氧化锌压敏电阻的原理
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻是一种特殊的可变电阻,它可以根据外加压力的大小而发生变化。
它具有很好的直流和交流电性能,广泛应用于各种电子设备中,例如手机、MP3播放器、笔记本电脑、汽车导航系统、家庭影院系统等,这是最常用的电子元器件之一。
氧化锌压敏电阻的原理是由一个氧化锌片和一个金属片组成,金属片上覆盖有一层氧化锌薄膜,当外界的外加压力发生变化时,氧化锌薄膜会发生变形,使得氧化锌片与金属片之间的电阻发生变化,从而调节整个电路的电流。
氧化锌压敏电阻具有体积小、重量轻、可以调节电阻值、耐久性强、容易操作等优点,适用于各种电子产品和工业设备,可以满足不同应用场合的需求。
氧化锌压敏电阻有两种结构:单片结构和双片结构。
单片结构由一块氧化锌片和一块金属片组成,外加压力可以使氧化锌片发生变形,从而改变氧化锌片与金属片之间的电阻。
双片结构由两块氧化锌片和两块金属片组成,这种结构可以更好地表现压力变化对电阻的影响。
氧化锌压敏电阻的制作原理是将氧化锌薄膜覆盖在金属表面上,然后将金属片和氧化锌片组装成一个电阻元件,焊接在PCB板上,使其形成电路回路。
氧化锌压敏电阻的制作过程主要包括:氧化锌薄膜的制作、金属片的制作、氧化锌片的制作、焊接,以及电阻器的测试,确保电阻器的质量符合要求。
由于其性能稳定,可靠性高,使用寿命长,耐高温等优点,氧化锌压敏电阻在电子产品中的应用越来越广泛,它可以用来调节电流、调节电压、检测外部压力以及实现传感功能等,可以满足不同应用场合的需求。
氧化锌压敏电阻在电子设备中的应用越来越多,它能够提供准确可靠的信号控制,解决复杂的控制问题,为电子设备的控制提供高性能的保障,是当今高新技术领域的重要元器件之一。
压敏电阻工作原理(压敏电阻的工作原理分析)
压敏电阻工作原理(压敏电阻的工作原理分析)压敏电阻器。
压敏电阻器(VSR)是电压灵敏电阻器的简称,它是一种新型过压保护元件。
压敏电阻器是以氧化锌为主要材料而制成的金属-氧化物-半导体陶瓷元件,构成压敏电阻的核心材料为氧化锌,氧化锌又包括氧化锌晶粒和晶粒周围的晶界层,氧化锌晶粒的电阻率很低,而晶界层电阻率很高,相接触的两个晶粒之间形成一个相当于齐纳二极管的势垒,成为一个压敏电阻单元,单元通过串联,并联组成压敏电阻器基体。
压敏电阻器在工作时,每个压敏电阻单元都承担浪涌能量,而这些压敏电阻单元是大体上均匀分布在整个电阻体内的,也就是整个电阻体都承担能量,而不像齐纳二极稳压管那样只是结区承担电功率,这就是陶瓷压敏电阻器具有比齐纳二极稳压管大得很多的通流和能量定额的原因。
其电阻值随端电压而变化。
压敏电阻器的主要特点是工作电压范围宽(6—3000伏,分若干档),对过压脉冲响应快(几至几十纳秒),耐冲击电流的能力强(可达100安培-20千安培),漏电流小(低于几至几十微安),电阻温度系数小,性优价廉,体积小,是一种理想的保护元件。
由它可构成过压保护电路,消噪电路,消火花电路,吸收回路。
压敏电阻的电路符号,外形和内部结构见图1。
压敏电阻的结构就象两个特性一致的背靠背联接的稳压管,其性质基本相同。
压敏电阻的主要特性是,当两端所加电压在标称额定值以内时,它的电阻值几乎为无穷大,处于高阻状况,其漏电流<50微安,当它两端的电压稍微超过额定电压时,其电阻值急剧下降,立即处于导通状况,工作电流增加几个数量级,反应时间仅在毫微秒级。
压敏电阻在国外俗称“斩波器”和”限幅器”,这是从它的实际作用而得名的。
图2给出了压敏电阻在电路中的工作波形。
其中(a)表示,在供电网络叠加有过电压脉冲时,接有压敏电阻后,过电压峰值波形被削平,限制在一定的幅度内,(b)则表示,在开启或关闭带有感性,容性的负载电路时,直流波形出现开关尖脉冲,压敏电阻在电路中能吸收这种反电动势,从而有效地保护开关电路不受损害。
低压氧化锌压敏电阻(微制造)
电子科学与技术系 徐华易
主要内容
1、ZnO压敏电阻原理 2、 低压ZnO压敏电阻应用 ZnO 3、ZnO压敏电阻低压化的途径
4、ZnO压敏电阻与IC的兼容性探讨
ZnO压敏电阻原理
氧化锌压敏电阻的压 敏特性来源于其晶界 效应
Hale Waihona Puke ZnO 压敏电阻器微观结构模型示意图
双肖特基势垒模型
无外加电压时晶界平衡势垒图
ZnO压敏电阻与IC的兼容性探讨
随着电子电路领域集成度的提高,电子设备 向小型化、多功能化发展,片式贴片元件由于尺 寸较大已无法满足电子设备小型化需求,所以人 们希望将ZnO压敏电阻通过微电子工艺集成到芯 片中去。
提出的要求
1、更低的压敏电压 目前报道的最低压敏电压为3.2V左右, 而现在已经,而目前IC电压已低至1.2V。 同时要有高α值和高通流量。
