学文网压敏电阻篇1
关键词： 压敏电阻；电路设计；过压防护器件
中***分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110142－02
压敏电阻器（VDR），简称压敏电阻，是一种电压敏感元件，其特点是在该元件上的外加电压增加到某一临界值（压敏电压值）时，其阻值将急剧减小。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌”（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
文字符号：“RV”或“R”
结构——根据半导体材料的非线性特性制成的。
1 压敏电阻的特性及关键参数
1.1 压敏电阻的特性
压敏电阻器的电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。
1.2 压敏电阻的关键参数
1.2.1 压敏电压
压敏电压即击穿电压或阈值电压。一般认为是在温度为20度时，在压敏电阻上有1mA电流流过的时候，相应加在该压敏电阻器两端的电压值。压敏电压是压敏电阻I－U曲线拐点上的非线性起始电压，是决定压敏电阻额定电压的非线性电压。为了保证电路在正常的工作范围内，压敏电阻正常工作，压敏电压值必须大于被保护电路的最大额定工作电压。
1.2.2 最大限制电压
最大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。通俗的解释是：当浪涌电压超过压敏电压时，在压敏电阻两端测得的最高峰值电压，也叫最大钳位电压。为了良好的保证被保护电路不受损害，在选择压敏电阻时，压敏电阻的最大限制电压，一定要小于电路额定最大工作电压（采用多级防护时，可另行考虑）。
1.2.3 通流容量
通流容量也称通流量，是指在规定的条件（以规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数，当电流波形幅值降低50％时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中，压敏电阻所吸收的浪涌电流应大于产品的最大通流量。
压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用2－20kA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电压不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。
1.2.4 电压比
电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
1.2.5 残压比
流过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压。残压比则的残压与标称电压之比。
1.2.6 漏电流
漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器的电流。漏电流越小越好。对于漏电流特别应强调的是必须稳定，不允许在工作中自动升高，一旦发现漏电流自动升高，就应立即淘汰，因为漏电流的不稳定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的直接原因。因此在选择漏电流这一参数时，不能一味地追求越小越好，只要是在电网允许值范围内，选择漏电流值相对稍大一些的防雷器，反而较稳定。
2 压敏电阻在电路设计中的典型应用
压敏电阻被广泛应用于电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。以下是压敏电阻电路应用中的几个典型实例。
2.1 电路输入过压保护
大气过电压由于雷击引起，大多数属于感应性过电压，雷击对输电线路放电产生的过电压，这种过电压的电压值很高，可达100～10000V，造成的危害极大。因此对于必须对电气设备采取措施防止大气过电压。可以采用压敏电阻器。一般采用与设备并联。如果电气设备要求残压很低时，可以采用多级防护。
2.2 防止操作过电压防护电路
操作过电压是电路工作状态突然变化时，电磁能量急剧转化，快速释放时产生的一种过电压，防止这种过电压可以用压敏电阻器保护各种电源设备、电机等。***2为压敏电阻防止操作过电压的一个例子。
2.3 半导体器件的过压保护
为了防止半导体器件工作时由于某些原因产生过电压时被烧毁，常用压敏电阻加以保护，***3所示电路中，在晶体管发射极和集电极之间，或者在变压器的一次连接压敏电阻，能有效地保护过电压对晶体管的损伤。在正常状态下，压敏电阻呈高阻态，只有很想的漏电流，而当承受过电压时，压敏电阻迅速变成低阻状态，过电压能量以放电电流的形式被压敏电阻吸收，浪涌电压消失以后，当电路或元件承受正常电压时，压敏电阻又恢复到高阻状体。对于二极管和晶闸管来说，一般将压敏电阻和这些半导体元件并联或者于电源并联，而且应满足两个要求：一是重复动作的方向电压要大与压敏电阻的残压，二是非重复动作的反向电压也要大于压敏电阻的残压。
2.4 接触器、继电器防护器
当切断含有接触器，继电器等感性负载的的电路时，其过电压可以超过电源电压的数倍，过电压造成接点间电弧和火花放电，烧损触头，缩短设备寿命。由于压敏电阻在高电位的分流作用，从而保护了触点。压敏电阻和线圈并联时，触点间的过电压等于电源电压与压敏电阻残压之和，压敏电阻吸收的能量为线圈存储的能量，压敏电阻与触点串联时，触点的过电压等于压敏电阻的残压，压敏电阻吸收的能量为线圈存储能量的1.2倍。
3 压敏电阻应用注意事项
1）压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。
2）压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量比TVS管大，但比气体放电管小。
3）压敏电压的参数选择。一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：
式中：a为电路电压波动系数，一般取1.23；v为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取0.85（实际取值参照产品数据手册）；c为元件的老化系数，一般取0.9。
这样计算得到的V（1mA）实际数值是最大直流工作电压的1.5－2倍，在正弦交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大 倍。信号线1.2-1.5倍。
4）必须保证在电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命。
5）在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用***与线间大地使用场合采用更高标称电压的压敏电阻器。
6）最大限制电压。选用的压敏电阻的残压最大允许电压一定要小于被保护物电路的最大承受电压耐压水平Vo，否则便达不到可靠的保护目的，通常冲击电流Ip值较大。
压敏电阻篇2
例1 2011年5月1日开始实施的《刑法修正案（八）》，对“饮酒驾车”和“醉酒驾车”制定了严格的界定标准，如下表所示.
