，保護(hù)的時(shí)間不同，如600w（10/1000us）；300W（8/20us）4）極間電容的選擇。被保護(hù)元器件的工作頻率越高，要求TVS的電容要越小。2壓敏電阻器的作用與應(yīng)用 壓敏電阻器廣泛地應(yīng)用在家用電器及其它電子產(chǎn)品中，起過(guò)電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等作用。圖1-24是壓敏電阻器的典型應(yīng)用電路。（三）壓敏電阻器的主要參數(shù)壓敏電阻器的主要參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)電壓、電壓比、最大控制電壓、殘壓比、通流容量、漏電流、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系數(shù)、電壓非線性系數(shù)、絕緣電阻、靜態(tài)電容等。1壓敏電壓： 所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從109000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命。如一臺(tái)用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.51.414220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470480V之間。MYG05K規(guī)定通過(guò)的電流為0.1mA，MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K標(biāo)稱(chēng)電壓是指通過(guò)1mA直流電流時(shí)，壓敏電阻器兩端的電壓值。2最大允許電壓（最大限制電壓）：此電壓分交流和直流兩種情況，如為交流，則指的是該壓敏電阻所允許加的交流電壓的有效值，以ACrms表示，所以在該交流電壓有效值作用下應(yīng)該選用具有該最大允許電壓的壓敏電阻，實(shí)際上V1mA與ACrms間彼此是相互關(guān)聯(lián)的，知道了前者也就知道了后者，不過(guò)ACrms對(duì)使用者更直接，使用者可根據(jù)電路工作電壓，可以直接按ACrms來(lái)選取合適的壓敏電阻。在交流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) (2.22.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí)，有適當(dāng)?shù)陌踩６?。?duì)直流而言在直流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) (1.62)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) (2.22.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí)，有適當(dāng)?shù)陌踩６?。在信?hào)回路中時(shí)，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA)(1.21.5)Umax，式中Umax為信號(hào)回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計(jì)的通流容量。3通流容量： 所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25情況下，對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過(guò) 10時(shí)的最大脈沖電流值。為了延長(zhǎng)器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊(cè)中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從保護(hù)效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實(shí)際發(fā)生的通流量是很難精確計(jì)算的。簡(jiǎn)單的講-通流容量也稱(chēng)通流量，是指在規(guī)定的條件（以規(guī)定的時(shí)間間隔和次數(shù)，施加標(biāo)準(zhǔn)的沖擊電流）下，允許通過(guò)壓敏電阻器上的最大脈沖（峰值）電流值。一般過(guò)壓是一個(gè)或一系列的脈沖波。實(shí)驗(yàn)壓敏電阻所用的沖擊波有兩種，一種是為8/20s波，即通常所說(shuō)的波頭為8s波尾時(shí)間為20s的脈沖波，另外一種為2ms的方波，如下圖所示： 4最大限制電壓： 最大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值，它表示在規(guī)定的沖擊電流Ip通過(guò)壓敏電阻時(shí)次兩端所產(chǎn)生的電壓此電壓又稱(chēng)為殘壓，所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護(hù)物的耐壓水平Vo,否則便達(dá)不到可靠的保護(hù)目的，通常沖擊電流Ip值較大，例如2.5A或者10A，因而壓敏電阻對(duì)應(yīng)的最大限制電壓Vc相當(dāng)大，例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A時(shí))。5最大能量(能量耐量)： 壓敏電阻所吸收的能量通常按下式計(jì)算W=kIVT(J)其中I流過(guò)壓敏電阻的峰值 V在電流I流過(guò)壓敏電阻時(shí)壓敏電阻兩端的電壓 T電流持續(xù)時(shí)間 k電流I的波形系數(shù)對(duì)： 2ms的方波 k=1 8/20s波 k=1.4 10/1000s k=1.4 壓敏電阻對(duì)2ms方波，吸收能量可達(dá)330J每平方厘米；對(duì)8/20s波，電流密度可達(dá)2000A每立方厘米，這表明他的通流能力及能量耐量都是很大的 一般來(lái)說(shuō)壓敏電阻的片徑越大，它的能量耐量越大，耐沖擊電流也越大，選用壓敏電阻時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)常遇到能量較小、但出現(xiàn)頻率次數(shù)較高的過(guò)電壓，如幾十秒、一兩分鐘出現(xiàn)一次或多次的過(guò)電壓，這時(shí)就應(yīng)該考慮壓敏電阻所能吸收的平均功率。