變阻器 - 工作原理、類型和應用

變阻器是一種半導體元件，可以根據施加在其上的電壓大小非線性地改變其有源電阻。事實上，它是一種具有這種電流-電壓特性的電阻器，其線性部分被限制在一個狹窄的範圍內，當對其施加超過某個閾值的電壓時，壓敏電阻的電阻就會到達該範圍。

此時，元件的電阻急劇變化幾個數量級——從最初的幾十兆歐下降到歐姆單位。並且施加的電壓越大，壓敏電阻的電阻變得越來越小。這一特性使變阻器成為現代浪湧保護裝置的主要產品。

與被保護負載並聯連接，壓敏電阻吸收乾擾電流並將其作為熱量耗散。並且在此事件結束時，當施加的電壓降低並返回到閾值以上時，變阻器恢復其初始電阻並再次準備好執行保護功能。

我們可以說壓敏電阻是氣體火花隙的半導體模擬，只是在壓敏電阻中，不像氣體火花，初始高電阻恢復得更快，幾乎沒有慣性，標稱電壓範圍從 6 和達到 1000 伏以上。

為此，壓敏電阻被廣泛用於保護電路中。 半導體開關，在帶有電感元件（用於熄滅火花）的電路中，以及電子設備輸入電路的獨立靜電保護元件。

製造壓敏電阻的過程包括在大約 1700°C 的溫度下用粘合劑燒結粉末狀半導體。這裡使用的是氧化鋅或碳化矽等半導體。粘合劑可以是水玻璃、粘土、清漆或樹脂。在通過燒結獲得的盤形元件上，通過金屬化施加電極，部件的裝配線焊接到電極上。

除了傳統的圓盤形式，變阻器還可以以棒、珠和薄膜的形式出現。可調變阻器製成帶有活動觸點的棒狀。用於製造基於具有不同鍵的碳化矽的壓敏電阻的傳統半導體材料：菱鐵礦、矽鐵礦、亞镨、矽石。

變阻器的內部工作原理是鍵合塊內的小半導體晶體的邊緣相互接觸，形成導電電路。當一定大小的電流通過它們時，會發生晶體的局部過熱，並且電路的電阻會降低。這種現象解釋了壓敏電阻的 CVC 非線性。

與均方根響應電壓一起，壓敏電阻的主要參數之一是非線性係數，它表示靜態電阻與動態電​​阻的比率。對於基於氧化鋅的壓敏電阻，該參數從 20 到 100 不等。至於壓敏電阻的電阻溫度係數 (TCR)，通常為負值。

變阻器結構緊湊、可靠並且在廣泛的工作溫度範圍內表現良好。在印刷電路板和 SPD 中，您可以找到直徑為 5 至 20 毫米的小型圓盤變阻器。為了耗散更高的功率，使用了總尺寸為 50、120 和更多毫米的塊狀變阻器，能夠在脈衝中耗散千焦耳的能量並使數万安培的電流通過它們，同時不會降低效率。

任何變阻器最重要的參數之一是響應時間。雖然壓敏電阻的典型激活時間不超過 25 ns，並且在某些電路中這已經足夠，但在某些地方，例如為了防止靜電，需要更快的響應，不超過 1 ns。

鑑於這種需求，世界領先的變阻器製造商致力於提高其性能。實現這一目標的一種方法是減少多層元件端子的長度（相應地，電感）。這種CN壓敏電阻在集成電路防靜電輸出方面已經佔有一席之地。

直流壓敏電阻額定電壓（1mA）是一個條件參數，在此電壓下通過壓敏電阻的電流不超過1mA。額定電壓顯示在變阻器的標記上。

ACrms 是變阻器的均方根交流電壓響應。 DC — 直流電壓驅動。

此外，給定電流下的最大允許電壓是標準化的，例如 V@10A。 W 是組件的額定功耗。 J 是單個吸收脈衝的最大能量，它決定了壓敏電阻在保持良好狀態的同時能夠耗散額定功率的時間。 Ipp——壓敏電阻的峰值電流，由上升時間和吸收脈衝的持續時間歸一化，脈衝越長，允許的峰值電流越低（以千安為單位）。

為了實現更大的功耗，允許並聯和串聯變阻器。並聯時，選擇盡可能接近參數的壓敏電阻很重要。