①内江交警在某次安全行车检查中，检测到某驾驶员100mL的血液中酒精含量为66mg，那么，驾驶员属于 .
②如***1甲所示是酒精检测仪的简化电路.其中，定值电阻R0=10Ω，电源电压为3V；R为气敏电阻，它的阻值与酒精气体含量的关系如***1乙所示.如果通过检测仪检测到驾驶员的血液中酒精含量为12%时，电流表的示数为 A.
解析 ①从上表可知，检测到某驾驶员100mL的血液中酒精含量为66mg，那么，驾驶员属于饮酒驾车.
②从***像可知，驾驶员的血液中酒精含量为12%时，气敏电阻的阻值R=2Ω，
电路中的总电阻：
R总=R0+R=10Ω+2Ω=12Ω，
电路中的电流，即电流表的示数为0.25A.
2.磁敏电阻
例2 小阳利用磁敏电阻为他的自行车设计了一个速度计，磁铁固定在自行车的辐条上，磁敏电阻固定在自行车的后车架上，安装示意***如***2甲，工作电路如***2乙，已知电源电压为6V恒定不变.当磁铁与磁敏电阻Rs靠得最近时阻值为200Ω，磁铁与磁敏电阻Rs离得最远时阻值为400Ω，靠近或远离时的实际电阻在这两者之间变化；当R0两端电压不低于4.5V时电子计数器就能有效计数，低于4.5V就不能产生计数，车轮每转动一圈就计数一次.为保证电子计数器有效工作，电阻R0最小阻值为
3.光敏电阻
例3 某工厂产品计数器装置的示意***如***3甲所示.P为激光源，R1为光敏电阻（有光照射时，阻值变小），a、b两端接“示波器”（示波器对电路无影响），定值电阻R2为400Ω，电源电压为6V.水平传送带匀速运动，每当传送带上的产品通过激光束时，激光束会被产品挡住，示波器荧光屏上显示的R1两端电压与时间的关系***像如***3乙所示.
试求：（1）激光照射R1时，R1的阻值是多少？（2）激光被产品挡住时，R1、R2消耗的总功率是多少？（3）从0时开始计时，经过1min，传送带上通过技术装置的产品是多少个？
解析 （1）因为有光照射时，光敏电阻R1的阻值变小，则其两端的电压减小.由***像可得，激光照射R1时，R1两端的电压U1
=2V，
（2）激光被产品挡住时，由***像可得，R1两端的电压U1=4V，
定值电阻两端的电压：
4.热敏电阻
例4 热敏电阻的阻值会随温度的改变而改变.小明同学用如***4所示的电路来探究热敏电阻RT的阻值与温度的关系.已知M为控温器，电源电压恒为12V，R为电阻箱（一种可以改变并读出阻值的变阻器）.
（1）在控温器中应该加入下列哪种液体？ .
A.自来水 B.煤油 C.食盐溶液
（3）依次改变控温器中的液体温度，同时改变电阻箱的阻值，使电流表的示数始终保持在0.1A.通过计算得到相关数据记录如下.从表中可以看出，在一定温度范围内，该热敏电阻的阻值随温度的升高而
（4）在科技创新活动中，小明用该热敏电阻和电压表制成了一支指针式温度计.它可以直接在电压表刻度盘上读出相应温度.若电压表的读数会随温度的升高而增大，则应在原理***5中 两端接入一电压表.