6電壓比： 電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值之比。7額定功率： 在規(guī)定的環(huán)境溫度下所能消耗的最大功率。8最大峰值電流 一次：以8/20s標(biāo)準(zhǔn)波形的電流作一次沖擊的最大電流值，此時(shí)壓敏電壓變化率仍在10%以內(nèi)。2次：以8/20s標(biāo)準(zhǔn)波形的電流作兩次沖擊的最大電流值，兩次沖擊時(shí)間間隔為5分鐘，此時(shí)壓敏電壓變化率仍在10%以內(nèi)。9殘壓比： 流過(guò)壓敏電阻器的電流為某一值時(shí)，在它兩端所產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標(biāo)稱(chēng)電壓之比。10漏電流： 漏電流又稱(chēng)等待電流，是指壓敏電阻器在規(guī)定的溫度和最大直流電壓下，流過(guò)壓敏電阻器的電流。11電壓溫度系數(shù)： 電壓溫度系數(shù)是指在規(guī)定的溫度范圍（溫度為2070）內(nèi)，壓敏電阻器標(biāo)稱(chēng)電壓的變化率，即在通過(guò)壓敏電阻器的電流保持恒定時(shí)，溫度改變1時(shí)壓敏電阻兩端的相對(duì)變化。12電流溫度系數(shù)： 電流溫度系數(shù)是指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時(shí)，溫度改變1時(shí)，流過(guò)壓敏電阻器電流的相對(duì)變化。 13電壓非線性系數(shù)： 電壓非線性系數(shù)是指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下，其靜態(tài)電阻值與動(dòng)態(tài)電阻值之比。14絕緣電阻： 絕緣電阻是指壓敏電阻器的引出線（引腳）與電阻體絕緣表面之間的電阻值。15靜態(tài)電容： 靜態(tài)電容是指壓敏電阻器本身固有的電容容量。-(0k 3$9eU 2 壓敏電阻器的應(yīng)用原理 B5_|( 壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來(lái)代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對(duì)IC及其它設(shè)備的電路進(jìn)行保護(hù)，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對(duì)它們的損壞。使用時(shí)只需將壓敏電阻器并接于被保護(hù)的IC或設(shè)備電路上，當(dāng)電壓瞬間高于某一數(shù)值時(shí)，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護(hù)IC或電器設(shè)備；當(dāng)電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時(shí)，壓敏電阻器阻值極高，近乎開(kāi)路，因而不會(huì)影響器件或電器設(shè)備的正常工作。 eenWWl 壓敏電阻器的應(yīng)用廣泛,壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號(hào)線路、帶饋電的天饋線路。從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備，其規(guī)格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產(chǎn)品的廣泛使用，尤其是手機(jī)、手提電腦、PDA、數(shù)字相機(jī)、醫(yī)療儀器等，其電路系統(tǒng)的速度要求更高，并且要求工作電壓更低，這就對(duì)壓敏電阻器提出了體積更小、性能更高的要求。因此，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開(kāi)始大量涌現(xiàn)，而其銷(xiāo)售年增長(zhǎng)率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。 +bKzzB 預(yù)計(jì)2002年壓敏電阻器的市場(chǎng)增長(zhǎng)率為13，其中，多層片式壓敏電阻器市場(chǎng)增長(zhǎng)率為2030，徑向引線產(chǎn)品增長(zhǎng)率為510。需求主要來(lái)自于電源設(shè)備，包括DC電源設(shè)備、不間斷電源，以及新的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，如數(shù)字音頻/視頻設(shè)備、視頻游戲，數(shù)字相機(jī)等。片式壓敏電阻器已占美國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售總額的4045。（0402）尺寸的片式壓敏電阻器最受歡迎。0201尺寸的產(chǎn)品尚未上市。AVX公司的0402片式壓敏電阻器有5.6V、9V、14V和18V等幾種電壓范圍的產(chǎn)品，它們的額定功率為50mJ,典型電容值范圍從90pF(18V的產(chǎn)品)360pF(5.6V的產(chǎn)品)。MaidaDevelopment公司也生產(chǎn)片式系列的壓敏電阻器，但目前只推出了非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的產(chǎn)品，1210、1206、0805、0603和0402的產(chǎn)品正在試產(chǎn)。 eBfyQu Littelfuse公司在2000年底前推出0201的產(chǎn)品。AVX和Littelfuse公司已推出電壓抑制器陣列，如AVX推出的Multiguard系列四聯(lián)多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器陣列（即壓敏電阻器陣列）已經(jīng)被市場(chǎng)接納。可節(jié)省50的板上空間，75的生產(chǎn)裝配成本。Multiguad系列采用1206型規(guī)格。