变阻器 - 工作原理、类型和应用

变阻器是一种半导体元件，可以根据施加在其上的电压大小非线性地改变其有源电阻。事实上，它是一种具有这种电流-电压特性的电阻器，其线性部分被限制在一个狭窄的范围内，当对其施加超过某个阈值的电压时，压敏电阻的电阻就会到达该范围。

此时，元件的电阻急剧变化几个数量级——从最初的几十兆欧下降到欧姆单位。并且施加的电压越大，压敏电阻的电阻变得越来越小。这一特性使变阻器成为现代浪涌保护装置的主要产品。

与被保护负载并联连接，压敏电阻吸收干扰电流并将其作为热量耗散。并且在此事件结束时，当施加的电压降低并返回到阈值以上时，变阻器恢复其初始电阻并再次准备好执行保护功能。

我们可以说压敏电阻是气体火花隙的半导体模拟，只是在压敏电阻中，不像气体火花，初始高电阻恢复得更快，几乎没有惯性，标称电压范围从 6 和达到 1000 伏以上。

为此，压敏电阻被广泛用于保护电路中。 半导体开关，在带有电感元件（用于熄灭火花）的电路中，以及电子设备输入电路的独立静电保护元件。

制造压敏电阻的过程包括在大约 1700°C 的温度下用粘合剂烧结粉末状半导体。这里使用的是氧化锌或碳化硅等半导体。粘合剂可以是水玻璃、粘土、清漆或树脂。在通过烧结获得的盘状元件上，通过金属化施加电极，元件的装配线焊接到电极上。

除了传统的圆盘形式，变阻器还可以以棒、珠和薄膜的形式出现。可调变阻器制成带有活动触点的棒状。用于制造基于具有不同键的碳化硅的压敏电阻器的传统半导体材料：菱铁矿、硅铁矿、亚镨、硅石。

变阻器的内部工作原理是键合块内的小半导体晶体的边缘相互接触，形成导电电路。当一定大小的电流通过它们时，会发生晶体的局部过热，并且电路的电阻会降低。这种现象解释了压敏电阻的 CVC 非线性。

与均方根响应电压一起，压敏电阻的主要参数之一是非线性系数，它表示静态电阻与动态电阻的比率。对于基于氧化锌的压敏电阻，该参数从 20 到 100 不等。至于压敏电阻的电阻温度系数 (TCR)，通常为负值。

变阻器结构紧凑、可靠并且在广泛的工作温度范围内表现良好。在印刷电路板和 SPD 中，您可以找到直径为 5 至 20 毫米的小型圆盘变阻器。为了耗散更高的功率，使用了总尺寸为 50、120 和更多毫米的块状变阻器，能够在脉冲中耗散千焦耳的能量并使数万安培的电流通过它们，同时不会降低效率。

任何变阻器最重要的参数之一是响应时间。虽然压敏电阻的典型激活时间不超过 25 ns，并且在某些电路中这已经足够，但在某些地方，例如为了防止静电，需要更快的响应，不超过 1 ns。

鉴于这种需求，世界领先的变阻器制造商致力于提高其性能。实现这一目标的一种方法是减少多层元件端子的长度（相应地，电感）。这种CN压敏电阻在集成电路防静电输出方面已经占有一席之地。

直流压敏电阻额定电压（1mA）是一个条件参数，在此电压下通过压敏电阻的电流不超过1mA。额定电压显示在变阻器的标记上。

ACrms 是变阻器的均方根交流电压响应。 DC — 直流电压驱动。

此外，给定电流下的最大允许电压是标准化的，例如 V@10A。 W 是组件的额定功耗。 J 是单个吸收脉冲的最大能量，它决定了压敏电阻在保持良好状态的同时能够耗散额定功率的时间。 Ipp——压敏电阻的峰值电流，由上升时间和吸收脉冲的持续时间归一化，脉冲越长，允许的峰值电流越低（以千安为单位）。

为了获得更大的功耗，允许并联和串联变阻器。并联时，选择尽可能接近参数的压敏电阻很重要。