正反偏压晶界平衡势垒图
• I-V特性曲线
I=(C/V) α
典型氧化锌压敏陶瓷I-V特性曲线
预击穿区(小电流区)导电解释
击穿区(中电流区)导电解释
回升区电导解释 大电流密度下,此时I-V特性曲线基本上由ZnO晶 粒电阻决定,而不再由晶界效应决定,所以回升 区非线性系数α →1
低压ZnO压敏电阻应用
取向生长的柱状ZnO 薄膜示意图
ZnO 薄膜的SEM 断面图
THANKS
2、与微电子工艺的兼容性 制备温度的兼容性 氧化锌压敏特性来源于多晶 晶界效应,形成大晶粒的多晶薄膜需要很高的温 800 度(800℃以上)。必需考虑高温对硅晶片的影 响。 制备工艺的兼容性 用微电子制备工艺(如磁控 溅射、MOCVD等)在硅基片上制备ZnO-Bi2O3 多 晶薄膜。
压敏电阻器的工作原理及特性
压敏电阻器的工作原理及特性压敏电阻器是利用半导体材料的非线性伏安特性而制成的一种电压敏感元件。
下图图给出了压敏电阻器的伏安特性曲线,可以看出,它是一条对称的非线性曲线当外加电压较低时,流过电阻的电流很小,压敏电阻器呈高阻状态;当外加电压达到或超过压敏电压Uc时,压敏电阻器的阻值急剧下降并迅速导通,其工作电流会增加几个数量级,从而有效地保护了电路中的其他元件不会肉过压而损坏。
压敏电阻器的伏安特性曲线下图所示的是氧化锌压敏电阻的微观结构,它包括氧化锌(ZnO)晶粒以及晶粒周围的晶界层。
氧化锌晶粒的电阻率很低,而晶界层的电阻率很高,相邻两个晶粒之间便形成了一个压敏单元每个单元的击穿电压大约为 3.5V。
在压敏电阻器内许许多多的这种单元进行串联和并联便构成了压敏电阻器的基体。
串联的单元越多,其击穿的电压就越高;基体的横截面积越大,其通流容量也越大。
氧化锌压敏电阻的微观结构压敏电阻器在电路中通常并接在被保护电器的输入端,如下图所示。
压敏电阻器组成的保护电路o czi1用电躇具从图中可以看出,压敏电阻器的阻抗Zv与电路总阻抗(包括浪涌阻抗Zs)构成了分压器,因此压敏电阻器的限制电压可由下式确定:Vc=VsZv/(Zs+Zv)式中:Vc限制电压;Vs浪涌电压;Zv----压敏电阻器的阻抗,它可以从正常值的几兆欧降到几欧,甚至小于1Q;Zs电路总阻扰。
从上式可见,Zv在瞬间流过很大电流时,瞬间过电压大部分降落在Zs上,而用电被保护电器得到的电压在其耐压之下,因而能起到保护作用。
压敏电阻器的工作特性曲线压敏电阻器的工作特性曲线如上图所示,通过它可以更明确看出压敏电阻器对过电压的保护作用。
直线段为电路总阻抗Zs所确定的负载线,曲线是压敏电阻器伏安特性曲线,两者的交点Q即为保护工作点,它对应的限制电压为儿,它是使用了压敏电阻器后加在用电器具上的工作电压。
Vs为浪涌电压,它已超过了用电器具的耐压值VI。
加入压敏电阻器后,工作电压V小于VI,有效地保护了用电器具。
集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数
【集成电路(IC)】氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用【集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数】“压敏电阻是中国大陆的名词,意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变",或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。
相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。
所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾,压敏电阻器是按其用途来命名的,称为"突波吸收器"。
压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。
一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。
它的微观结构如图1所示。
氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的,其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体,晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态,这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒,整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。