其中有一種雙聯(lián)元件采用0805規(guī)格，工作電壓有5.6V、9V、14V和18V等幾種，額定功率為0.1J。AVX公司推出Transfeed多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器。該產(chǎn)品綜合了公司Transguard系列壓敏電阻器和Feedthru系列電容器/濾波器的功能。采用0805規(guī)格。該組件具有性能優(yōu)勢(shì)，更快的導(dǎo)通時(shí)間（或稱(chēng)響應(yīng)時(shí)間，在200ps250ps之間）和更小的并行系數(shù)。 6zX0 Littelfuse制造的MLN浪涌陣列組件1206規(guī)格，內(nèi)裝4只多層壓敏電阻器。該產(chǎn)品的ESD達(dá)到IEC67100042第四級(jí)水平。其主要特性包括：感抗(1nH)，相鄰?fù)ǖ来當(dāng)_典型值50dB（頻率1MHz時(shí)），在額定電壓工作狀態(tài)下，漏電流為5A,工作電壓高達(dá)18V，電容值可由用戶指定。這種MLN貼片組件可用于板級(jí)ESD保護(hù)，應(yīng)用領(lǐng)域包括手持式產(chǎn)品、電腦產(chǎn)品、工業(yè)及醫(yī)療儀器等。 lZ prD= EPCOS公司推出了T4NA230XFV集成浪涌抑制器，內(nèi)含兩只壓敏電阻器和一種短路裝置。該產(chǎn)品用于電信中心局和用戶線一側(cè)的通信設(shè)備保護(hù)。 PS;6g$NM = 9q(%s 3.壓敏電阻的選用 1、氧化鋅壓敏電阻器應(yīng)用原理壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。 壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級(jí)范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會(huì)增加漏電流，在設(shè)計(jì)防護(hù)電路時(shí)需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。 壓敏電阻器與被保護(hù)的電器設(shè)備或元器件并聯(lián)使用。當(dāng)電路中出現(xiàn)雷電過(guò)電壓或瞬態(tài)操作過(guò)電壓Vs時(shí)，壓敏電阻器和被保護(hù)的設(shè)備及元器件同時(shí)承受Vs，由于壓敏電阻器響應(yīng)速度很快，它以納秒級(jí)時(shí)間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良非線性導(dǎo)電特性(見(jiàn)圖3中擊穿區(qū))，此時(shí)壓敏電阻器兩端電壓迅速下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vs，這樣被保護(hù)的設(shè)備及元器件上實(shí)際承受的電壓就遠(yuǎn)低于過(guò)電壓Vs，從而使設(shè)備及元器件免遭過(guò)電壓的沖擊。2、氧化鋅壓敏電阻器壓敏電壓的選擇 根據(jù)被保護(hù)電源電壓選擇壓敏電阻器的規(guī)定電流下的電壓V1mA。一般選擇原則為：對(duì)于直流回路：V1mA2.0VDC對(duì)于交流回路：V1mA2.2V有效值 特別指出對(duì)于壓敏電阻壓敏電壓的選擇標(biāo)準(zhǔn)是要高于供電電壓，在能夠滿足可以保護(hù)需要保護(hù)器件的的同時(shí)，盡可能選擇壓敏電壓高的壓敏電阻，這樣不僅可以保護(hù)器件，也能提高壓敏電阻的使用壽命。比如要保護(hù)的器件耐壓為Vdc=550Vdc,器件的工作電壓V=300Vdc,那么我們選擇壓敏電阻就應(yīng)該是壓敏電壓為470V的壓敏電阻，壓敏電壓范圍是(423-517)，壓敏電壓最大負(fù)誤差470-47=423Vdc大于器件的供電電壓300Vac，最大正誤差為470+47=517Vdc小于器件的耐壓550Vdc。選用時(shí)還必須注意：（1）必須保證在電壓波動(dòng)最大時(shí)，連續(xù)工作電壓也不會(huì)超過(guò)最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命；（2）在電源線與大地間使用壓敏電阻時(shí)，有時(shí)由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用比線與線間使用場(chǎng)合更高標(biāo)稱(chēng)電壓的壓敏電阻器。3、通流量的選取 通常產(chǎn)品給出的通流量是按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)給定的波形、沖擊次數(shù)和間隙時(shí)間進(jìn)行脈沖試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品所能承受的最大電流值。而產(chǎn)品所能承受的沖擊數(shù)是波形、幅值和間隙時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)電流波形幅值降低50時(shí)沖擊次數(shù)可增加一倍，所以在實(shí)際應(yīng)用中，壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的最大通流量。4、應(yīng)用 圖1所示是采用壓敏電壓器進(jìn)行電路浪涌和瞬變防護(hù)時(shí)的電路連接圖。對(duì)于壓敏電阻的應(yīng)用連接，大致可分為四種類(lèi)型： 第一種類(lèi)型是電源線之間或電源線和大地之間的連接，如圖1（a）所示。作為壓敏電阻器，最具有代表性的使用場(chǎng)合是在電源線及長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)線遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對(duì)電子產(chǎn)品起保護(hù)作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對(duì)線間的感應(yīng)脈沖有效，而在線與地間接入壓敏電阻則對(duì)傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進(jìn)一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來(lái)，則可對(duì)浪涌脈沖有更好的吸收作用。 