1个开关元件类别
1.1定义
在正常操作期间，开关元件关断；当雷电浪涌来临时，开关元件导通，浪涌电流向地放电，保护电子设备免受浪涌冲击损坏。
1.2开关元件的分类
开关元件有三种:陶瓷气体放电管、玻璃放电管(大功率放电管)和半导体过压保护器(半导体放电管和固体放电管)。
1.2.1陶瓷气体放电管
1.2.1.1陶瓷气体放电管的工作原理
气体放电管的内部结构如图所示。它主要由电极和绝缘瓷管组成。活性化合物(电子粉)涂在电极的发射面上，电极间距一般小于1mm，以提高村庄的发射能力。为了保证气体放电管能够快速将浪涌电压限制在低电位，在陶瓷绝缘管的内表面制作导电条，通过施加电场加速放电区域的电离，使放电管具有快速的响应特性和可恢复性。
一对相互分离的冷电极封装在玻璃或陶瓷管中，管内充有一定压力的惰性气体(如氩气)形成放电管。
因为两个放电管分别安装在一个回路的两根导线上，有时它们在不同的时间放电，所以两根导线之间存在电位差。为了使两根导线上的放电管同时放电，减小两根导线之间的电位差，研制了三级放电管。可以认为是两个二极管放电管的组合。三级放电管的中间一级作为公共地，另外两级分别接在回路的两根线上。
1.2.1.2气体放电管技术参数
气体放电管的主要技术参数:
①标称DC击穿电压(V)；
② DC击穿电压误差(%)；
③冲击击穿电压(V)；
④标称冲击电流(Ka)；
⑤单次冲击电流(Ka)；
⑥绝缘电阻(gω)；
⑦电容(PF)；
⑧外形尺寸(mm)；
1.2.2玻璃放电管
“玻璃放电管”将半导体集成到气体放电管中，集成了气体放电管的大浪涌电流和半导体的高速响应。克服了原有气体放电管响应速度慢(μs级)和半导体管抗浪涌电流能力弱的缺点，具有响应速度快(ns级)、耐冲击、性能稳定、重复性好、使用寿命长等优点。强电流容差(8/20μ s): 500a、1000A和3000A。
固体放电管
固态放电管是基于晶闸管原理和结构的负阻器件。可以吸收浪涌，抑制过电压，达到保护易损元件的目的。该器件通过在硅单晶晶片的两侧同时掺杂相同的杂质而形成。
①相当于击穿前的开路(导通)，电阻很大，几乎没有漏电流；
(2)击穿(导通)后相当于短路，能以较小的压降通过较大的电流；
③脉冲电流容量(峰值电流)大:陶瓷气体放电管8/20μs波的峰值电流通常为5kA、10kA、20kA等。(当然也有100kA以上的)，10/1000μs波峰值电流在几十到几百A之间；玻璃放电管中有三个8/20μs波的峰值电流:500A、1kA和3kA。半导体过压保护器10/1000μs波的峰值电流在几十到几百a之间。
④除个别半导体过压保护器外，均具有双向对称性。
⑤陶瓷气体放电管和玻璃放电管的电容很小，在3pF以下。
⑥玻璃放电管和半导体过压保护器的响应速度很快，在ns量级。
⑦玻璃放电管的击穿电压可以做得很高，最高可达5kV。
可以非常精确地获得半导体过电压保护器的击穿电压。
1.4开关元件的缺点
①由于气体电离需要一定的时间，所以反应速度较慢，反应时间一般为0.2 ~ 0.3 μ s (200 ~ 300 ns)，最快约为0.1μs(100ns)。在开启之前，振幅较大的尖脉冲会泄漏。
②击穿电压一致性差，分散性大，一般为20%。
③击穿电压只有几个特定值。玻璃放电管和半导体过压保护器；
④流通能力远小于陶瓷气体放电管。
⑤击穿电压尚未形成一系列数值。
⑥玻璃放电管的击穿电压比较分散，为20%。
⑦半导体过压保护器的电容比较大，从几十到几百pF不等。
1.5放电管的测量
1.5.1防雷元件测试仪(FC-2G)
适用于测试氧化锌避雷器(变阻器)、金属陶瓷放电管、真空防雷管等过电压保护元件的DC参数。
具有记忆、操作、保持、控制和自检功能。
具有高压短路保护、过流保护和高压预置功能。高压自放电时间小于0.5秒。
测试结果由三个半液晶显示屏显示，准确度高，可靠性好。