A.ab B.bc C.ac
5.压敏电阻
例5 如***6甲所示是小华同学设计的一种测定油箱内油量的装置，其中R0为定值电阻，R为压敏电阻，其阻值随所受压力变化的***像如***6乙所示.油量表由量程为0～3V的电压表改装而成.已知油箱重80N，压敏电阻R能够承受的最大压力为800N.电源电压保持6V不变.（g取10N/kg）
（1）若压敏电阻与油箱的接触面积是4×10-4m2，则压敏电阻能承受的最大压强为多大？
（2）若油箱内油的密度为0.8×103kg/m3，则此油箱最多可装多少立方米的油？
压敏电阻篇3
关键词：家用电器；电子元器件；检测方法
中***分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0014-01
一、引言
家电电器维修检测的基本功之一即是检测元器，元器件的参数如何是判断器材是否正常的重要的一项指标，在测试中的标准不一，根据具体的情况方法不同，在检测中，要不断的积累经验，根据元器件的情况来做出判断，以选择合适的检测方法。在实践中，根据元器件经常发生故障的情况及维修特点做了总结，并进行了整理。
二、家用电器电子元器件的检测方法
（一）熔断电阻器的检测
在熔断电阻器的检测中，个人维修经验起到了很大的作用，首先采用目测法，如果看到表面有发黑或者烧焦的痕迹，可判断其为负荷过重，即电流超过额定值多倍所致；如果表面没有痕迹，则说明流过的电流比额定电流稍大一点所致，对于表面没有显示的电子元器件，可使用万用表测量来判断问题所。当测量结果显示阻值无穷大时，说明熔断电阻器已失效，不宜再使用。
（二）固定电阻器的检测
如要测试实际的固定电阻值，要将两表笔与电阻的两端引脚互通互联后即可测出。在测试中可通过选择量程的方式，根据被测电阻标称值的大小来设置相应的量程范围，可有效的提高测量精度。在测试时，在操作上要注意手不要接触表笔和电阻的导电部分。在测试时，要使用万用表来测试实际的阻值。
（三）空载电流的检测
空载电流的检测方法主要有二种，一种是直接测量法。主要采用的方法是把次级绕组全部开路，并使用万用表放在交流电流挡上，并串入初级绕组。常见的电子设备的电源变压器的正常空载电流一般是在100mA左右。当正常空载电流超过数值过多时，则变压器会出现短路性故障。二是间接测量法。要在变压器的初级绕组中串联好电阻，让次级全部空载。把万用表拨至交流电压挡。在加电后，使用两表笔分别没出电阻两端的电压降，并计算出空载电流。在测试中，如果短路现象严重时，在加电后的几十秒之内，变压器空载加电后就会迅速的发热，再用手触摸铁心时会有非常烫手的感觉。在这种情况下，不测量空载电流也可发生变压器的短路点所在。
（四）光敏电阻的检测
光敏电阻的检测的测量方法主要有：一是使用黑纸片挡住光敏电阻的透光窗口，让万用表的阻值无穷大。阻值非常的小或者近似为零，则说明光敏电阻已经损坏，不能再使用；阻值大则说明光敏电阻性能良好，可继续使用；二是将光源对准光敏电阻的透光窗口，如果指针摆动幅度较大，则说明阻值小。阻值大则说明内部开路已经损坏，没有使用的价值和必要，而阻值越小，则说明光敏电阻的性能非常的好，可正常使用；三是使光敏电阻透光窗口对准入射光线，来确定受光点，如果黑纸片的晃动，指针随着其晃动而左右的摆动，则说明此光敏电阻的光敏材料已经被损坏，不可再使用。
（五）电位器的检测
在进行电位器的检测时，首先可通过转动旋柄的方式来对旋柄的转动状态进行测试，确定其的平滑与灵活度。具体的测试方法有：一是可使用万用表来做测试，根据测试的情况选择适宜的万用表挡位，如果表针没有变化或者阻值数据差距很多，则表明电位器已损坏；二是确定电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。在电位器的轴柄在运转测试中，如果万用表表针有跳动情况的出现，则说明活动触点有接触不良，出现故障；三是检测活动臂与电阻片的接合紧密度，对其接触情况进行测试，确定是否接触良好。
（六）正温度系数热敏电阻的检测
对正温度系数热敏电阻的检测可使用万用表来检测，具体在操作时可使用的步骤有：一是进行常温检测，常温检测时，室温在25摄氏度即可，此时将万用表的表笔来接触PTC热敏电阻的两引脚，以测量实际出现的阻值，将实际阻值与标称阻值对比来对数据进行判断，如果实际阻值与标称阻值的差距在土2之内，说明数据信息是比较正常的，如果实际阻值与标称阻值之间的差距相关非常的大，则说明PTC热敏电阻的状态已处于不良状态，或者已经损坏掉了；二是进行加温检测，在完成测温测试后可进行加温测试。在实际操作中，可使用热源来对PTC热敏电阻加热，来看其状态变化。如果通过万用表检测，发现PTC热敏电阻温度升高时，其电阻值也随之变化，如阻值无变化，则说明热敏电阻已经发生损害，不可正常使用。如热敏电阻在不断的增大，则说明热敏电阻是正常的，可继续使用。在测试时，要严格控制热敏电阻与加热源距离，如果靠的太近，则可能出现热敏电阻被烫坏现象，影响测试的准确性。
（七）负温度系数热敏电阻（NTC）的检测
负温度系数热敏电阻（NTC）的检测主要的方法是测量标称电阻值。在使用万用表测量热敏电阻的方法与测量普通固定电阻的方法相同。即可根据NTC热敏电阻的标称阻值选择合适的电阻挡可直接测出Rt的实际值。在测试时，要注意操作方法，不可用手捏热敏电阻体，以免发生电流热效应而引起测量误差。
（八）压敏电阻的检测
对压敏电阻的检测，可使用万用表两笔端与压敏电阻的两引脚连接，来测量压敏电阻之间的正、反向绝缘电阻，如果绝缘电阻的数值非常的大，则说明压敏电阻漏电流大；如果测试的电阻非常的小，则说明压敏电阻已经被损坏了，不可再使用。
三、结语
在对家用电器的检测中，对于如果判断元器件的运行状态，采用有效的手段来进行元器件的检测，来确定参数。要根据元器件不同的情况来对元器件的运行进行判断，以判断元器件的运行状态，以便采用合适的方法来进行维修。
参考文献：
[1]杨春鹏，张晓蕾，丰万强.集中供热节能降耗的分析和对策[J].资源节约与环保，2009，6.