第二種類(lèi)型為負(fù)荷中的連接，見(jiàn)圖1（b）。它主要用于對(duì)感性負(fù)載突然開(kāi)閉引起的感應(yīng)脈沖進(jìn)行吸收，以防止元件受到破壞。一般來(lái)說(shuō)，只要并聯(lián)在感性負(fù)載上就可以了，但根據(jù)電流種類(lèi)和能量大小的不同，可以考慮與RC串聯(lián)吸收電路合用。 第三種類(lèi)型是接點(diǎn)間的連接，見(jiàn)圖1（c）。這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開(kāi)關(guān)接點(diǎn)被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點(diǎn)并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。第四種類(lèi)型主要用于半導(dǎo)體器件的保護(hù)連接，見(jiàn)圖1（d）。這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件，一般采用與保護(hù)器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護(hù)器件的耐壓等級(jí)，這對(duì)半導(dǎo)體器件是一種有效的保護(hù)。 5、選型原則 如果電器設(shè)備耐壓水平Vo較低，而浪涌能量又比較大，則可選擇壓敏電壓V1mA較低、片徑較大的壓敏電阻器；如果Vo較高，則可選擇壓敏電壓V1mA較高的壓敏電阻器，這樣既可以保護(hù)電器設(shè)備，又能延長(zhǎng)壓敏電阻使用壽命。 壓敏電阻器主要應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的過(guò)電壓保護(hù)電路中，它有多種型號(hào)和規(guī)格。所選壓敏電阻器的主要參數(shù)（包括標(biāo)稱(chēng)電壓、最大連續(xù)工作電壓、最大限制電壓、通流容量等）必須符合應(yīng)用電路的要求，尤其是標(biāo)稱(chēng)電壓要準(zhǔn)確。標(biāo)稱(chēng)電壓過(guò)高，壓敏電阻器起不到過(guò)電壓保護(hù)作用，標(biāo)稱(chēng)電壓過(guò)低，壓敏電阻器容易誤動(dòng)作或被擊穿。 6、氧化鋅壓敏電阻器的使用方法 壓敏電阻器是一種無(wú)極性過(guò)電壓保護(hù)元件，無(wú)論是交流還是直流電路，只需將壓敏電阻器與被保護(hù)電器設(shè)備或元器件并聯(lián)即可達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的(如圖4所示) 當(dāng)過(guò)電壓幅值高于規(guī)定電流下的電壓，過(guò)電流幅值小于壓敏電阻器的最大峰值電流時(shí)(若無(wú)壓敏電阻器足以使設(shè)備元器件破壞)，壓敏電阻器處于擊穿區(qū)，可將過(guò)電壓瞬時(shí)限制在很低的幅值上，此時(shí)通過(guò)壓敏電阻器的浪涌電流幅值不大(100A/cm2),不足以對(duì)壓敏電阻器產(chǎn)生劣化；當(dāng)過(guò)電壓幅值很高時(shí)，壓敏電阻器將過(guò)電壓限制在較低的水平上(小于設(shè)備的耐壓水平)，同時(shí)通過(guò)壓敏電阻器的沖擊電流很大，使壓敏電阻器性能劣化即將失效，這時(shí)通過(guò)熔斷器的電流很大，熔斷器斷開(kāi)，這樣既可使電器設(shè)備、元器件免受過(guò)電壓沖擊，也可避免由于壓敏電阻器的劣化擊穿造成線路L-N、L-PE之間短路(推薦的熔斷器規(guī)格見(jiàn)表1)。 壓敏電阻器在電路的過(guò)電壓防護(hù)中，如果正常工作在圖3的預(yù)擊穿區(qū)和擊穿區(qū)，理論上是不會(huì)損壞的。但由于壓敏電阻器要長(zhǎng)期承受電源電壓，電路中暫態(tài)過(guò)電壓、超能量過(guò)電壓隨機(jī)的不斷沖擊及吸收電路儲(chǔ)能元件釋放能量，因此，壓敏電阻器也是會(huì)損壞的，它的壽命根據(jù)所在電路經(jīng)受的過(guò)電壓幅值和能量的不同而不同。在電子鎮(zhèn)流器和節(jié)能燈過(guò)壓保護(hù)的壓敏電阻,一般小于20W選用MYG07K系列，30W-40W一般選用MYG10系列的壓敏電阻做過(guò)壓保護(hù) 一、壓敏電阻的連接線問(wèn)題將壓敏電阻接入電路的連接線要足夠粗，推薦的連接線的尺寸注：接地線為5.5 mm2以上連接線要盡可能短，且走直線，因?yàn)闆_擊電流會(huì)在連接線電感上產(chǎn)生附加電壓，使被保護(hù)設(shè)備兩端的限制電壓升高。壓敏電阻通流量600A(6002500)A(25004000)A(400020K)A導(dǎo)線截面積 0.3 mm2 0.5 mm2 0.8 mm2 2 mm2例如：若壓敏電阻MY兩端各有3 cm長(zhǎng)的接線，它的電感量L大體為18 nH，若有10 KA的8/20沖擊電流流入壓敏電阻，把電流的升速看作10KA / 8s，則引線電感上的附加電壓UL1、UL2大體為UL1= UL2=L(di/dt)=1810-9( 10103 / 810-6 )=22.5 V這就使限制電壓增高了45V。二、壓敏電阻的串聯(lián)和配對(duì)壓敏電阻可以很簡(jiǎn)單地串聯(lián)使用。將兩只電阻體直徑相同（通流量相同）的壓敏電阻串聯(lián)后，漆壓敏電壓、持續(xù)工作電壓和限制電壓相加，而通流量指標(biāo)不變。例如在高壓電力避雷器中，要求持續(xù)工作電壓高達(dá)數(shù)千伏，數(shù)萬(wàn)伏，就是將多個(gè)ZnO壓敏電阻閥片迭和起來(lái)（串聯(lián)）而得到的。壓敏電阻可以并聯(lián)，目的是獲得更大的通流量，或者在沖擊電流峰值一定的條件下減小電阻體中的電流密度，以降低限制電壓。當(dāng)要求獲得極大的通流量 例如8/20，（50200）KA ，且壓敏電壓又比較低（例如低于200V）時(shí)，電阻體的直徑 / 厚度比太大，在制造技術(shù)上有困難，且隨著電阻體直徑的加大，電阻體的微觀均勻性變差，因此通流量不可能隨電阻體面積成比例地增大。