图2是压敏电阻器的等效电路。
氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如图3所示:预击穿区:在此区域内,施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压,其导电属于热激发电子电导机理。
因此,压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg),这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级,可看作为开路。
该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。
击穿区:压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时,其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当),其伏安特性呈优异的非线性电导特性,即:I=CVα其中I通过压敏电阻器的电流C与配方和工艺有关的常数V压敏电阻器两端的电压α为非线性系数,一般大于30由上式可见,在击穿区,压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化,压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。
压敏电阻的作业原理及特性
压敏电阻的作业原理及特性压敏电阻的作业原理及特性压敏电阻是一种以氧化锌为首要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。
压敏电阻的伏安特性是接连和递加的,因此它不存在续流的遮断疑问。
它的作业原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在必定的条件下烧结,电阻就会受电压的剧烈影响,其电流跟着电压的添加而急剧上升,上升的曲线是一个非线性指数。
当在正常作业电压时,压敏电阻处于一种高阻值状况。
当浪涌到来时,它处于通路状况,健旺的电流流过本身泄入大地。
浪涌往后,它又立刻康复到高阻值状况。
压敏电阻的几个首要参数:A:压敏电压:压敏电压通常以为是在温度为20度时在压敏电阻上有1mA电流流过的时分,相应加在该电阻两头的电压。
压敏电压在沟通电网中,通常比电网的峰值电压要高,为峰值电压的0.7倍,而峰值电压通常以为是沟通电网电压的radic;2倍(直流时峰值电压是额外电压的1.2倍)。
用公式标明为:VN=VNH;x;radic;2divide;0.7式中的VN为压敏电压;VNH为电网额外电压。
B:漏电流:漏电流是指在正常状况下经过压敏电阻微安数量级的电流。
漏电流越小越好。
对于漏电流分外应偏重的是有必要安稳,不容许在作业中主动添加,一旦发现漏电流主动添加,就应当即挑选,因为漏电流的不安稳是加快防雷器老化和防雷器爆破的直接要素。
因此在挑选漏电流这一参数时,不能一味地寻求越小越好,只需是在电网容许值计划内,挑选漏电流值相对稍大一些的防雷器,反而较安稳。
C:照料时刻:照料时刻是指加在防雷器两头的电压等于压敏电压所需的时刻,抵达这一时刻后防雷器彻底导通。
压敏电阻的照料时刻为25ns分配。
D:寄生电容:压敏电阻通常都有较大的寄生电容,它的寄生电容通常在几百悄然法到几千悄然法之间,因此它倒霉于对高频电子体系的维护。
因为这种寄生电容对高频信号的传输会发作畸变效果,然后影响体系的正常作业。
因此对频率较高的体系的维护,应挑选寄生电容低的压敏电阻型防雷器。
氧化锌避雷器的工作原理
氧化锌避雷器的工作原理氧化锌避雷器是一种常用的电力设备,用于保护电力系统设备免受雷击和过电压的伤害。
它通过将过电压引导到地面,起到保护作用。
下面将详细介绍氧化锌避雷器的工作原理。
1. 引言氧化锌避雷器是一种基于氧化锌压敏电阻特性的设备,用于保护电力系统的设备免受过电压的影响。
它能够迅速引导过电压电流到地面,保护设备免受损坏。
2. 工作原理氧化锌避雷器的工作原理基于氧化锌压敏电阻的特性。
当电力系统中浮现过电压时,氧化锌避雷器会迅速响应并引导过电压电流到地面,以保护设备。
2.1 氧化锌压敏电阻氧化锌压敏电阻是氧化锌避雷器的核心部件。
它由氧化锌颗粒和陶瓷基体组成。
在正常工作状态下,氧化锌压敏电阻的电阻值非常高,几乎不导电。
然而,当电力系统中浮现过电压时,氧化锌压敏电阻的电阻值会迅速下降,导致电流通过它流向地面。