[2]许彦梅.城市集中供热系统的节能技术探讨[J].科技资讯，2008，19.
[3]方向辉.自动控制技术在集中供热节能方面的应用[J].中国新技术新产品，2010，11.
压敏电阻篇4
关键词：热敏电阻，掺金γ-硅热敏电阻，Z-元件，力敏Z-元件，V/F转换器
一、前言
Z-半导体敏感元件﹙简称Z-元件﹚性能奇特，应用电路简单而且规范，使用组态灵活，应用开发潜力大。它包括Z-元件在内仅用两个﹙或3个﹚元器件，就可构成电路最简单的三端传感器，实现多种用途。特别是其中的三端数字传感器，已引起许多用户的关注。
Z-元件现有温、光、磁，以及正在开发中的力敏四个品种，都能以不同的电路组态，分别输出开关、模拟或脉冲频率信号，相应构成不同品种的三端传感器。其中，仅以温敏Z-元件为例，就可以组合出12种电路结构，输出12种波形，实现6种基本应用[3]。再考虑到其它光、磁或力敏Z-元件几个品种，其可供开发的扩展空间将十分可观。为了拓宽Z-元件的应用领域，很有从深度上和广度上进一步研究的价值。
本文在前述温、光、磁敏Z-元件的基础上，结合生产工艺和应用开发实践，在半导体工作机理上和电路应用组态上进行了深入的扩展研究，形成了一些新型的敏感元件。作为其中的部分实例，本文重点介绍了掺金g-硅新型热敏电阻、力敏Z-元件以及新型V/F转换器，供用户分析研究与应用开发参考。这些新型敏感元件都具有体积小、生产工艺简单、成本低、使用方便等特点。
二、掺金g-硅新型热敏电阻
1．概述
用g-硅单晶制造半导体器件是不多见的，特别是用原本制造Z-元件这样的高阻g-硅单晶来制造Z-元件以外的半导体器件，目前尚未见到报导。Z-元件的特殊性能，主要是由掺金高阻g-硅区﹙也就是n-i区﹚的特性所决定的，对掺金高阻g-硅的性能进行深入地研究希望引起半导体器件工作者的高度重视。
本部分从对掺金g-硅的特性深入研究入手，开发出一种新型的热敏元件，即掺金g-硅热敏电阻。介绍了该新型热敏电阻的工作原理、技术特性和应用特点。
2．掺金g-硅热敏电阻的工作机理
“掺金g-硅热敏电阻”简称掺金硅热敏电阻，它是在深入研究Z-元件微观工作机理的基础上，按新的结构和新的生产工艺设计制造的，在温度检测与控制领域提供了一种新型的温敏元件。
为了熟悉并正确使用这种新型温敏元件，必须首先了解它的工作机理。Z-元件是其N区被重掺杂补偿的改性PN结，即在高阻硅材料上形成的PN结，又经过重金属补偿，因而它具有特殊的半导体结构和特殊的伏安特性。***1为Z-元件的正向伏安特性曲线，***2为Z-元件的半导体结构示意***。
由***1可知，Z-元件具有一条“L”型伏安特性[1]，该特性可分成三个工作区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。其中，高阻的M1区对温度具有较高的灵敏度，自然成为研制掺金g-硅热敏电阻的主要着眼点。
从***2可知，Z-元件的结构依次是：金属电极层—P+欧姆接触区—P型扩散区—P-N结结面—低掺杂高补偿N区，即n-.i区—n+欧姆接触区—金层电极层。可见Z-元件是一种改性PN结，它具有由p+-p-n-.i-n+构成的四层结构，其中核心部位是N型高阻硅区n-.i，特称为掺金g-硅区。掺金g-硅区的建立为掺金g-硅热敏电阻奠定了物理基础。
Z-元件在正偏下的导电机理是基于一种“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模型[2]。Z-元件是一种PN结，对***2所示的Z-元件结构可按P-N结经典理论加以分析，因而在p-n-.i两区中也应存在一个自建电场区。该电场区因在P区很薄，自建电场区主要体现在n-.i区，且几乎占据了全部n-.i型区，这样宽的电场区其场强是很弱的，使得Z-元件呈现了高阻特性。如果给Z-元件施加正向偏压，这时因正向偏压的电场方向同Z-元件内部自建电场方向是相反的，很小的正向偏压便抵消了自建电场。这时按经典的PN结理论分析，本应进入正向导通状态，但由于Z-元件又是一种改性的PN结，其n-.i型区是经重金属掺杂的高补偿区，由于载流子被重金属陷阱所束缚，其电阻值在兆欧量级，其正向电流很小，表现在“L”曲线是线性电阻区即“M1”区。这时，如果存在温度场，由于热激发的作用使重金属陷阱中释放的载流子不断增加，并参与导电，必然具有较高的温度灵敏度。在M1区尚末形成导电管道，如果施加的正向偏压过大，将产生“管道击穿”，甚至“管道雪崩击穿”，将破坏了掺金g-硅新型热敏电阻的热阻特性，这是该热敏电阻的特殊问题。
在这一理论模型的指导下，不难想到，如果将Z-元件的n-.i区单独制造出来，肯定是一个高灵敏度的热敏电阻（由于半导体伴生着光效应，当然也是一个光敏感电阻），由此可构造出掺金g-硅新型热敏电阻的基本结构，如***3所示。由于掺金g-硅新型热敏电阻不存在PN结，其中n-.i层就是掺金g-硅，它并不是Z-元件的n-.i区。测试结果表明，该结构的电特性就是一个热敏电阻。该热敏电阻具有NTC特性，它与现行NTC热敏电阻相比，具有较高的温度灵敏度。