這時(shí)用較小直徑的電阻片并聯(lián)可能是個(gè)更合理的方法。由于高非線性，壓敏電阻片的并聯(lián)需要特別小心謹(jǐn)慎，只有經(jīng)過(guò)仔細(xì)配對(duì)，參數(shù)相同的電阻片相并聯(lián)，才能保證電流在各電阻片之間均勻分配。針對(duì)這種需求，本公司專(zhuān)門(mén)為用戶提供配對(duì)的電阻片。此外，縱向連結(jié)的幾個(gè)壓敏電阻器，使用經(jīng)過(guò)配對(duì)的參數(shù)一致的壓敏電阻器后，當(dāng)沖擊侵入時(shí)，出現(xiàn)在橫向的電壓差可以很小。在這種情況下，配對(duì)也是有意義的。三、壓敏電阻與氣體放電器件的串聯(lián)和并聯(lián)壓敏電阻可以與氣體放電管、空氣隙、微放電間隙等氣體放電器件相串聯(lián)（圖10.5a），這個(gè)串聯(lián)組合的正常工作要滿足兩個(gè)基本條件：、系統(tǒng)電壓上限值應(yīng)低于氣體放電器件G的直流擊穿電壓；、G點(diǎn)火后在系統(tǒng)電壓上限值下，壓敏電阻MY中的電流應(yīng)小于G的電弧維持電流，以保證G的熄弧。這種串聯(lián)組合具有電容量小，工作頻率高；漏電流極小安全性好；以及不存在壓敏電阻MY在系統(tǒng)電壓下老化的問(wèn)題，因而可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有氣體放電器件相應(yīng)慢所引起的讓通電壓?jiǎn)栴}。壓敏電阻也可與氣體放電管并聯(lián)，以降低氣體放電管的沖擊點(diǎn)火電壓。雷電與防雷誤區(qū) 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件已進(jìn)入大規(guī)模集成電路時(shí)代。電子設(shè)備的功能得以改善，運(yùn)行的可靠性不斷提高，然而防雷的能力卻大大地降低了?，F(xiàn)在，每年遭到雷擊而造成的損失數(shù)以億元計(jì)，所以研究保護(hù)微電子設(shè)備免遭雷電危害已成為一個(gè)重要課題。雖然近兩個(gè)世紀(jì)出現(xiàn)了很多的防雷方法和派生出很多防雷器件，但由于對(duì)雷電的了解不全面或?qū)ζ骷阅艿钠?jiàn)，往往得不到預(yù)期的效果。由于不得其法，浪費(fèi)了大量資財(cái)。本文闡述雷電的成因并指出當(dāng)前防雷誤區(qū)，力圖打破似乎凍結(jié)的防雷方法的規(guī)范，以求防雷研究的進(jìn)展。1 雷電的形成1.1 自然界的自由電荷 在電子學(xué)中，當(dāng)人們研究電的現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成物質(zhì)的微單元的原子中，圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的外層電子易受外界條件的影響而逸出，使原子缺少電子或者自由電子單獨(dú)存在而對(duì)外部形成電場(chǎng)的帶電現(xiàn)象。 金屬導(dǎo)體和絕緣體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)別在于：金屬導(dǎo)體中的自由電子內(nèi)部引力較弱，而絕緣體內(nèi)部引力較強(qiáng)。所以在金屬導(dǎo)體環(huán)路中，如加上一種使自由電子逸出的力量（這個(gè)力量我們叫電壓），由于環(huán)路中電壓的存在，金屬中的電子產(chǎn)生位移式的流動(dòng)，不過(guò)金屬內(nèi)的正負(fù)電荷量的絕對(duì)值是相等的，一旦去掉加在環(huán)路中的電壓，環(huán)路立即處于中性，沒(méi)有電子的流動(dòng)，不再產(chǎn)生電場(chǎng)。 對(duì)非環(huán)路的金屬，比如兩塊相互平行的金屬板，它們之間以空氣為介質(zhì)，如在這兩塊板上加上電壓，金屬導(dǎo)體中的電子按同性相斥，異性相吸規(guī)律，使電子向一面流動(dòng)，產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為靜電現(xiàn)象。這時(shí)對(duì)某一塊金屬來(lái)說(shuō)，它們電荷的正負(fù)電量的絕對(duì)值就不相等了，這時(shí)如去掉加在其上的電壓，它不像環(huán)路那樣呈現(xiàn)電中性，卻仍保持帶電性質(zhì)，仍然有電場(chǎng)的存在，但是隨著時(shí)間的推移，這個(gè)電場(chǎng)會(huì)自然消失。正統(tǒng)的理論解釋為A片金屬的電子通過(guò)介質(zhì)層逐步釋放給B片金屬的結(jié)果，這是以環(huán)路電流理論為依據(jù)的論點(diǎn)。但是，如果將兩塊已充了電的金屬塊瞬間拉開(kāi)到不可能從A向B釋放電子的距離，兩塊金屬會(huì)不會(huì)永久性地帶電呢？事實(shí)告訴我們，隨著時(shí)間的推移帶電現(xiàn)象也隨之消失，這是什么原因呢？教科書(shū)上提到的摩擦起電現(xiàn)象，即絕緣體相互摩擦后，絕緣體出現(xiàn)帶電現(xiàn)象，在這種情況下，是否需要兩件物體再接觸一下才能使絕緣體呈現(xiàn)帶電中性呢？事實(shí)并非如此，這些懸于空間的帶電物體，不管帶電性質(zhì)如何，只要與大地接觸一下，帶電現(xiàn)象就立即消失。因此這種現(xiàn)象告訴我們，在自然界中，A給B的電荷，A不必從B收回，B多余的電荷也不一定向A輸出，這與金屬環(huán)路電流理論是不相同的。同時(shí)可以推定，自然空間（包括大地在內(nèi)）各種物體電荷的擁有量的絕對(duì)值是不相等的，就是說(shuō)自然界擁有巨大的自由電荷量。 自然界之所以擁有大量的自由電荷，從電勢(shì)形成概念而言，有電磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、摩擦起電及射線等諸方面原因，現(xiàn)代科學(xué)可以做到測(cè)量人腦電流的運(yùn)動(dòng)來(lái)判斷腦的活動(dòng)。