半导体放电管与气体放电管的基础知识.docVIP

半导体放电管和气体放电管的基础知识 气体放电管的结构及特性 开放型气体放电管放电通路的电气特性主要取决于环境参数，因而工作的稳定性得不到保证。为了提高气体放电管的工作稳定性，目前的气体放电管大都采用金属化陶瓷绝缘体与电极进行焊接技术，从而保证了封接的外壳与放电间隙的气密性，这就为优化选择放电管中的气体种类和压力创造了条件，气体放电管内一般充电极有氖或氢气体。气体放电管的各种电气特性，如直流击穿电压、冲击击穿电压、耐冲击电流、耐工频电流能力和使用寿命等，能根据使用系统的要求进行调整优化。这种调整往往是通过改变放电管内的气体种类、压力、电极涂敷材料成分及电极间的距离来实现的。 气体放电管有二极放电管及三极放电管两种类型。有的气体放电管带有电极引线，有的则没有电极引线。从结构上讲，可将气体放电管看成一个具有很小电容的对称开关，在正常工作条件下它是关断的，其极间电阻达兆欧级以上。当浪涌电压超过电路系统的耐压强度时，气体放电管被击穿而发生弧光放电现象，由于弧光电压低，仅为几十伏，从而可在短时间内限制了浪涌电压的进一步上升。气体放电管就是利用上述原理来限制浪涌电压，对电路起过压保护作用的。 随着过电压的降低，通过气体放电管的电流也相应减少。当电流降到维持弧光状态所需的最小电流值以下时，弧光放电停止，放电管的辉光熄灭。 气体放电管主要用来保护通信系统、交通信号系统、计算机数据系统以及各种电子设备的外部电缆、电子仪器的安全运行。气体放电管也是电路防雷击及瞬时过压的保护元件。气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高，在直流电压下不能恢复截止状态，不能用于保护低压电路，每次经瞬变电压作用后，性能还会下降。 半导体放电管也称固体放电管是一种PNPN元件，它可以被看作一个无门电极的自由电压控制的可控硅，当电压超过它的断态峰值电压或称作雪崩电压时，半导体放电管会将瞬态电压箝制到元件的开关电压或称转折电压值之内。电压继续增大时，半导体放电管由于负阻效应进入导通状态。只有在当电流小于维持电流时，元件才会复位并恢复到它的高阻抗状态。 半导体放电管的优点包括它的快速响应时间，稳定的电气性能参数以及长期使用的可靠性。其响应速度是气体放电管的千分之一，而寿命是气体放电管的10倍以上。半导体放电管是负阻元件，其能量转移特性使之不会被高电压是你坏。这一点是远胜于TVS二极管的。另一方面，半导体放电管也能做到较高的浪涌电流和很低的电容值。 半导体放电管主要用作电子通讯和数据通讯电路的首级和二级过电压保护器。 一、半导体放电管的结构和工作原理 1、半导体放电管是一种双向二端半导体器件，其内部机构与双向晶闸管十分相似，但没有触发门，是电压自触发器件。它是在单晶片两面同时采用平面工艺掺杂同种杂质而形成的两面结构完全相同的器件。选用不同的材料和工艺，可以做出各种不同的电压和电流的放电管。 2、半导体放电管的工作原理 固体放电管抑制过压一般靠的是它的击穿电压平箝位作用。击穿电流升至Is值时，器件迅速进入导通状态，这时近乎短路，通过很大的浪涌电流或脉冲电流，将起到快速消除浪涌的目的。器件具有高电流容量和较大的电流上升率。一般说来雷电干扰的持续时间很短（约为几百微秒），为此要求器件具有放电能力。放电能力的优劣通过最大脉冲电流衡量。电流上升率越大，放电电流越大，放电时间越短，换句话说，通过电流持续时间越短，允许通过的脉冲电流越大。 为确保被保护设备上的信号顺利传送，要求器件还具有较小的寄生电容和较大的电压上升率耐量。这样，一方面保证器件反应快速，也适应像雷电那样持续时间短而高的干扰电压。另一方面，确保器件不会因快速电压变化率产生的结电容中的位移电流触发而误导通，从而不会影响被保护设备的正常工作。综上所述，该器件的工作原理是：当外加电压低于Vdrm时，器件初读断开状态，使被保护设备正常工作；当外加电压高于Vs时，放电管迅速导通，起到了保护设备的作用；当外加电压恢复正常后，电流能很快下降到低于维持电流的Ih，放电管自然回到断开状态。 半导体放电管工作状态如同一个开关。在断开状态下，其漏电流Idrm极小，不会影响与其并联的被保护电路的正常工作。当瞬间过电压超过其断态峰值电压Vdrm时，产生瞬间雪崩效应，一旦瞬间电流超过开关电流Is，其电压即降为导通电压Vt，大量的瞬间浪涌电流就此旁路而因保护了并联的敏感电子线路。浪涌之后，当电力降到最小维持电流Ih值之下时，半导体放电管自然恢复，回到其阻断状态。 随着SIDACtor上的电压增加并超过器件的Vdrm值，穿过中央PN结的电子区域将达到足以引起雪崩倍增效应的值。当雪崩倍增效应发生时，器件的阻抗开始减小，电流开始增大，直到SIDACtor的电流增益超过一定值，此时，S