3．掺金g-硅热敏电阻的生产工艺
掺金g-硅热敏电阻的生产工艺流程如***4工艺框***所示。可以看出，该生产工艺过程与Z-元件生产工艺的最大区别，就是不做P区扩散，所以它不是改性PN结，又与现行NTC热敏电阻的生产工艺完全不同，这种掺金g-硅新型热敏电阻使用的特殊材料和特殊工艺决定了它的性能与现行NTC热敏感电阻相比具有很大区别，其性能各有优缺点。
4．掺金g-硅热敏电阻与NTC热敏电阻的性能对比
从上述结构模型和工艺过程分析可知，掺金g-硅层是由金扩入而形成的高补偿的N型半导体，不存在PN结的结区。它的导电机理就是在外电场作用下未被重金属补偿的剩余的施主电子参与导电以及在外部热作用下使金陷阱中的电子又被激活而参与导电，而呈现的电阻特性。由于原材料是高阻g-硅，原本施主浓度就很低，又被陷阱捕获一些，剩余电子也就很少很少。参与导电的电子主要是陷阱中被热激活的电子占绝对份额。也就是说，掺金g-硅热敏电阻在一定的温度下的电阻值，是决定于工艺流程中金扩的浓度。研制实践中也证明了这一理论分析。不同的金扩浓度可以得到几千欧姆到几兆欧姆的电阻值。金扩散成为产品质量与性能控制的关健工序。
我们认为，由于掺金g-硅热敏电阻的导电机理与现行的NTC热敏电阻的导电机理完全不同，所以特性差别很大，也存在各自不同的优缺点。掺金g-硅热敏电阻的优点是：生产工艺简单，成本低，易于大批量生产，阻值范围宽（从几千欧姆到几兆欧姆），灵敏度高，特别是低于室温的低温区段比NTC热敏电阻要高近一个量级。其缺点是：一批产品中电阻值的一致性较差、线性度不如NTC，使用电压有阈值限制，超过阈值时会出现负阻。
掺金g-硅新型热敏电阻与NTC热敏电阻的电阻温度灵敏度特性对比如***5所示。
在不同温度下，温度灵敏度的实测值对比如表1所示。
掺金g-硅热敏电阻是一种新型温敏元件。本文虽作了较详细的工作机理分析，但现在工艺尚未完全成熟，愿与用户合作，共同探讨，通过工艺改进与提高，使这一新型元件早日成熟，推向市场，为用户服务。
三、力敏Z-元件
1．概述“力”参数的检测与控制在国民经济中占有重要地位。力敏元件及其相应的力传感器可直接测力，通过力也可间接检测许多其它物理参数，如重量，压力、气压、差压、流量、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度、扭矩、振动等，在机械制造、机器人、工业控制、农业气象、医疗卫生、工程地质、机电一体化产品以及其它国民经济装备领域中，具有广泛的用途。
在力参数的检测与控制领域中，现行的各种力敏元件或力传感器，包括电阻应变片、扩散硅应变片、扩散硅力传感器等，严格说，应称为模拟力传感器。它只能输出模拟信号，输出幅值小，灵敏度低是它的严重不足。这三种力敏元件或力传感器，为了与数字计算机相适应，用户不得不采取附加的数字化方法（即加以放大和A/D转换）才能与数字计算机相连接，使用极其不便，也增加了系统的成本。
Z-元件能以极其简单的电路结构直接输出数字信号，非常适合研制新型数字传感器[1]，其中也包括力数字传感器。这种力数字传感器输出的数字信号（包括开关信号和脉冲频率信号），不需A/D转换，就可与计算机直接通讯，为传感器进一步智能化和网络化提供了方便。
我们在深入研究Z-元件工作机理的基础上，初步研制成功力敏Z-元件，但目前尚不成熟，欢迎试用与合作开发这一新器件，实现力检测与控制领域的技术创新。
2．力敏Z-元件的伏安特性
如前所述，力敏Z-元件也是一种其N区被重掺杂补偿的改性PN结。力敏Z-元件的半导体结构如***6(a)所示。按本企业标准电路符号如***6(b)所示，***中“+”号表示PN结P区，即在正偏使用时接电源正极。***6(c)为正向“L”型伏安特性，与其它Z-元件一样该特性也分成三个工作区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。描述这个特性有四个特征参数：Vth为阈值电压，Ith为阈值电流，Vf为导通电压，If为导通电流。
M1区动态电阻很大，M3区动态电阻很小（近于零），从M1区到M3区的转换时间很短（微秒级），Z-元件具有两个稳定的工作状态：“高阻态”和“低阻态”，工作的初始状态可按需要设定。若静态工作点设定在M1区，Z-元件处于稳定的高阻状态，作为开关元件在电路中相当于“阻断”。若静态工作点设定在M3区，Z-元件将处于稳定的低阻状态，作为开关元件在电路中相当于“导通”。在正向伏安特性上P点是一个特别值得关注的点，特称为阀值点，其坐标为：P(Vth，Ith)。P点对外部力作用十分敏感，其灵敏度要比伏安特性上其它诸点要高许多。利用这一性质，可通过力作用，促成工作状态的一次性转换或周而复始地转换，就可分别输出开关信号或脉冲频率信号。
3．力敏Z-元件的电路结构
力敏Z-元件的应用电路十分简单，利用其“L”型伏安特性，在力载荷的作用下，很容易获得开关量输出或脉冲频率输出。力敏Z-元件的基本应用电路如***7所示。其中，***7(a)为开关量输出，***7(b)为脉冲频率输出。其输出波形分别如***8和***9所示。