自然界的自由電荷的成因，用能量守恒定律來(lái)規(guī)范，可以這樣說(shuō)：凡有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的地方（包括宇宙射線），就會(huì)產(chǎn)生電子運(yùn)動(dòng)并形成自由電荷，這是一種能轉(zhuǎn)換成另一種能的變換過(guò)程，所以自然界物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是自然界產(chǎn)生自由電荷的根源。 所謂自然界，包括天空與大地這樣廣闊的空間，這個(gè)空間不存在電荷的中性，就大地而言，我們稱(chēng)之為零電位，但大地本身因物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)其電位并非為零，它擁有大量的自由電荷，我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)：用一副耳機(jī)，或者一只毫伏表，兩根同金屬性質(zhì)的金屬棒，在一定距離內(nèi)分別將金屬棒插入地下，棒與棒之間用耳機(jī)可以聽(tīng)到地電荷的噪音，如果接上毫伏表發(fā)現(xiàn)有電壓指示，而這種指示不因放電時(shí)間的加長(zhǎng)而消失，單線傳輸?shù)碾娫捑€路，電話的耳機(jī)里的噪音也連續(xù)不斷，這些都說(shuō)明大地自由電荷的存在。當(dāng)然用上述方法無(wú)法測(cè)量天空自由電荷，但是我們用長(zhǎng)波和中波收音機(jī)收聽(tīng)電臺(tái)時(shí)，噪音干擾也連續(xù)不斷，以此證明，天空中有不斷的放電現(xiàn)象，說(shuō)明天空中存在豐富的自由電荷，同時(shí)又能形成一定強(qiáng)度的電場(chǎng)放電。 這里反復(fù)地論證自然界存在自由電荷，其目的是要解釋雷電產(chǎn)生的根源，因?yàn)榻炭茣?shū)上的環(huán)路理論不能對(duì)雷電成因進(jìn)行解釋。1.2 雷電場(chǎng)的產(chǎn)生 雷電的能量是巨大的，在人類(lèi)活動(dòng)中，任何單一的電站所發(fā)出的電能不可能產(chǎn)生一次雷電所釋放的能量，那么這樣大的能量積聚是怎樣形成的呢？ 上面說(shuō)過(guò)，由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)自然界產(chǎn)生巨大的自由電荷，當(dāng)然這些自由電荷是產(chǎn)生雷電的根源。從電子學(xué)中得知，要形成一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)，一定是其中一方是同性質(zhì)電荷的積累，但是在天空中空氣是絕緣的，同性質(zhì)的電荷又相斥，它們不可能積聚在一起，不可能形成能量的集中，天空中的物質(zhì)受氣流、宇宙射線的影響而產(chǎn)生自由電荷，且不斷增加，在大氣層的擠壓下向太空高層運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)電離層，這個(gè)電離層是含單性電荷的電子層，其電場(chǎng)的能量是不可估量的。 當(dāng)大氣層中出現(xiàn)潮濕的空氣，在上升階段又遇冷空氣結(jié)成水狀云塊時(shí)，由于云塊可看成是一個(gè)整體的導(dǎo)體，在電離層電場(chǎng)力的作用下，云層中的電子推向面向地的一端，雖然云塊正負(fù)電荷的絕對(duì)值相等，但實(shí)際上形成了一個(gè)靜電場(chǎng)，在晴天，云塊遠(yuǎn)距地面而且云塊與大地間潮濕空氣較稀，它們之間介質(zhì)絕緣程度較高，不易發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，但是在雨天，特別是熱雨季節(jié)，由于云層下降，空氣潮濕，在此條件下帶電云塊擊穿空氣向大地放電而形成雷電。 雷電不單純是空間對(duì)地放電，往往在空間也會(huì)形成雷電。這是因?yàn)閹щ娫茐K在空間的位置較高，當(dāng)?shù)孛娴某睗窨諝饧彼偕仙龝r(shí)，它與帶電云塊形成的電場(chǎng)在空間放電，形成高空雷電。 上面說(shuō)過(guò)，云塊受電離層電場(chǎng)力的作用產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，這些云塊向地放電以后，其本身產(chǎn)生電離即云塊的正負(fù)電量的絕對(duì)值不相等，形成帶電現(xiàn)象，帶電云塊隨著氣流運(yùn)動(dòng)與另一云塊形成電場(chǎng)，當(dāng)它們逐漸接近時(shí)產(chǎn)生放電現(xiàn)象是形成空中雷的原因，當(dāng)我們觀察雷電在空間放電時(shí)，往往是一次接一次有連續(xù)不斷的感覺(jué)。1.3 雷電過(guò)程 雷電過(guò)程也是靜電理論中闡明的電場(chǎng)中介質(zhì)擊穿過(guò)程。上面說(shuō)過(guò)雷電的成因，雷電是帶電云塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中放電的現(xiàn)象，其放電位置不是固定的，但有一定固定的條件。比如電場(chǎng)中介質(zhì)的厚度、絕緣系數(shù)、氣體溫度和地表導(dǎo)電系數(shù)都影響雷擊地點(diǎn)。我們常說(shuō)的多雷區(qū)應(yīng)該說(shuō)該地區(qū)具備上述諸因素中的幾種。但是有人認(rèn)為雷電是在本位置產(chǎn)生的，這是一種誤解。道理很簡(jiǎn)單：因?yàn)樵诒镜貐^(qū)又有什么力量積聚這么大的能量呢？應(yīng)該是帶電云塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中放電形成雷電，當(dāng)然在帶電云塊的作用下，在什么地方放電與地面的前述條件有關(guān)，以地貌而言相對(duì)高度越高應(yīng)該說(shuō)越易遭雷擊，這里指的是高建筑物、高山及地表凸出處，但也不一定就在這些地方出現(xiàn)雷擊，因?yàn)樵陔妶?chǎng)中介質(zhì)參數(shù)不單純是指厚度，還取決于絕緣系數(shù)即環(huán)境的溫度和氣體的溫度。我們發(fā)現(xiàn)，往往雷擊點(diǎn)不在山頂而在平川，這是因?yàn)槟抢锏某睗窨諝夂蜌鉁厥闺妶?chǎng)介質(zhì)的絕緣低于高山而遭雷擊。另外，地表的導(dǎo)電也有影響，良好的導(dǎo)電地質(zhì)比難以導(dǎo)電的地質(zhì)所產(chǎn)生的雷電場(chǎng)就大得多，所以易導(dǎo)電的地質(zhì)易于引雷。 