【干货】详细解析氧化锌压敏电阻特性

发布日期:2019年10月09日 访问次数:

本文对氧化锌压敏电阻的特性进行了探讨。氧化锌压敏电阻因为其自身的一些物理和化学性质,使得其在电路保护及相关系统保护中应用较为广泛。现阶段戴化锌压敏电阻已经在电子设备保护、通讯系统保护、电力及工业系统保护中取得了较好的应用。

现阶段氧化锌压敏电阻己经取得了很好的应用,在电力系统和电子系统的过压保护中发挥着重要的作用,但是在实际使用时有很大优化空间,比如氧化锌压敏电阻的老化判定可以进行优化处理,这样可以更好的对氧化锌压敏电阻的老化进行判定防止出现因为受潮而异致性能的老化。针对这些可优化的空间,笔者对氧化锌压敏电阻的特性进行探讨,有着重要的现实意义。

1 氧化锌结构特征

1.1氧化锌晶体的结构

研究氧化锌压敏电阻特性,首先要对氧化锌晶体进行研究。氧化锌晶体是利用红锌矿为原料制作的金属氧化物,这种氧化物中既包括化学键又包括离子键,属于中间键型,氧化锌压敏电阻的这种独特的键形也就决定着其独有的特性。

氧化锌压敏电阻的基本结构是成六角排布的,并且在六角排布的中间有着很多的锌离子填充,通常情况下,氧化锌压敏电阻有着三种构型,三种构型分包为六角、立方闪锌、立方岩盐矿等。这三种结构是可以进行转换的。

1.2氧化锌晶体结构的缺陷

我们在对氧化锌压敏电阻的特质进行使用时,很少有人了解过这些能够被我们使用的特性来源于氧化锌压敏电阻中氧化锌晶体中的结构缺陷,这是这些缺陷使得氧化锌压敏电阻有了很多的电阻特性,氧化锌压敏电阻通常情况下有三种可以互相转换的构型,这些构型基本决定了他们的缺陷来源。

立方闪锌结构中有很大的孔隙,这些孔隙中不同的离子的扩散不同,有的离子的扩散系数比较高,就易于扩散,有的离子扩散系数低就不容易扩散。这些特性使得锌离子容易集中出现积聚的情况。同时氧化锌压敏电阻中的晶体也会受到掺杂的杂质影响.这种杂质影响也会导致其内部结构出现缺陷,这种杂质影响的缺陷主要是呈现为空腔和空穴,这些空腔和空穴将会直接影响到氧化锌晶体的电予的流向,导致其载流子发生散射,使得载流体的迁移受到较大的影响。

2 氧化锌压敏电阻的结构

氧化锌压敏电阻大体结构相同,通常有以下几个部分:

( l )氧化锌电阻的氧化锌晶体主体,这部分主要是由氧化锌晶粒组成,通常情况下也会有相应的微量元素融入用于调整其伏安特性。

( 2 )晶界层,这部分有很多种添加物共同构成,这部分厚度通常情况下是很小的;

( 3 )尖晶石晶粒:它是极化锌与氧化锑的复合氧化物,此外还含有杂质,粒径约为几个微米左右;

( 4 )孔隙:分布于氧化锌晶粒和晶界层内。

3 氧化锌压敏电阻的非线性伏安特性

通过实际的实验测量不难发现氧化锌压敏电阻存在非线性伏安特性,这种试验结构情况也归属于晶界现象的一种。氧化锌压敏电阻的这种特性主要是收到了氧化锌压敏电阻的内部晶体的结构的影响。上文提到的不同的氧化锌压敏电阻中内部的氧化锌晶体可能会在不网的结构中进行转换,同时在这种转换中出现很多的不均匀的结构特征,这会导致围观状态下的氧化锌压敏电阻内部的氧化锌晶体存在多种不同的状态,同时不同的加工方式和加工方法也会导致这种情况的出现。

与此同时,在氧化锌压敏电阻的制作过程中会有着不同的“掺杂”,这些不同的掺杂也会导致氧化锌压敏电阻的内部氧化锌晶体出现不同的微观结构,导致其出现非线性伏安特性。

氧化锌压敏电阻两段进行电压加载时,如果加载的电压比较小没有能够达到氧化锌压敏电阻的标注亚明电压,这时也会出现一定的电流,但是这时出现的电流非常的小,可能会不足1uA,同时这时电流和电压出现阶段性的线性关系,但是这时的电阻比较大,基本上类似于绝缘体,我们通常将这种状态称为截止状态。

在两段加载的电压比较高时,氧化锌压敏电阻的电阻值会猛然降低,这种降低可能会导致氧化锌压敏电阻的电阻基本等同于导线的等导体的电阻。

上文我们提到了压敏电压,通常情况下压敏电压并不是一个确定的数字,是根据不同的氧化锌压敏电阻进行不同的压敏电阻的确定的。当前人们是以使氧化锌压敏电阻内部出现1uA 的电流密度时其两端加载的电压作为该氧化锌压敏电阻的压敏电压。同时氧化锌压敏电阻在超过其亚敏电压后,随着电压的增高而其内部的电阻不断的减少,有些类似与电压的击穿效应,但是氧化锌压敏电阻击穿并不是击穿破坏,而是一种可以恢复的击穿,当我们将氧化锌压敏电阻两端的电压去掉后就会发现氧化锌压敏电阻又回到了其原始的状态特性。

研究氧化锌压敏电阻不仅仅是可以在宏观特性上进行研究,也可以通过现代化的技术对氧化锌压敏电阻的微观状态进行研究。

通过实验可以发现,氧化锌晶体的晶粒本身的电阻率为千分之一欧姆至十分之一欧姆每米。但是氧化锌晶体的晶界层的电阻率则可以达到千万欧姆每米。通常情况下我们加载在氧化锌压敏电阻上的电压比较低时,这些电压只能作用于晶界层,这时的氧化锌压敏电阻的电阻阻值就比较大,电流相对较小。

但是如果作用的电压超过压敏电压并仍然提升时,相应的电压可以作用到晶粒上,这时氧化锌压敏电阻的电限会有相应的降低,内部的电流会呈现出较大的增幅,这种增幅是要超过氧化锌压敏电阻两侧加载的电压增幅的,使得氧化锌压敏电阻呈现出非线性伏安特性。

由于氧化锌压敏电阻这种特性,我们可以将不同电压作用于氧化性亚敏电阻时的现象进行分类,分别为:预击穿区、击穿区和回升区。这些不同的划分主要是依据氧化锌压敏电阻在不同状态下的不同的伏安特性。

4 结语

本文对氧化锌压敏电阻的结构特性和伏安特性进行分析,通常情况下氧化锌压敏电阻的使用性能主要是其在化学方面的稳定性和在物理方面的非线性伏安特性、限压特性、热性能、机械性能。目前己经有使用氧化锌压敏电阻制作的限压器、浪涌保护器,这两种保护装置可以较好的对超高电压(雷电电压、操作高压)等进行吸收,保护电路系统不被瞬时高压破坏。