2.2 过电压引导当电力系统中浮现过电压时,氧化锌避雷器会迅速响应。
氧化锌压敏电阻的电阻值下降后,会形成一条低阻抗通路,使过电压电流通过氧化锌避雷器流向地面。
这样,过电压不会对其他设备产生影响,保护了电力系统的正常运行。
2.3 自愈性能氧化锌避雷器具有自愈性能,即在过电压消失后,氧化锌压敏电阻的电阻值会自动恢复到正常状态,再也不导电。
这样,氧化锌避雷器可以多次使用,提高了其使用寿命和可靠性。
3. 工作特点氧化锌避雷器具有以下几个工作特点:3.1 快速响应氧化锌避雷器能够快速响应过电压,并迅速引导过电压电流到地面,保护设备免受损坏。
3.2 高能耗吸收能力氧化锌避雷器能够吸收大量的过电压能量,保护设备免受过电压的影响。
3.3 自愈性能氧化锌避雷器具有自愈性能,可以多次使用,提高了其使用寿命和可靠性。
4. 应用范围氧化锌避雷器广泛应用于各种电力系统中,包括输电路线、变电站、发电厂等。
它能够有效保护电力设备免受雷击和过电压的伤害。
5. 结论氧化锌避雷器是一种基于氧化锌压敏电阻特性的设备,通过引导过电压电流到地面,保护电力系统设备免受雷击和过电压的伤害。
znr压敏电阻
znr压敏电阻1. 介绍znr压敏电阻(Zinc Oxide Varistor)是一种非线性电阻器件,它能够在一定电压范围内快速变化其电阻值,以保护电路免受过电压的破坏。
znr压敏电阻由氧化锌陶瓷材料制成,具有高分辨率、高灵敏度和快速响应的特点。
2. 结构与原理znr压敏电阻的结构包括两个金属端片和一个氧化锌陶瓷片。
氧化锌陶瓷片是该器件的核心部分,其表面涂有金属导体。
当正常工作时,氧化锌陶瓷片呈现高阻态;当超过器件额定电压时,氧化锌陶瓷片中的结晶粒子会发生定向排列,导致其内部形成导通通道,从而使器件呈现低阻态。
znr压敏电阻的工作原理基于“击穿效应”。
当外加电压超过设定值时,氧化锌陶瓷片中的结晶粒子受到激活,并形成一条导通通道,使电阻急剧下降,以吸收过电压。
当过电压消失时,氧化锌陶瓷片会自动恢复到高阻态。
3. 特性与应用3.1 特性•非线性特性:znr压敏电阻的电阻值随电压的变化呈非线性关系,能够在毫秒级别快速响应。
•宽工作范围:znr压敏电阻可在几伏至几千伏的范围内工作。
•高容量:znr压敏电阻能够承受较大的能量冲击。
•高稳定性:znr压敏电阻具有较高的稳定性和可靠性。
•低功耗:znr压敏电阻在正常工作状态下几乎不消耗能量。
3.2 应用由于其特殊的特性,znr压敏电阻广泛应用于各种领域,包括:3.2.1 电子设备保护znr压敏电阻可用于保护各种类型的电子设备免受过流和过压的损害。
在不同类型的设备中,znr压敏电阻的额定电压和功率需根据具体需求进行选择。
3.2.2 电力系统保护znr压敏电阻可用于保护电力系统中的变压器、发电机和输电设备等。
当系统中出现过电压时,znr压敏电阻能够迅速响应并吸收过电压,避免设备损坏。
3.2.3 通信设备保护znr压敏电阻广泛应用于通信设备中,如电话线路、传输线路和数据接口等。
它能够有效保护通信设备免受雷击、静电放电和突发的过电流等干扰。
3.2.4 汽车电子保护znr压敏电阻在汽车领域中也有着重要的应用。
氧化锌避雷器工作原理
氧化锌避雷器工作原理氧化锌避雷器是一种常见的电力设备,用于保护电力系统和设备免受雷电冲击。
它通过将过电压引到地,保护电力设备免受过电压的损坏。
下面将详细介绍氧化锌避雷器的工作原理。
1. 引言氧化锌避雷器是一种非线性电阻器件,广泛应用于电力系统中,用于保护变电站、配电系统和电力设备免受雷电冲击。
它能够迅速引导过电压到地,保护电力设备的安全运行。
2. 氧化锌避雷器的结构氧化锌避雷器由氧化锌压敏电阻、陶瓷外壳和电极组成。
氧化锌压敏电阻是氧化锌避雷器的核心部件,它具有非线性电阻特性,能够在电压超过一定阈值时迅速变为低阻态,将过电压引导到地。
3. 氧化锌避雷器的工作原理当电力系统受到雷电冲击时,会产生过电压。
氧化锌避雷器通过监测电力系统的电压变化,当电压超过一定阈值时,氧化锌压敏电阻会迅速变为低阻态,将过电压引导到地。
具体的工作原理如下:3.1 高阻态在正常情况下,氧化锌压敏电阻处于高阻态。
当电力系统的电压稳定在额定值范围内时,氧化锌压敏电阻的电阻值非常大,几乎不导电。
这时,氧化锌避雷器对电力系统没有影响。
3.2 低阻态当电力系统受到雷电冲击,电压突然升高时,氧化锌压敏电阻的电阻值会迅速变小,进入低阻态。
在低阻态下,氧化锌压敏电阻能够迅速将过电压引导到地,保护电力设备的安全运行。
3.3 自恢复一旦过电压被引导到地,氧化锌压敏电阻会自动恢复到高阻态。
这意味着氧化锌避雷器可以多次工作,保护电力系统免受雷电冲击。
4. 氧化锌避雷器的特点氧化锌避雷器具有以下特点:4.1 高响应速度氧化锌避雷器能够迅速响应电力系统的过电压,将其引导到地,保护电力设备的安全运行。