多功能型还具有连续和筛选功能，适用于电信部门使用的点火电压为190 V ~ 260 V的放电管的批量检验。
1.5.2测量方法(FC-2G气体测量放电管)
①将“测试选择”键设置到“放电管”位置；将“选择”键置于“手动”位置，接通电源和高压。
②调节“高压预置”旋钮。使仪器显示的预置电压比被测放电管的标称值低100V，直到初始位置(约15V)。
③将被测放电管的测量线连接到仪器的“+”和“-”端子按钮上，触摸“升压”按钮。绿色“放电指示灯”亮时，仪器将稳定显示放电管的点火电压值。
连续测试时，必须在预设的电压显示值稳定后启动“升压”键。
2.压力限制部件
2.1定义
当限压元件的外加电压小于其导通电压时，其内阻大，漏电流小。当施加的电压大于其导通电压时，其内阻急剧下降，可以流过大电流，而两端电压只增加一点点。。
2.2压力限制元件的分类
限压元件包括压敏电阻、TVS管(瞬态电压抑制二极管)等。它们像齐纳二极管一样具有电压限制特性。它们的导通电压有从低压到高压的一系列值，便于在各种不同电压的电路中使用。另外，两者的电容都很大(TVS管也有低电容产品)，所以不适合高频电路。。
变阻器
2.2.1.1压敏电阻的工作原理
压敏电阻(ZnO)实际上是一种具有非线性伏安特性的敏感元件。在正常电压条件下，相当于一个小电容。但当电路中出现过电压时，其内阻急剧下降并迅速导通，工作电流增加几个数量级，从而有效保护电路中的其他元件不受过电压损害。其伏安特性是对称的，如图(1) a所示。该元件采用陶瓷工艺制造，其内部微观结构如图(1) b所示..微结构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，但晶界层的电阻率很高。在接触的两个晶粒之间形成等效于齐纳二极管的势垒，这是变阻器单元， 并且每个单元的击穿电压约为3.5V。如果许多这样的单元串联和并联，则形成变阻器的矩阵。串联的电池越多，击穿电压越高，衬底的横截面积越大，电流容量越大。变阻器工作时，每个变阻器单元都承受浪涌电能，不像齐纳二极管，这就是为什么变阻器能承受比齐纳二极管大得多的电能。
在中国，字母“MY”用来表示变阻器。如果加上J是家用，下面的字母分别表示:W-稳压，G-过压保护，P-高频电路，L-防雷，H-灭弧，Z-消噪，B-补偿，C-消磁，N-高能。
2.2.1.2压敏电阻技术参数
压敏电阻的主要技术参数:
①标称电压(V):指1mA直流电流通过时压敏电阻器两端的电压。
②电压比:指压敏电阻电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻电流为0.1mA时产生的电压值之比。
③最大极限电压(V):指压敏电阻两端所能承受的最大电压。
④残压比:当通过压敏电阻的电流为某一值时，其两端产生的电压称为该电流值的残压。剩余电压比是剩余电压与标称电压的比值。
⑤载流量(kA):载流量又称电流量，是指在规定的条件下(规定的时间间隔和次数，施加标准脉冲电流)允许通过压敏电阻的最大脉冲(峰值)电流值。
⑥泄漏电流(μA):泄漏电流又称等待电流，是指在规定温度和最大DC电压下流经压敏电阻的电流。
⑦电压-温度系数:指在规定的温度范围内(温度为20℃ ~ 70℃)，压敏电阻标称电压的变化率，即通过压敏电阻的电流保持不变，温度变化1℃时，压敏电阻两端电压的相对变化。
⑧电流温度系数:指压敏电阻两端电压保持不变，温度变化1℃时，流过压敏电阻的电流的相对变化。
⑨电压非线性系数:在给定的外加电压下，压敏电阻的静态电阻值与动态电阻值之比。
⑩绝缘电阻:指压敏电阻的引出线(引脚)与电阻体绝缘面之间的电阻值。
静态电容(PF):指变阻器本身的固有电容。
总尺寸(毫米)
2.2.1.3压敏电阻检测方法
1)使用“自动”位置测试变阻器。
a)将前面板上的“测试选择”键设置到“变阻器”位置；将“选择”键置于“自动”位置，将后面板上的两个“显示选择”拨动开关置于“自动”位置后，接通电源。