在***7所示的应用电路中，电路的结构特征是：力敏Z-元件与负载电阻相串联，负载电阻RL用于限制工作电流，并取出输出信号。Z-元件应用开发的基本工作原理就在于通过半导体结构内部导电管道的力调变效应，使工作电流发生变化，从而改变Z-元件与负载电阻RL之间的压降分配，获得不同波形的输出信号。
（1）力敏Z-元件的开关量输出
在***7(a)所示的电路中，通过E和RL设定工作点Q，如***6﹙c﹚所示。若工作点选择在M1区时，力敏Z-元件处于小电流的高阻工作状态，输出电压为低电平。由于力敏Z-元件的阈值电压Vth对力载荷F具有很高的灵敏度，当力载荷F增加时，阈值点P向左推移，使Vth减小，当力载荷F增加到某一阈值Fth时，力敏Z-元件上的电压VZ恰好满足状态转换条件[1]，即VZ=Vth，力敏Z-元件将从M1区跳变到M3区，处于大电流的低阻工作状态，输出电压为高电平。在RL上可得到从低电平到高电平的上跳变开关量输出，如***8(a)所示。如果在***7(a)所示电路中，把力敏Z-元件与负载电阻RL互换位置，则可得到由高电平到低电平的下跳变开关量输出，如***8(b)所示。无论是上跳变或下跳变开关量输出，VO的跳变幅值均可达到电源电压E的40~50%。
开关量输出的力敏Z-元件可用作力敏开关、力报警器或力控制器。
（2）力敏Z-元件的脉冲频率输出
由于力敏Z-元件的伏安特性随外部激励改变而改变，只要满足状态转换条件，就可实现力敏Z-元件工作状态的转换。如果满足状态转换条件，实现Z-元件工作状态的一次性转换，负载电阻RL上可输出开关信号；同理，如果满足状态转换条件，设法实现力敏Z-元件工作状态的周期性转换，则负载电阻RL上就可输出脉冲频率信号。
脉冲频率输出电路如***7(b)所示。在***7(b)电路中，力敏Z-元件与电容器C并联。由于力敏Z-元件具有负阻效应，且有两个工作状态，当并联以电容后，通过RC充放电作用，构成RC振荡回路，因此在输出端可得到与力载荷成比例变化的脉冲频率信号输出。其输出波形如***9(a)所示。输出频率的大小与E、RL、C取值有关，也与力敏Z-元件的阈值电压Vth值有关。当E、RL、C参数确定后，输出频率仅与Vth有关，而Vth对力作用很敏感，可得到较高的力灵敏度。初步测试结果表明：电容器C选择范围在0.01~1.0mF，负载电阻在5~20kW，较为合适。
同理，若把力敏Z-元件（连同辅助电容器C）与负载电阻RL互换位置，其输出频率仍与力载荷成比例，波形虽为锯齿波，但与***9﹙a﹚完全不同，如***9(b)所示。
4．力敏Z-元件的机械结构与施力方式
压敏电阻篇5
关键词：压力传感器，薄膜，敏感栅
随着社会的发展，信息处理技术、微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。现在非电物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域[1]，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。免费论文参考网。可以说测试技术与自动控制技术水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。传感器是信息采集系统的感应单元，所以，它是自动化系统和控制设备的关键部件，作为系统中的一个结构组成，在科技、生产自动化领域中的作用越来越重要[2]。
传感器亦称换能器，是将各种非电量（包括物理量，化学量，生物学量等）按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种物理量（一般为电量、磁量等）的装置[3]，它能把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路3部分组成，有时还需加上辅助电源。免费论文参考网。其原理如***1所示。
其中：①敏感元件直接感受被测物理量，如在应变式传感器中为弹性元件；②传感元件将感受到的非电量直接转换成电量，是转换元件，如固态压阻式压力传感器；③测量电路是将传感元件输出的电信号转换为便于显示、控制和处理的有用电信号的电路，使用较多的是电桥电路。由于传感器元件输出的信号一般较小，大多数的测量电路还包括放大电路，有的还包括显示器，直接在传感器上显示出所测量的物理量；④辅助电源是供给传感元件和测量电路工作电压和电流的器件。
国际电工委员会IEC则将传感器定义为测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号[4]。传感器是传感器系统的一个组成部分，是被测量信号输入的第一道关口。对传感器在技术方面有一定的要求，而同时亦要考虑尽可能低的零点漂移、温度漂移及蠕变等[5]。近年来，传感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、标准化方向发展的趋势[6]。
