壓敏電阻的非線性特性研究

屠 華

(浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000)

壓敏電阻在某一特定電壓范圍內(nèi)具有非線性伏安特性，其電阻隨外加電壓變化而變化。當(dāng)電阻器上的電壓小于閥值電壓時(shí)，電阻器上的阻值則為無(wú)窮大狀態(tài)，當(dāng)電壓略高于閥值電壓時(shí)，其阻值迅速減小，壓敏電阻處于導(dǎo)通狀態(tài)。壓敏電阻所具有的高非線性特性使其在過(guò)壓保護(hù)及穩(wěn)壓等方面的用途廣泛［1－2］。目前應(yīng)用最廣的是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的ZnO壓敏電阻［3-4］。

1 實(shí) 驗(yàn)

考慮到壓敏電阻的特性，若采用電流表外置，在電壓較小，未超過(guò)壓敏電阻的閥值時(shí)，電阻非常大，相當(dāng)于斷路，在此時(shí)，與電壓表的阻值相當(dāng)，電流表測(cè)出的值不準(zhǔn)確，而且此時(shí)的電流值非常小，實(shí)驗(yàn)誤差很大;若電流表內(nèi)置，隨著電壓的增大，大到超過(guò)壓敏電阻的閥值時(shí)，電阻會(huì)急劇變小，其阻值和電流表阻值相近，則此時(shí)，電壓表測(cè)出的電壓不能代表壓敏電阻的實(shí)際電壓?？紤]到以上情況，實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1的電路。這樣就可以避免以上兩種接法中的缺點(diǎn)，還可以保護(hù)其它器件不被突然增大的電流損壞。該實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)潔明了，操作簡(jiǎn)便，儀器安全性很高。

圖1 電路原理圖

由圖1可知，設(shè)流經(jīng)壓敏電阻的電流I=I2－I1，其電壓為U。由此可計(jì)算出壓敏電阻的阻值:

式中，I2為外電路的電流，I1為內(nèi)電路的電流。

在選取定值電阻時(shí)，為了使流經(jīng)壓敏電阻的電流測(cè)量更精確，則要求定值電阻的大小要足夠大。

根據(jù)電路原理圖連接實(shí)驗(yàn)電路，所用元器件有:

JK－5型直流穩(wěn)壓電源(0～24.5 V)、變阻器一個(gè)、直流毫安表一只(0～10 mA)、直流毫安表一只(0～5 mA)、直流電壓表一只(0～30 V)、滑動(dòng)變阻器(1 K)、定值電阻(10 K)、壓敏電阻若干(閥值為 22 V)、開(kāi)關(guān)一只、導(dǎo)線若干、接線盤一塊。

圖2 電路實(shí)物圖

在測(cè)量時(shí)，因?yàn)殡妷旱娜≈捣秶邢?0～24.5 V)，所以需要能夠測(cè)出電流的微小變化量，選擇了毫安表。又因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器變化取值范圍有限，所以增加了一個(gè)變阻器，以確保能夠取得足夠的數(shù)據(jù)，(滑動(dòng)變阻器取值范圍根據(jù)毫安表的量程而定)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)壓敏電阻的電壓與電流進(jìn)行測(cè)量。

2 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)得到壓敏電阻的電壓—電流變化曲線圖，見(jiàn)圖3(a～c)。

圖3 壓敏電阻的電壓-電流變化圖

根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)以及壓敏電阻的電壓—電流的變化曲線圖得到壓敏電阻的阻值－電壓變化曲線圖，見(jiàn)圖6。

圖4 壓敏電阻的阻值隨電壓變化的曲線

理論上，當(dāng)電壓達(dá)到壓敏電阻的閾值時(shí)，壓敏電阻阻值會(huì)發(fā)生突變，變得很小。從圖4可知。當(dāng)電壓小于22 V時(shí)，壓敏電阻的阻值一直保持在14千歐上下波動(dòng)。而當(dāng)電壓超過(guò)22 V時(shí)，壓敏電阻阻值迅速減小。從而可知22 V電壓是該壓敏電阻的閾值。從圖4可以得知壓敏電阻的阻值是非線性變化的，在一定范圍內(nèi)，變化很小，阻值很大，當(dāng)過(guò)了閾值時(shí)，阻值急劇變小。它的這種壓敏性與非線性在電子設(shè)備、電子系統(tǒng)中有著重要廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié) 論

建立了壓敏電阻伏安特性測(cè)量電路，研究了壓敏電阻動(dòng)態(tài)電阻隨電壓變化而變化的規(guī)律。得出:壓敏電阻的阻值受電壓的影響很大，當(dāng)電壓的數(shù)值達(dá)到壓敏電阻的閥值時(shí)，電阻發(fā)生突變，隨著電壓的加大，電阻會(huì)變得非常小，而且它的變化是非線性的。由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論使我們清楚地認(rèn)識(shí)到壓敏電阻的工作特性，為以后的應(yīng)用研究打下了良好的基礎(chǔ)。

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