b)将被测压敏电阻的测试线连接到“测试孔”的“+”和“-”两端，触摸高压“On”键，仪表显示值为初始工作电压U1mA的值。立即按住“泄漏”键，仪器将再次显示0.75U1mA条件下的泄漏值。
c)触摸高压“停止”键，取下测试过的变阻器。
d)从1.2开始连续使用。
2)使用“手动”位置测试变阻器。
a)将“测试选择”键设置到变阻器位置；将“”选择键设置到“手动”位置；将“显示选择”开关设置为“电压”，打开电源和高压。调节高压预置旋钮，使仪器显示的电压大于被测压敏电阻标称值的1.2倍(绝对值应≥100V)。然后可以连续连接压敏电阻，测试U1mA的单指标。
b)根据测得的变阻器U1mA值计算出0.75 U1mA，将仪器预置电压调整到该值，然后将“显示选择”开关拨到“电流”位置。然后可以连续连接U1ma值相同的压敏电阻进行单指标测试。
2.2.2瞬态电压抑制二极管(TVS)
2.2.2.1TVS工作原理
TVS半导体二极管是一种特殊的器件，它采用聚有机硅氧烷制成的N/P结。通过控制N/P结的掺杂浓度和衬底的电阻率，发生雪崩现象，利用钳位特性对瞬态电压进行钳位。最大的特点是通过控制聚有机硅氧烷的N/P结，控制衬底的电阻率，可以提供正向和反向瞬态电压保护。TVS二极管在规定的反向条件下可以承受高能量的瞬态过压抑制，其工作阻抗瞬间下降到极低的导通值，允许大电流通过，对过压进行箝位，从而有效保护电子电路不受损坏。可分为单向和双向两种类型:
1)单向TVS的伏安特性。
如图1-1所示，单向TVS的正向特性与普通齐纳二极管相同，反向击穿拐点近似为硬击穿的“直角”，是典型的PN结雪崩器件。从击穿点到Vc值的曲线段显示，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急剧增加，反向电压上升到箝位电压值并保持在这个水平。
2.双向电视的伏安特性。
如图1-2所示，双向TVS的V-I特性曲线就像是两个单向TVS的“背靠背”组合，在正负两个方向上具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。两侧击穿电压的对称关系为:0.9≤V(BR)(正)/V(BR)(负)≤1.1，一旦其两端施加的干扰电压超过箝位电压Vc，就会立即被抑制。
2 . 2 . 2 . 2电视主要技术参数
1)击穿电压V(BR)
在器件击穿的区域，在规定的测试电流I(BR)下，器件两端的电压称为击穿电压，在这个区域，二极管成为低阻抗路径。
2)最大反向脉冲峰值电流IPP
反向工作时，器件在指定脉冲条件下允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP和最大箝位电压Vc(MAX)的乘积是瞬态脉冲功率的最大值。
使用时应正确选择TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于受保护设备或线路中可能出现的最大瞬态浪涌功率。
图1-3显示，当瞬时脉冲峰值电流出现时，TVS被击穿，从击穿电压值上升到最大箝位电压值。随着脉冲电流呈指数下降，箝位电压也下降并回到其原始状态。因此，TVS可以抑制可能的脉冲功率，从而有效地保护电子电路。
峰值电流波形
正弦半波
矩形波
c、标准波(指数波形)
d，三角波
TVS峰值电流的测试波形采用标准波(指数波形)，由TR/TP确定。
峰值电流上升时间TR:电流从0.1IPP达到0.9IPP的时间。
半峰电流时间TP:电流从零经过最大峰值后下降到0.5IPP的时间。其波形如图1-4所示。
典型测试波形的TR/TP值如下所示:
A.EMP波(图1-5): 10 ns/1000 NSB，雷电波:8μs/20μsC，标准波:10 μ s/1000 μ s。
3)最大反向工作电压VRWM(或位移电压)