4.2 大容量氧化锌避雷器能够承受较大的雷电冲击电流,保护电力设备免受过电流的损害。
4.3 自恢复能力氧化锌避雷器具有自恢复能力,一旦引导过电压到地,能够自动恢复到高阻态,多次工作。
4.4 长寿命氧化锌避雷器具有较长的使用寿命,能够在恶劣的环境条件下稳定工作。
压敏电阻工作原理
压敏电阻工作原理压敏电阻(Varistor)是一种非线性电阻元件,其主要功能是在电路中起到过压保护的作用。
在正常工作条件下,压敏电阻的电阻值很大,只有在电压超过一定数值时,电阻值才会急剧下降,从而将过高的电压转变为相对较小的电压,保护电路中的其他元件不受损坏。
本文将详细介绍压敏电阻的工作原理及其在电路中的应用。
压敏电阻的工作原理主要基于压阻效应,即在电压作用下,其电阻值发生变化。
压敏电阻的内部结构由氧化锌等半导体材料构成,这些材料具有负温度系数的特性,即随着温度的升高,电阻值会下降。
当外加电压超过一定数值时,半导体材料中的自由电子会受到电场的作用而加速,导致材料中的电子-空穴对产生增多,电阻值急剧下降。
这种现象可以用能带理论来解释,即在电压作用下,半导体材料的电子能级和空穴能级发生变化,使得电阻值急剧下降。
在实际应用中,压敏电阻通常被用于电路的过压保护。
当电路中的电压超过压敏电阻的工作电压时,压敏电阻的电阻值会急剧下降,将过高的电压转变为相对较小的电压,从而保护电路中的其他元件不受损坏。
此外,压敏电阻还常用于雷击保护、电源电压稳定和信号调节等方面。
需要注意的是,压敏电阻的工作原理决定了其在电路中的工作方式是非线性的,即在一定电压范围内,其电阻值变化较大,因此在实际应用中需要根据具体电路要求选择合适的压敏电阻型号和参数。
此外,压敏电阻在工作时会产生一定的热量,因此在设计电路时需要考虑散热和温升等问题,以确保其可靠性和稳定性。
总的来说,压敏电阻是一种非常重要的电阻元件,其工作原理基于压阻效应,主要用于电路的过压保护和其他相关应用。
在实际应用中,需要根据其工作原理和特性选择合适的型号和参数,并合理设计电路,以确保其正常工作和可靠性。
氧化锌压敏电阻器概述
氧化锌压敏电阻器概述
氧化锌压敏电阻器是一种瞬时过电压保护器件。
它的主要功能是电阻值随着电压的变化而对称地非线性地变化,因而,它是一种对电压敏感性元件。
它具有电压非线性系数a大,残压低,浪涌耐量大,使用电压范围宽(从几伏到几十万伏),伏安特性陡峭且对称,对脉冲响应时间快,而且无续流,漏电流小(uA),电压随温度变化小等特有的优点。
高能氧化锌压敏电阻器还具有低场强、高能容的特点。
近年来的电力系统、电子线路中,吸收大气过电压和操作过电压,在超导移能和发电机组灭磁、电器设备、半导体器件及各种电机过压保护等方面具有广泛的应用前景。
一、主要用途
A、吸收大气过电压(防感应雷或沿着电源线进入系统的侵入波)
在电力系统用作避雷器保护配电变压器、配电盘、电镀表等。
在铁路系统用于铁路信号系统防雷,作为移频自动闭塞设备,小站电源屏等半导体讯号装置的保护。
在广播系统用于广播外线防雷击过电压保护。
B、吸收内部过电压(操作过电压)
用于各种电子设备、电子仪器的电源回路吸收切合闸引过的操作过电压,保护可控硅及硅整流管(如用在龙门刨、轧钢机、数控机床调速柜上,大型可控硅整流装置的交流侧、直流侧和元件侧等)以及高低压开关柜、防暴开关真空开关、高压变压器、高压电机等抑制浪涌过电压。
C、消除接点电火花
用于消除继电器触点火花,消除微型马达上电火花。
抑制显象管内部跳火和自动消磁等,以延长被保护线路的寿命,消除由电火花产生的无线电干扰等。
D、发电机灭磁,超导移能和过电压保护
用于各种发电机绕组灭磁,超导磁体移能和转子过电压保护及大功率整流设备与同步电机的过电压吸收。
氧化锌
氧化锌压敏电阻粉体制备压敏半导体陶瓷是指电阻值与外加电压成显著的非线性关系的半导体陶瓷。
使用时加上电极后包封即成为压敏电阻器。
其工作原理是基于压敏陶瓷所具有的伏安(I—V)非线性特性.即当电压低于某一临界值时,压敏电阻的阻值非常高,相当于绝缘体,当电压超过这一临界值时,电阻急剧减小.接近于导体。
因为这种效应的存在,压敏电阻器被广泛应用于过压保护和稳压方面。
目前,制造压敏电阻器的半导体材料主要有两大类:SiC和ZnO。
这两类压敏电阻器的I—V非线性特性都来源于陶瓷体中的晶界势垒。
在ZnO压敏电阻出现以前,SiC一直是制备压敏电阻器的重要材料。
相对于SiC压敏电阻器而言,ZnO压敏电阻器具有非线性系数大、响应时间短、残压低、电压温度系数小、漏电流小等独特的优良性能,因而,在电子线路、家用电器和电力系统的稳压和过压保护领域,ZnO压敏电阻器的开发与应用起着举足轻重的作用。