电阻式传感器的工作原理是将被测的非电量转换成电阻值，通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。这类传感器大致分为两类：电阻应变式和电位计式。利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。
压力传感器是将压力这个物理量转换成电信号的一种电阻应变式传感器。传统的电阻应变式压力传感器是一种由敏感栅和弹性敏感元件组合起来的传感器[7]。如***2所示，将应变片用粘合剂粘贴在弹性敏感元件上，当弹性敏感元件受到外施压力作用时，弹性敏感元件将产生应变，电阻应变片将它们转换成电阻变化，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。它是目前应用较多的压力传感器之一，因具有结构简单、使用方便、测量速度快等特点而广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医学等诸多领域。
传统的电阻应变式压力传感器的电阻敏感栅是刻录在一层绝缘脂薄膜上，而薄膜又通过粘结剂粘合到弹性基片上，由于弹性元件与粘结剂及绝缘脂膜之间的弹性模量不同，弹性元件的应变不能直接传递给敏感栅，而是要通过粘结剂、绝缘脂膜才能到达敏感栅，从而产生较大的蠕变和滞后，影响传感器的灵敏度、响应度、线性度等性能。另外，由于粘结剂不能在高温条件下使用，这也使它的应用范围受到限制。
为了消除绝缘薄膜层和粘结剂层对传感器性能的影响，可以尝试采用真空镀膜方法及光刻技术，在弹性元件上直接刻录敏感栅，弹性元件与敏感栅直接接触，以克服常规工艺导致的滞后和蠕变大的缺陷。另外，如果弹性材料和结构选择恰当，还可制成耐高温、耐腐蚀的全隔膜式薄膜压力传感器。
一、器件研制
采用真空镀膜技术在弹性基片上蒸镀一层约300nm金属栅材料的薄膜，用半导体光刻技术，在弹性基片上直接形成电阻敏感栅，最后利用耐高温、耐酸碱腐蚀的环氧树脂粘结剂，将制作好的芯片封装在工件中，组成压力传感器探头。经过热老化、电老化，待封装应力趋于稳定后，进行电性能测试。
在制作薄膜电阻应变式压力传感器中，采用的工艺流程如***3所示。
压敏电阻篇6
关键词：Z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏
一、前言
半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见问题，Z-元件也不例外。本文在前述文章的基础上，详细介绍Z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏Z-元件应用开发参考。
不同品种的Z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和A/D转换就可与计算机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息时代具有广泛的应用前景，这是Z-元件的技术优势。但由于Z-元件是半导体敏感元件，对环境温度影响必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏Z-元件的温度灵敏度外，还必须研究Z-元件所特有的温度补偿技术。
Z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的Z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。
二、模拟量输出的温度补偿
对Z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。
1．应用电路
Z-元件的模拟量输出有正向(M1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如***1所示，其中***1(a)为正向应用，***1(b)为反向应用，***2为温度补偿原理解析***。
2．温度补偿原理和补偿方法
在***2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：
TS：标准温度
T：工作温度
QS：标准温度时的静态工作点
Q：工作温度时的静态工作点
QS￠：温度补偿后的静态工作点
VOS：标准温度时的输出电压
VO：工作温度时的输出电压
在标准温度TS时，由电源电压E、负载电阻RL决定的负载线与TS时的M1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点QS，输出电压为VOS。当环境温度从TS升高到T时，静态工作点QS沿负载线移动到Q，相应使输出电压由VOS增加到VO，且VO＝VOS＋DVO，产生输出漂移DVO，。若采用补偿措施在环境温度T时使工作点由Q移动到QS￠，使输出电压恢复为VO，则可抑制输出漂移，使DVO＝0，达到全补偿。