当器件反向工作时，器件两端的电压称为规定IR下的最大反向工作电压VRWM。一般vrwm = (0.8 ~ 0.9) v (br)。在这个电压下，器件的功耗非常小。使用时，VRWM不应低于被保护设备或线路的正常工作电压。
4)最大箝位电压Vc(max)
脉冲峰值电流Ipp作用下器件两端的最大电压称为最大箝位电压。使用时，Vc(max)不应高于被保护设备的最大允许安全电压。最大箝位电压与击穿电压的比值称为箝位因数。
即:箝位系数=Vc(max)/V(BR)
一般夹紧系数在1.3左右。
5)反向脉冲峰值功率PPR
TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压Vc(max)，此外还与脉冲波形、脉冲时间和环境温度有关。
当脉冲时间Tp不变时，PPR = k1 k2 VC (max) IPP。
其中K1是功率系数，K2是功率的温度系数。
典型的脉冲持续时间tp为1 ms。当施加于瞬态电压抑制二极管的脉冲持续时间tp短于标准脉冲持续时间时，脉冲峰值功率将随着tp的缩短而增加。图1-8显示了PPR和tp之间的关系曲线。TVS的反向脉冲峰值功率PPR与经受浪涌的脉冲波形有关，用功率系数K1表示。各种浪涌波形的K1值如表1所示。
E=∫i(t)。V(t)dt
其中:i(t)是脉冲电流波形，V(t)是箝位电压波形。
这个额定能量值不能在很短的时间内重复应用于电视。然而，在实际应用中，喘振通常会反复发生。在这种情况下，即使单脉冲能量远小于TVS器件所能承受的脉冲能量，但如果反复施加，这些单脉冲能量就会累积，在某些情况下会超过TVS器件所能承受的脉冲能量。因此，在电路设计中必须仔细考虑和选择TVS器件，使重复施加的累积脉冲能量在规定的间隔内不超过TVS器件的脉冲能量额定值。
6)电容器CPP
TVS的电容由硅片面积和偏置电压决定。在零偏压的情况下，电容值随着偏压的增加而减小。电容会影响TVS器件的响应时间。
7)泄漏电流IR
当最大反向工作电压加到TVS上时，TVS管有一个漏电流IR，这是TVS用于高阻抗电路时的一个重要参数。
2.3压敏电阻和TVS的区别
压敏电阻和TVS管的区别在于，压敏电阻可以承受更大的浪涌电流，其体积越大，所能承受的浪涌电流也越大，最多可以达到几十kA到几百kA；而压敏电阻泄漏电流大，非线性特性差(动态电阻大)，大电流时极限电压高，能承受的冲击电流大小随冲击次数的增加而减小(降额特性)，所以容易老化。TVS管的非线性特性和稳压管完全一样，动态电阻小，极限电压低，使用寿命长，但电流流通能力小(10/1000μs波峰值电流在几A到几百A之间)。然后就是反应速度的不同。TVS管反应速度极快，为ps级， 而压敏电阻的反应速度稍慢，为ns级。
3.防过电流元件和过热保护元件
3.1过电流保护元件的分类
过流保护元件包括自恢复保险丝、电流保险丝和电阻，过热保护和过热检测元件包括温度保险丝和温度保险丝。。
3.2自恢复保险丝
3.2.1定义
自恢复保险丝是一种正温度系数热敏电阻。当流过它的电流小于它的保持电流时(温度低)，它的电阻很小。当流过它的电流超过它的触发电流(温度上升)时，它的电阻值急剧增加，从而阻断雷电流或电路的续流的继续侵入，温度下降后它能自行恢复。但由于热惯性，其反应速度很慢，一般在秒量级(电流越大或温度越高，反应越快)。可以用自恢复保险丝代替电流保险丝，避免了频繁更换的麻烦。
3.2.2自恢复保险丝的主要参数
(1)保持电流(IH):在25℃的静止空气环境中不触发电阻跳变的最高电流。
(2)触发电流(IT):PTC聚合物自复位保险丝在25℃的静态空气环境中由低电阻变为高阻抗的最小电流。
③最大电压(VMAX):PTC聚合物自愈保险丝的最大工作电压。
④最大电流(IMAX):PTC聚合物自愈保险丝所能承受的最大电流。
⑤运行功率(PD典型值。):ptc聚合物自复位熔断器在环境温度为25℃的工作状态下的功耗。
⑥动作时间(TTRIP):5倍保持电流下的最大动作时间。。