雷電場(chǎng)是一個(gè)巨大的靜電場(chǎng)，是人類(lèi)不可建造的。巨大的電場(chǎng)面積和所積聚的巨大能量是不可估量而又不可測(cè)量的，人們往往在雷電以后，從被雷擊的物體破壞的程度估計(jì)它的大小。對(duì)于雷電流用數(shù)以億安計(jì)的詞來(lái)形容是不過(guò)份的，雷電場(chǎng)在放電過(guò)程中與靜電場(chǎng)放電有相似的地方，但也有差別，人為形成的靜電場(chǎng)其儲(chǔ)能是極為有限的，所以它在放電過(guò)程中放電電流是從最大值逐步減弱，而雷電場(chǎng)就不同，由于儲(chǔ)能巨大，在放電時(shí)因通過(guò)空間的阻力開(kāi)始階段不可能使電場(chǎng)減弱，而是在放電時(shí)空氣加熱以后放電電流達(dá)到最大值，再隨著電場(chǎng)的減弱放電電流隨之下降。所以雷擊過(guò)程中雷電流是從小到大再減弱，就電的性質(zhì)而言，由于它是一個(gè)靜電場(chǎng)的放電，電流的方向是不變的，所形成的是一個(gè)幅度巨大的脈動(dòng)直流電流。 所以雷電流的主要分量是直流分量，但脈動(dòng)部分和雷電流與空氣及地接觸時(shí)產(chǎn)生的熱騷動(dòng)形成的諧波和高次諧波的電磁能量也相當(dāng)大，所以雷電過(guò)程中的交流分量也不可小看，雷擊過(guò)程中，從低頻直至米波段這樣寬的頻譜均受不同程度的干擾，從諧波理論得知，低頻段所受干擾較為嚴(yán)重。 如果我們將地面的物體置于某一位置，雷電對(duì)這一物體產(chǎn)生的干擾可分為感應(yīng)干擾和直接干擾。某一物體不在雷電場(chǎng)內(nèi)，但由于雷電在放電過(guò)程，它所產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁波使這一物體受電磁波的沖擊，這樣的雷我們稱(chēng)“感應(yīng)雷”，當(dāng)某一物體置于雷電場(chǎng)內(nèi)，而且物體又作為雷電流的導(dǎo)電體，巨大的電流通過(guò)該物體使物體遭到嚴(yán)重破壞，這種直接置于雷電場(chǎng)受到雷電的沖擊，我們稱(chēng)這種雷為“直接雷”。以現(xiàn)代微電子來(lái)說(shuō)，不管感應(yīng)雷還是直接雷對(duì)微電子器件都會(huì)造成永久性的破壞。2 防雷的誤區(qū)2.1 避雷針與避雷器 19世紀(jì)后葉，人們發(fā)現(xiàn)金屬導(dǎo)體尖端放電現(xiàn)象。避雷針是典型的利用尖端放電原理做成的防雷裝置，在被保護(hù)物體上架設(shè)一根金屬針，并將它與地相通。它是怎樣避雷的呢？解釋是這樣：當(dāng)避雷針置于空中對(duì)地這個(gè)雷電場(chǎng)時(shí)，由于避雷針與大地有良好的接觸，此時(shí)電場(chǎng)能量通過(guò)避雷針?lè)烹?，雷電?chǎng)消失，使它不發(fā)生大電流的放電，從而起到消雷的作用。但是這種解釋也有不清楚的地方，即位于強(qiáng)大的雷電場(chǎng)下的避雷針，能否按人們的意愿慢慢地放電使雷電場(chǎng)消失呢？從電學(xué)原理也說(shuō)不通。因?yàn)閺?qiáng)大的雷電場(chǎng)就像炸藥缺少引信一樣，避雷針?biāo)傅目臻g就像引信，由于避雷針的引導(dǎo)會(huì)一觸即發(fā)。因?yàn)槠涓叨群土己玫慕拥貤l件要優(yōu)于其它位置，同時(shí)尖端形成的電場(chǎng)又大于其它地方，所以強(qiáng)大的雷電場(chǎng)以避雷針為中心放電區(qū)，如果說(shuō)避雷針本身不具有電抗，接地電阻又達(dá)到零值，數(shù)以億安計(jì)的雷電流可以順利通過(guò)它，不會(huì)形成熱效應(yīng)和雷電位，便可達(dá)到避雷目的。但避雷針本身和引線存在著電抗，接地電阻不可能為零，所以雷擊過(guò)程中，它沒(méi)有避雷能力，只起到雷擊位置的引導(dǎo)作用。人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，但對(duì)避雷針有所偏愛(ài)或者說(shuō)對(duì)雷電成因不理解，他們將雷電解釋為是本位置產(chǎn)生的，就是說(shuō)講不清楚的原因，在避雷針設(shè)置的地方和相對(duì)的空間形成電場(chǎng)，由于避雷針逐步放電而使這一電場(chǎng)建立不起來(lái)，所以避雷針起到消雷的作用。事實(shí)上從20世紀(jì)以來(lái)人們對(duì)避雷針的避雷作用公開(kāi)地提出了質(zhì)疑，因?yàn)楸芾揍槼蔀橐揍樀氖录乙?jiàn)不鮮。 然而避雷針在下述情況能發(fā)揮一定作用，當(dāng)帶電云塊的電量很小，而且又遠(yuǎn)離地面與大地形成不太強(qiáng)的電場(chǎng)時(shí)，避雷針對(duì)其電場(chǎng)逐步放電達(dá)到消除這個(gè)電場(chǎng)的目的。地面有些物體與大地是絕緣的，比如木質(zhì)結(jié)構(gòu)的古建筑物，在感應(yīng)雷和直接雷的作用下，可能會(huì)帶上靜電，由于靜電的存在可能引起火災(zāi)，如果在這些物體上架設(shè)避雷針，就可使建筑物與大地形成等電位，避免這些物體在雷電場(chǎng)作用下帶靜電。 但是，現(xiàn)代的建筑物幾乎都是鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的，它與大地已形成了等電位，顯然架設(shè)避雷針是多余的。但是現(xiàn)在的建筑物仍沿襲老規(guī)矩架設(shè)避雷針，其原因很明顯，主要是責(zé)任和規(guī)范問(wèn)題。說(shuō)句實(shí)話，不設(shè)避雷針誰(shuí)能保證該建筑物不受雷擊？安裝了避雷針而遭雷擊是老天爺?shù)氖?，?zé)任不在人。 幾乎在出現(xiàn)避雷針的同時(shí)，在輸電線上人們利用尖端放電現(xiàn)象發(fā)明了尖端放電避雷器，兩個(gè)尖端所形成的電場(chǎng)在一定間距內(nèi)放電，這個(gè)間距的大小可以設(shè)定在一定電壓下放電，于是將它安裝在輸電線上，使雷電的超壓值通過(guò)此放電器引導(dǎo)入地達(dá)到避雷的目的。20世紀(jì)初葉，輸電線上普遍安裝了形似羊角的羊角避雷器，但是由于羊角避雷器在泄放雷電過(guò)程中，空氣被加熱引起電弧不斷，雖然有引導(dǎo)電弧上升的形態(tài)，但雷電過(guò)后，電路不能正常供電。