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。
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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。