3.3电流保险丝
3.3.1电流保险丝原理
当保险丝通电时，易熔体的温度因电能转化的热量而升高。当正常工作电流或允许过载电流通过时，产生的热量通过易熔体和外壳向周围环境辐射，通过对流、传导等方式散发的热量逐渐与产生的热量达到平衡。如果产生的热量大于散发的热量，多余的热量会逐渐积聚在易熔体上，使易熔体的温度升高。当温度达到或超过易熔体的熔点时，就会熔化并熔断易熔体，切断电流，起到安全保护电路的作用。
3.3.2电流熔断器的主要技术参数
①额定电流:熔丝管的额定工作电流(正常情况下，熔丝长时间维持正常工作的最大电流)。
②A0F}4额定电压:熔断器的标称工作电压(熔断器断开时能安全维持的最大电压)。选择熔断器时，所选熔断器的额定电压应大于被保护电路的输入电压。
(3)分断能力:当电路中存在较大过载电流(如强短路)时，熔断器能安全地切断(分断)电路的最大电流。它是引信最重要的安全指标。安全分断是指分断电路中不发生飞溅、燃烧、爆炸等危及周围元件、元器件甚至人身安全的现象。
④过载能力(承受能力):熔断器在规定时间内能维持工作的最大过载电流。当流经熔断器的电流超过额定电流时，经过一段时间后，熔体温度会逐渐升高，最终被熔化。UL标准规定:熔断器应保持4小时以上，最大不熔断电流为额定电流的110%(微熔丝管为100%)；IEC标准规定熔断器应工作1小时以上，最大不熔断电流为额定电流的150%。
⑤保险丝特性(I-T):施加在保险丝上的负载电流与保险丝熔断时间的关系。
3.4阻力
3.4.1电阻器工作原理
电子电路中通常使用固定电阻和电位计。根据材料和工艺的不同，固定电阻器可分为四种:薄膜电阻器(碳膜RT、金属膜RJ、合成膜RH和氧化膜RY)、实芯电阻器(有机rs和无机RN)、金属线绕电阻器(RX)和特种电阻器(MG型光敏电阻和MF型热敏电阻)。
3.4.2电阻的主要技术参数
①电阻和电阻值:导电材料在一定程度上阻碍电流流动的物理性质。在保证测试灵敏度的情况下，需要注意的是测试电压要绝对低，时间要尽量短，以避免电阻发热带来的误差。并且测得的功率小于额定功率的10%。
②标称电阻和公差:即实际值与标称值之差。
(3)额定功率:在正常大气压(650-800mmhg)和额定温度下，能长时间连续工作，并满足性能要求所允许的最大功率。
④额定电压:由电阻值和功率换算的电压，考虑到电击穿，上升到一定值后，受最大工作电压限制。
⑤最大工作电压:由于尺寸和结构的限制，允许的最大连续工作电压。
⑥温度系数:在规定的环境温度范围内，温度变化时电阻变化1度。
⑦绝缘电阻:正常大气压下电阻引线与电阻外壳之间的绝缘电阻。
⑧噪声:电阻器中产生的不规则电压波动，包括热噪声和电流噪声。热噪声是由于电子在导体内部的不规则自由运动，使得导体任意两点的电压发生不规则变化。在非线绕电阻器中，也存在电流噪声，电流噪声与电阻器两端的工作电压成正比，因此可以用来测量电流噪声的指标uv/v。
⑨稳定性:在规定的时间内，在环境、载荷等因素的影响下，保持其初始阻力的能力。
⑩电阻器的负载特性:允许功率与环境温度的关系。当环境温度等于最高环境温度时，功率将降至零。
3.5温度保险丝
3.5.1温度保险丝工作原理
温度保险丝和温度保险丝是温度开关元件的一种，正常工作时短路，温度高于其断开温度时开关断开(不可恢复)，常用于过热保护和过热检测。
温度保险丝具有熔断温度准确、耐高压、体积小、成本低的特点。温度熔断器的外壳上标有额定温度值和额定电流值，易于识别，使用方便。可广泛应用于电气设备、电热设备和实用电器的过热保护。
3.5.2温度熔断器的主要技术参数
①额定温度:有时称为工作温度或熔断温度，是指在空载情况下，以每分钟1℃的速度上升到熔断温度的温度。
(2)熔断精度:指温度熔断器的实际熔断温度与额定温度之差。
③额定电流和额定电压:一般温度保险丝表示你的电流和电压有一定的裕量，一般是5A和250V V..