于是在尖端放電的基礎(chǔ)上加了對(duì)電壓敏感的電阻元件，此元件在超過(guò)額定電壓時(shí)呈現(xiàn)的電阻小，反之阻值增大，對(duì)過(guò)壓引起的電流起到開(kāi)關(guān)作用，這種避雷器稱(chēng)“閥型避雷器”。按壓敏原理又派生出氣敏和氧化鋅器件。 不管羊角型、閥型、氣敏和壓敏避雷器，它們的結(jié)構(gòu)企圖達(dá)到一個(gè)目的：使輸電線上的過(guò)壓值，通過(guò)這些器件，箝位在人為的整定值上，從而使用戶設(shè)備的端電壓不超過(guò)額定電壓，確保用戶設(shè)備的安全。2.2 避雷器件用在不同電路中的反應(yīng) 現(xiàn)在形形色色的避雷器，如果單純地就其本身結(jié)構(gòu)來(lái)判斷是否有防雷作用是不全面的，還要看這些器件用在什么電路。下面介紹幾種電路在雷電過(guò)程中的反應(yīng)： （1）高壓輸電線雷電勢(shì)的分布與過(guò)渡 高壓輸電線是三相三線制，線對(duì)地是絕緣的。不管輸電線受感應(yīng)雷或直接雷影響，在三線中的雷電勢(shì)的電位和相位均是相同的，線與線之間的電位差等于零。所以當(dāng)雷擊高壓輸電線時(shí)，主要危及輸電線及其在線路上運(yùn)行的變壓器的對(duì)地絕緣。在三線的輸電線中，由于各種原因三線對(duì)地絕緣系數(shù)不盡相同，特別是高壓側(cè)的避雷器絕緣性能更難求得一致，所以在雷擊過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一線首先向地放電現(xiàn)象。由于一線放電，該線雷電位迅速下降，此時(shí)另外二線的雷電位就高于放電線，線與線之間就出現(xiàn)了雷電位差，這個(gè)電壓通過(guò)變壓器高壓側(cè)繞組，低壓側(cè)（即變壓器副邊）就由于電磁感應(yīng)出現(xiàn)雷電壓，這個(gè)電壓很高時(shí)就危及用戶設(shè)備的安全。 （2）低壓輸電線雷電勢(shì)的分布與過(guò)渡 低壓為三相四線制，零線與大地相連，雷電發(fā)生在低壓電線時(shí)，由于零線本身存在著電抗，接地電阻不可能達(dá)到零值，四線上的雷電都向地放電，此時(shí)的低壓輸電線首先是零電位急劇上升，當(dāng)然相線由于零電位上升而相應(yīng)上升，而且每相向零線放電時(shí)，都是通過(guò)用戶設(shè)備進(jìn)行的，由于各自的負(fù)載不同，相應(yīng)的雷電位也不盡相同，這樣又出現(xiàn)了相對(duì)零線間和相間的雷電流。所以當(dāng)雷擊低壓線時(shí)，對(duì)用戶設(shè)備造成破壞的一是對(duì)地絕緣，二是超壓過(guò)載，往往由于零線電位升高而破壞用戶絕緣的故障最明顯。 （3）小電流電路 所謂小電流電路系指電源功率容量小、電源內(nèi)阻高的電路網(wǎng)絡(luò)，這種電路我們常見(jiàn)的如電話外線及電子線路本身。 上面說(shuō)過(guò)，目前的防雷器件是由尖端放電和壓敏原理派生，這些器件用于線路超壓保護(hù)時(shí)，接線方式一般為線間并聯(lián)及線與地間并聯(lián)，這種器件在小電流電路上是能有效地箝定超壓電流的，因?yàn)樾‰娏麟娐饭β嗜萘啃?，電源?nèi)阻高。比如：當(dāng)雷電沖擊電話用戶時(shí)，雷電流通過(guò)用戶線倒傳到交換機(jī)的終端，如果交換機(jī)終端安了壓敏器件，壓敏器件對(duì)雷電流進(jìn)行泄放時(shí)，電話線路由于阻值大將雷電流給予限制，因此壓敏器件能箝定在它的閾值上。在電子電路中，我們常見(jiàn)在穩(wěn)壓二極管的前面串聯(lián)一只電阻，這只電阻是限流電阻，也可看成是為增加電源內(nèi)阻而設(shè)定的，由于此電阻的限流，穩(wěn)壓二極管就能將電壓箝定在它的閾值上，但負(fù)載電流不能大，否則穩(wěn)壓值低于閾值，所以在小電流電路中，使用壓敏器件進(jìn)行電壓的箝位能有效地防止雷電的沖擊，就是說(shuō)防雷效果是顯著的。 （4）大電流電路 大電流電路一般指電源電路，這種電路的特點(diǎn)是功率容量大、電源內(nèi)阻小。如果在這樣的電路上使用壓敏器件并聯(lián)在線路上，力圖用壓敏器件的過(guò)壓放電特性，將過(guò)壓值箝定在壓敏器件的閾值上顯然是做不到的。雷電要在電源電路形成超壓狀態(tài)，它的功率能量必須大于電源電路的能量，這樣一個(gè)巨大的能量由壓敏器件泄放而器件本身不損壞是不可能的，這是其一；其二，由于電源內(nèi)阻小，就是在壓敏器件放電過(guò)程中，壓敏器件兩端電壓不會(huì)低于線路的過(guò)壓值，這樣用戶設(shè)備同樣受雷電過(guò)壓的沖擊。 現(xiàn)在市面上有些設(shè)備號(hào)稱(chēng)具有防雷功能，單純的將防雷器件和整機(jī)并聯(lián)在電源上，并在電源電路上串聯(lián)保險(xiǎn)絲。制作者們認(rèn)為在雷擊過(guò)程中，壓敏器件放電而使電路過(guò)流而熔斷保險(xiǎn)絲，達(dá)到避雷的目的。這樣的接線，對(duì)功率器件即電機(jī)和電力變壓器有一定的避雷作用，但對(duì)于微電子設(shè)備沒(méi)有防范功效。前面說(shuō)過(guò)加在壓敏器件上的過(guò)壓值同時(shí)加到了用戶設(shè)備上，而且由于電源內(nèi)阻小，電壓不會(huì)因此而降落很多，另外，保險(xiǎn)絲是一個(gè)熱元件，有一個(gè)熔斷時(shí)間，所以用保險(xiǎn)絲與壓敏器件配合的避雷器裝置，對(duì)于微電子設(shè)備而言是不可取的。 要使壓敏器件在電源電路上發(fā)揮避雷作用，只有增加電源內(nèi)阻即在電路上串聯(lián)電抗元件，但是由于這個(gè)電抗元件使電路在正常工作狀態(tài)下，降低了工作電壓，同時(shí)又隨負(fù)載的變化而波動(dòng)使此電源不能使用，所以當(dāng)今防雷問(wèn)題的焦點(diǎn)幾乎在電源線引雷問(wèn)題上。 由于電源線上不能串聯(lián)電抗元件，但又要使用壓敏器件泄放雷電流，于是有人從雷電頻譜入手，提出了雷電的浪流現(xiàn)象。什么是浪流呢？雷電如水浪一樣來(lái)勢(shì)兇猛，下降迅速，認(rèn)為這樣一個(gè)沖擊電流主要分量在高頻，所以在電路上使用毫亨級(jí)的電感就能防止浪流。當(dāng)