ZnO压敏电阻的性能取决于它的微观结构和产品的尺寸,其微观结构往往是由加入掺杂剂的种类、加入量,粉体制备工艺所引起的粉体大小、尺寸分布、形状、均匀性等的不同,以及烧结工艺、煅烧温度、煅烧时间、升温及降温速度等因素决定的。
通过对这些因素的优化,可提高ZnO压敏电阻的性能。
氧化锌压敏电阻器根据其应用环境,可分为低压、高压两大类。
其中低压压敏电阻器主要应用于微电子设备、电话交换机中的集成电路模块以及晶体管的浪涌等领域;高压压敏电阻器主要应用于高压、超高压输电系统、大型设备的操作保护、大气过压保护等领域。
高压ZnO压敏电阻的优点是电压梯度高、大电流特性好,但能量容量小,容易损坏。
解决这一问题的有效方法是开发高压高能型压敏电阻.即提高压敏电阻的电压梯度、非线性系数和减小漏电流。
氧化锌压敏电阻的主要制备方法有:固相法、液相法包覆法、燃烧法、湿化学法等,其中湿化学法包括化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、热分解法等。
本次试验采用化学共沉淀法制备氧化锌粉体。
压敏电阻的原理及作用
压敏电阻的作用“压敏电阻是中国大陆的名词,意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变",或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。
相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。
所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾,压敏电阻器是按其用途来命名的,称为"突波吸收器"。
压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。
2、压敏电阻电路的“安全阀”作用压敏电阻有什么用?压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时,流过它的电流极小,相当于一只关死的阀门,当电压超过UN时,流过它的电流激增,相当于阀门打开。
利用这一功能,可以抑制电路中经常出现的异常过电压,保护电路免受过电压的损害。
3、压敏电阻的应用类型不同的使用场合,应用压敏电阻的目的,作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同,因而对压敏电阻的要求也不相同,注意区分这种差异,对于正确使用是十分重要的。
根据使用目的的不同,可将压敏电阻区分为两大类:①保护用压敏电阻,②电路功能用压敏电阻。
3.1保护用压敏电阻(1)区分电源保护用,还是信号线,数据线保护用压敏电阻器,它们要满足不同的技术标准的要求。
(2)根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同,可将跨电源线用压敏电阻器区分为交流用或直流用两种类型,压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。
(3)根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同,可将压敏电阻区分为浪涌抑制型,高功率型和高能型这三种类型。
zno压敏电阻 阻抗
ZNO压敏电阻阻抗介绍ZNO(氧化锌)压敏电阻是一种常见的功能材料,具有高阻抗和高耐压能力,广泛应用于电子元器件中。
本文将对ZNO压敏电阻的阻抗特性进行全面、详细、完整且深入地探讨。
电阻和阻抗的概念电阻电阻是指电子在导体中流动时遭受阻碍的程度,通常用欧姆(Ω)来表示。
电阻越大,表示对电子流动的阻碍越大。
阻抗阻抗是指电路中对交流电流的阻碍程度,包括电阻和电抗。
电抗又可分为电感抗和电容抗。
阻抗用欧姆(Ω)来表示,是复数形式,包括实部和虚部。
ZNO压敏电阻的特性ZNO压敏电阻具有以下几个特性,使其成为电子元器件中广泛使用的材料。
高阻抗能力ZNO压敏电阻的阻抗能力很高,能够有效地阻碍电流的流动。
这使得ZNO压敏电阻可以在电路中起到限流的作用,保护其他电子元器件。
快速响应速度ZNO压敏电阻在面对外部电压变化时,具有快速的响应速度。
这使得它能够迅速调整阻抗,保护电路免受过电流或过压的损害。
耐压能力强ZNO压敏电阻具有较高的耐压能力,能够承受较大的电压。
这使得它适用于需要处理高电压的电子设备中。
温度特性稳定ZNO压敏电阻的阻抗与温度的变化关系较小,具有较好的温度特性稳定性。
这使得它适用于在不同温度环境下使用的电子设备。
ZNO压敏电阻的结构与工作原理ZNO压敏电阻一般由氧化锌陶瓷制成。
