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EMC元件之压敏电阻

面包板社区  · 公众号  ·  · 2024-04-18 20:00

正文

如同治病需要对症下药一般,应对电子设备的噪声时也需要了解噪声产生的机制和噪声对策元件的原理。本次介绍的就是利用了某种电子陶瓷的有趣特性的压敏电阻。这种可靠的噪声对策元件能防止静电的瞬间电涌损害电路。

诱导雷会产生如同海啸般的电涌

雷阵雨、不定期暴雨、热带地区的短风暴等,都属于大规模积乱云降下的局部大雨。积乱云也称为雷云,顾名思义伴有雷电,有时会落在输电线上,造成停电。即使不落雷,在雷云接近时,AM广播也会产生嘎吱嘎吱的噪声。这是雷云之间的放电所产生的电磁波造成的。

比起落雷,诱导雷更会造成大范围内的电子设备损害。雷云下方平时分布着负电荷,因此雷云接近时,电线杆上的输电线和电话线等会被诱导出正电荷。在此状态下,云间放电等现象所产生的负电荷被中和时,输电线和电话线中被诱发的正电荷就会像海啸一样向地面流去。这称为雷电涌。

雷电涌是瞬间的冲击波,电压可达到数千V,电流可达1千到1万A,只要侵入电子设备,就能轻易破坏集成电路等元件。在搭载集成电路的电话普及时期,雷电涌的对策还不完善,因此某个地区的电话全部故障的事故常有发生。

为了防止这类问题,变阻器和避雷器开始展现身手。以发电、输电、变电等设备安装的SPD(防电涌设备)为代表,它们存在着家庭供电用、电子设备用、汽车用等各种型号。

超过一定电压后电阻下降且通行电流的压敏电阻

在大河的中段,往往设有调蓄池。在河流超过一定水位时,这片区域能暂时储蓄水量,防止下游受到洪水危害。压敏电阻就可以被比作调蓄池。在雷电涌等入侵时,它自身能充当旁路,防止电子设备故障。
物质的电阻通常遵循R=E/I的欧姆定律(E:电压、R:电阻、I:电流)但是在半导体和电子陶瓷中,有些电阻随电压的变化是非线性的。例如,它可能在某个电压以下呈现高电阻,在该电压以上的电阻却会降低,流通大电流。压敏电阻就是利用了这种性质的元件,它是voltage variable resistor(可变电压压敏电阻)的缩写。

电子陶瓷是诸多细微结晶粒聚合成的结晶体,一般的压敏电阻多采用以氧化锌为主成分的陶瓷。包含结晶粒的晶界是高电阻的绝缘层,在某个电压以下不通行电流,但超过该电压时,就会因为量子隧穿效应而通行大电流。

将2个相对放置的齐纳二极管(稳压二极管)连接构成的电压保护元件被用于防止电涌损害集成电路,但这样就需要连接电容,难以减少安装面积。积层贴片压敏电阻则解决了这个问题。这种变阻器采用了氧化锌陶瓷层与内部电极交叠的积层构造。
如同我们在中学物理学到的那样,物质的电阻通常遵循R=E/I的欧姆定律(E:电压、R:电阻、I:电流)但是在半导体和电子陶瓷中,有些电阻随电压的变化是非线性的。例如,它可能在某个电压以下呈现高电阻,在该电压以上的电阻却会降低,流通大电流。压敏电阻就是利用了这种性质的元件,它是voltage variable resistor(电压可变电阻)的缩写。

电子陶瓷是诸多细微结晶粒聚合成的结晶体,一般的压敏电阻多采用以氧化锌为主成分的陶瓷。包含结晶粒的晶界是高电阻的绝缘层,在某个电压以下不通行电流,但超过该电压时,就会因为量子隧穿效应而通行大电流。

将2个相对放置的齐纳二极管(稳压二极管)连接构成的电压保护元件被用于防止电涌损害集成电路,但这样就需要连接电容,难以减少安装面积。积层贴片压敏电阻则解决了这个问题。这种变阻器采用了氧化锌陶瓷层与内部电极交叠的积层构造。
阻断人体放出的静电

在充斥着塑料制品的现代生活中,人体也会像雷云那样储蓄静电荷。而随着近年来电子设备的便携化发展,手指触摸、或通过线缆进行设备连接的情况也多了起来。此时产生的静电放电会导致集成电路故障,因此积层贴片压敏电阻的发挥空间也越来越广。

变阻器流通1mA电流时的端口间电压一般称为变阻电压。为了保护低电压驱动的集成电路,变阻电压就需要降低。碟形压敏电阻的变阻电压尚有50到200V,积层贴片压敏电阻的变阻电压则降到了十几V程度的低压。
高速信号线也可使用的低静电容量型






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