金属氧化物压敏电阻的组成-特性及操作

压敏电阻电流与氧化锌（ZnO）和碳化硅（SiC）器件的电压曲线图

最常见的现代型压敏电阻是金属氧化物压敏电阻（MOV）。这种类型含有氧化锌颗粒的陶瓷块，在其它金属氧化物的基质中，例如少量的铋，钴，锰氧化物，夹在两个金属板之间，构成器件的电极。每个晶粒和相邻元件之间的边界形成二极管结，这允许电流仅在一个方向上流动。随机取向的晶粒的累积在电学上等效于背对背二极管对的网络，每对与许多其他对并联。

当在电极上施加小电压时，仅通过二极管结的反向泄漏引起微小电流流动。当施加大电压时，二极管结由于热电子发射和电子隧穿的组合而破坏，导致大电流流动。这种行为的结果是非线性电流 - 电压特性，其中MOV在低电压时具有高电阻而在高电压时具有低电阻。

电气特性

压敏电阻在正常工作期间保持不导电作为分流模式器件，当其上的电压保持远低于其“钳位电压”时，变阻器通常用于抑制线电压浪涌。压敏电阻可能由于两个原因而失败。

由于没有成功地限制雷击等事件引起的非常大的浪涌，所以发生灾难性故障，其中所涉及的能量比压敏电阻能够处理的能量高许多个数量级。由撞击产生的后续电流可能使压敏电阻熔化，燃烧甚至蒸发。这种热失控是由于单个晶界连接处缺乏一致性，当瞬态脉冲中的能量（通常以焦耳为单位测量）时，导致热应力下主导电流路径的失效）太高（即显着超过制造商的“绝对最大额定值”）。通过提高额定值或并行使用特别选择的MOV，可以降低灾难性故障的可能性。

随着更多浪涌发生，累积降级发生。由于历史原因，许多MOV被错误地指定，允许频繁的膨胀也降低容量。在这种情况下，压敏电阻没有明显损坏，并且向外看起来功能正常（没有灾难性故障），但它不再提供保护。最终，它进入短路状态，因为能量放电通过氧化物产生导电通道。

影响压敏电阻器寿命的主要参数是其能量（焦耳）等级。增加能量等级可以提高它可以指数地容纳的（定义的最大尺寸）瞬态脉冲的数量以及来自钳位较小脉冲的累积能量总和。当这些脉冲发生时，它在每次事件期间提供的“钳位电压”降低，并且当其“钳位电压”改变10％时，通常认为变阻器在功能上降级。制造商的预期寿命图表涉及电流，严重程度和瞬态数量，以根据零件寿命期间消耗的总能量进行故障预测。

在消费电子产品中，特别是电涌保护器中，采用的MOV压敏电阻尺寸足够小，最终会出现故障。其他应用，例如电力传输，在多个配置中使用不同结构的VDR，设计用于长寿命。

高压压敏电阻图

额定电压

MOV根据它们可以承受的电压范围指定而不会损坏。其他影响压敏电阻的重要参数是能量等级，单位为焦耳，工作电压，响应时间，最大电流和击穿（钳位）电压。能量等级通常使用标准化瞬态来定义，例如8/20微秒或10/1000微秒，其中8微秒是瞬态的正面时间，20微秒是到半值的时间。

电容

消费者大小（直径7-20毫米）压敏电阻的典型电容范围为100-2,500 pF。较小的低电容压敏电阻可提供~1 pF的电容，用于微电子保护，例如蜂窝电话。然而，这些低电容压敏电阻器由于其紧凑的PCB安装尺寸而无法承受大的浪涌电流。

响应时间

MOV的响应时间未标准化。亚纳秒MOV响应声明基于材料的固有响应时间，但会因其他因素（如元件引线的电感和安装方法）而减慢。与具有8μs上升时间的瞬态相比，响应时间也被认定为无关紧要，从而允许设备有足够的时间缓慢开启。当受到非常快的<1 ns上升时间瞬变时，MOV的响应时间在40-60 ns范围内。

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