它的结构可以分为三个部分:电极、氧化锌陶瓷和封装材料。
1.电极电极是连接电路的部分,通常由金属材料制成,如银、铜等。
电极的选材和制备工艺对ZNO压敏电阻的性能有着重要的影响。
2.氧化锌陶瓷氧化锌陶瓷是ZNO压敏电阻的核心部分,它具有高阻抗和压敏特性。
氧化锌陶瓷的制备过程包括原料选择、混合、成型、烧结等多个步骤。
3.封装材料封装材料用于保护ZNO压敏电阻不受外界环境的影响。
常见的封装材料包括树脂、玻璃等。
ZNO压敏电阻的工作原理基于ZNO陶瓷的压敏效应。
当外加电压在一定范围内时,ZNO陶瓷的阻抗保持较高,限制电流的流动。
而当外加电压超过一定阈值时,ZNO陶瓷的阻抗迅速下降,允许大电流通过。
压敏电阻原理
压敏电阻原理
压敏电阻是一种特殊的电阻器件,其电阻值会随着外部施加的压力变化而有所调整。
压敏电阻原理基于材料的压阻效应,即当外力作用于材料表面时,会改变材料内部载流子的浓度和迁移率,从而引起电阻值的变化。
具体地说,压敏电阻通常由氧化锌(ZnO)等半导体材料制成。
这些材料的晶粒之间存在众多导电粒子或夹杂物,当施加一定压力时,这些粒子会产生相互挤压的效应,导致电子和空穴之间的跃迁减少,浓度变化,从而改变材料的电导率。
根据这种效应,压敏电阻便能实现电阻值的调节。
当外力对压敏电阻施加压力时,电阻值会随之降低,而当外力解除或减小时,电阻值会恢复原状。
这使得压敏电阻在许多应用中具有很好的响应特性,如在压力传感器、触摸屏、开关等领域得到广泛应用。
此外,还可以通过调整材料的成分和加工工艺来控制压敏电阻的响应曲线和稳定性。
需要注意的是,压敏电阻对外界的力学刺激十分敏感,因此在实际使用中需要避免过大的压力或震动,以免损坏器件。
此外,由于压敏电阻的电阻值会随环境温度的变化而变化,因此在设计电路时需考虑温度补偿或采用温度稳定的器件。
压敏电阻学年论文
压敏电阻的工作原理摘要:本文通过在不同温度下微波烧结ZnO 压敏电阻,并与传统方法烧结的样品比较,得到微波烧结ZnO压敏电阻的最佳工艺,并总结出ZnO 压敏电阻电性能随烧结温度变化的规律。
对锡焊前后ZnO 压敏电阻的电性能进行对比,证明微波烧结会使空气中敞开烧结的样品表面大量挥发形成孔隙,使电性能强烈恶化。
而密闭烧结能大大减少挥发,改善电性能。
关键词:氧化锌压敏电阻,电性能,微波烧结,锡焊1. 压敏电阻的工作原理1.1机构简介氧化锌非线性电阻片是以氧化锌为主要材料的基础上、掺以微量的氧化铋、氧化钴、氧化锰等添加物经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。
它的微观结构如图1所示。
,氧化锌又包括氧化锌晶粒和晶粒周围的晶界层,氧化锌晶粒的电阻率很低,而晶界层电阻率很高,相接触的两个晶粒之间形成一个相当于齐纳二极管的势垒,成为一个压敏电阻单元,许多单元通过串联,并联组成压敏电阻器基体。
图1 压敏电阻片的微观结构一个压敏电阻片可以看成是许许多多微型的PN 结串联而形成,因此增加压敏电阻器的轴向长度可以提高压敏电阻器的击穿电压;增加压敏电阻器的半径,等价于增加PN 结的数目,从而可以提高压敏电阻器的通流量。
1.2 电气特性1.2.1伏安特性为了能在很大范围内较为完整地考察压敏电阻的非线性特征,压敏电阻的伏安特性常用指数横坐标来绘制。
图2给出了一条典型压敏电阻片的伏安特性,它在8410~10A A 的电流范围内大致可划分为三个区间。
第一个区间称为泄漏区间,在这个区间内,压敏电阻中电流很小,呈现出近似开路状态。
第二个区间称为箝位工作区间,在这一区间内,压敏电阻对过电压发挥箝位限压作用,其电流大,动态电阻很小。
第三个区间称为过载区间,在这一区间内,压敏电阻严重过载,箝位功能恶化。
从整个伏安特性上看,特性曲线在这三个区间内具有相互区别的非线性特征,以下将分别对这三个区间加以讨论。
电压/V过载区1031010-110-310-510-810-710010210410-410-210-61000500200100502010图2 压敏电阻片的伏安特性1.2.2等值电路模型压敏电阻的等值电路模型可采用图3来表示,该图中的C 为晶界层的固有电容,R l 为泄漏电阻,R n 为晶界层电阻,R b 为氧化锌晶粒的体电阻,L 0为压敏电阻器引头寄生电感。
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻是一种采用化学反应作为控制元件的传感器,它可以按照不同的压力灵敏度和延迟时间来调整阻值,因此,它在微电子、机械和生物医疗等多个领域中有着广泛的应用。
氧化锌压敏电阻的结构分为两部分,一部分是氧化锌基板,它是由锌及其化合物组成的,另一部分是形状细长的电阻材料,它们与氧化锌基板结合在一起,形成一个压敏电阻元件。
氧化锌基板上的电阻材料受压力影响,会发生结构上的变化,进而导致元件的电气特性发生变化,产生不同的阻值变化。
氧化锌压敏电阻的优点非常明显,首先,它的工作电压较低,最高不会超过5V,因此,在使用时不必担心电压过高而导致的安全隐患。
其次,它的响应时间短,响应过程中只需要几毫秒,它还可以提供低压和低功耗特性,在任何条件下都能行之有效。
另外,它的灵敏度也较高,可以检测出较小的压力变化,从而更精准地控制数字信号。
此外,氧化锌压敏电阻具有稳定性和高精度等优势,使它可以满足不同的要求,例如检测汽车、航空发动机等紧急情况的变化,以此及时响应调整,或者在石油、化工工业中用于控制压力变化,以确保产品的质量。
不过氧化锌压敏电阻也有一些缺点,其中一个是它的阻值变化不稳定,受温度和环境变化影响较大,因此,使用时要进行十分复杂的校正,从而保证其精确度。
另外,它的耐压能力也不足,在高
压的环境下容易损坏,所以在使用时需要留意保护电阻元件,以避免损坏。
综上所述,氧化锌压敏电阻是一种可靠的传感器,它的灵敏度高,响应速度快,功耗低,因此在各种压力检测和控制系统中使用广泛。
但是,它仍然存在一些不足,因此在设计时,必须慎重考虑各种因素,确保工作安全可靠。
氧化锌压敏电阻优缺点及其应用
3 .平时漏电流小( μA 数量级) 4 .放电后无续流 5.响应速度快,毫微秒数量级
还是技术参数和产量方面都有很大提高。 我国是从一九七二年开始究制造氧化锌 压敏电阻的, 经过几年的试制、生产和 使用, 已取得
良好效果。
一、氧化锌压敏电阻的优点和原理
氧化锌压敏电阻和过去一些常用的 保护器件(硒堆、RC网络)
等相比较, 具有以下优点:
1.通流容量大(500A-20KA)
2.残压低,抑制过电压能力强
氧化锌压敏电阻优缺点及其应 用
zso123
广播电视、计测、家用电器等各行各业 各种电器设备、半导体器件的过电压保 护、稳压、继电器熄火花等。 氧化论在 国外或国内都发展得十分迅速。近年来, 日本、美国、苏联、英国等国家不论在 品种、规格、
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压敏电阻原理概述
本文就氧化锌压敏电阻的原理、特性、正确选用等问题进行简介,并提供一些应用电路实例供各位参考。
ZnO压敏电阻实际上是一种伏安特性呈非线性的敏感元件,在正常电压条件下,这相当于一只小电容器,而当电路出现过电压时,它的内阻急剧下降并迅速导通,其工作电流增加几个数量级,从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏,它的伏安特性是对称的,如图(1)a 所示。
这种元件是利用陶瓷工艺制成的,它的内部微观结构如图(1)b 所示。
微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。
氧化锌晶粒的电阻率很低,而晶界层的电阻率却很高,相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒,这就是一压敏电阻单元,每个单元击穿电压大约为 3.5V,如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。
串联的单元越多,其击穿电压就超高,基片的横截面积越大,其通流容量也越大。
压敏电阻在工作时,每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量,而不象齐纳二极管那样只是结区承受电功率,这就是压敏电阻为什么比齐纳二极管能承受大得多的电能量的原因。
压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端,如图(2)所示
压敏电阻的Zv与电路总阻抗(包括浪涌源阻抗Zs)构成分压器,因此压敏电阻的限制电压为V=VsZv/(Zs+Zv)。
Zv的阻值可以从正常时的兆欧级降到几欧,甚至小于1Ω。
由此可见Zv在瞬间流过很大的电流,过电压大部分降落在Zs上,而用电器的输入电压比较稳定,因
而能起到的保护作用。
图(3)所示特性曲线可以说明其保护原理。
直线段是总阻抗Zs,曲线是压敏电阻的特性曲线,两者相交于点Q,即保护工作点,对应的限制电压为V,它是使用了压敏电阻后加在用电器上的工作电压。
Vs为浪涌电压,它已超过了用电器的耐压值VL,加上压敏电阻后,用电器的工作电压V小于耐压值VL,从而有效地保护了用电器。
不同的线路阻抗具有不同的保护特性,从保护效果来看,Zs越大,其保护效果就越好,若Zs=0,即电路阻抗为零,压敏电阻就不起保护作用了。
图(4)所描述的曲线可以说明Zs与保护特性之间的关系。