(1)利用NTC热敏电阻
基于温度补偿原理，在***1(a)、(b)中，利用NTC热敏电阻Rt取代负载电阻RL，如***3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如***2所示。
在***3电路中，标准温度TS时负载电阻为Rt，当温度升高到工作温度T时，使其阻值为Rt￠，可使静态工作点由Q推移到QS￠，由于Rt.<Rt￠，故应选NTC热敏电阻。当温度漂移量DVO已知时，只要确定标准温度时的Rt值及合适的温度系数(即B)值，使得在工作温度时的阻值为Rt￠，即可达到全补偿。
(2)改变电源电压
基于温度补偿原理，补偿电路如***4(a)、(b)所示，***5为补偿过程解析***，其中负载电阻RL值不变，当温度由TS升到T时，产生输出漂移DVO，为使DVO=0，可使ES相应增大到ES￠，若电源电压的调整量为DE，且DE=ES￠-ES，要满足DE=-KDVO的补偿条件，可达到全补偿。其中，K为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数K与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且：
为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型PTC热敏电阻、NTC热敏电阻或温敏Z-元件来改变电源电压E，达到补偿的目的：
①采用缓变型PTC热敏电阻
采用缓变型PTC热敏电阻的补偿电路如***6所示。
在***6中，Z-元件与负载电阻RL构成工作电路，工作电路的直流电源电压E由集成稳压电源LM317电路供电，Rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻Rt的LM317电路的输出电压为：
按温度补偿要求，当温度增加时，电源电压E应该增加，Rt应该增加，故Rt应选缓变型PTC热敏电阻。R2用于设定电压E的初始值，合理选择PTC热敏电阻Rt的初始值及其温度系数，使之满足DE=-KDVO的补偿条件即可达到补偿的目的。
②采用NTC热敏电阻
因缓变型PTC热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用NTC热敏电阻。
若采用NTC热敏电阻进行补偿时，也可采用***6所示电路，但要把R1与Rt互换位置。
当采用NTC型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器，实际补偿电路如***7所示。
在***7中，Rt为NTC热敏电阻，A为由单电源VCC供电的反相输入运放构成的比例放大器，通过该运放的反相作用，使LM317的输出电压EO适合工作Z-元件工作电压E的补偿极性要求。例如，温度升高时，EO下降，E增加；反之温度降低时，EO增加，E减少。该补偿电路的另一优点是，可通过运放比例系数的附加调整便于NTC热敏的补偿匹配。
(3)差动补偿
①并联差动补偿
运放的第一级几乎没有例外均采用差动电路，并利用差动电路的对称性和元器件特性的一致性来补偿温度漂移。Z-元件也可采用这种方法，补偿电路如***8所示。其中，***8(a)为正向应用，***8(b)为反向应用，***8(c)为实际补偿电路。其中Z为工作Z-元件，ZC为补偿Z-元件，RL与RC为相应的负载电阻。
补偿原理：对差动对称电路，当左右两侧工作Z-元件Z与补偿Z-元件ZC的静态伏安特性与动态温度系数完全一致，以及电阻RC与R阻值及其温度系数也完全一致时，采用浮动输出，因始终保持VO=VOC，当环境温度改变时，也不会产生温漂，而工作Z-元件有其它外部激励作用(如光、磁、力等)时，则可产生有效输出。
理论上，若左右元器件完全对称，在标准温度TS时，浮动输出DVO=VO-VOC=0，当温度升高到工作温度T时，因左右两支路电流同步增加，DVO=VO-VOC=0仍然成立。实际上，左右两支路元器件不可能完全对称，特别是Z-元件有一定的离散性，使DVO不可能完全为0。因而，除按补偿精度要求，对Z-元件的一致性进行严格筛选外，在电路上应采用辅助调整措施，如***8(c)中利用电位器RW。
②串联差动补偿
并联对称补偿的缺点是浮动输出，为变成单端输出还需要一个双端输入到单端输出的转换电路。采用串联对称补偿可克服这一缺点。
串联对称补偿的原理电路如***9所示。其中***9(a)为正向应用，***9(b)为反向应用，***9(c)和(d)为实用化补偿电路。
补偿原理：该补偿电路为“上下对称”结构，元器件的一致性要求与并联对称补偿的要求相同。在标准温度TS时，工作电流流过上下分压支路，使输出电压VO=E/2。温度升高到工作温度T时，工作电流虽然增加，但输出电压VO仍为E/2，不产生温度漂移。而工作Z-元件当有其它外部激励作用时，可产生有效输出。
该补偿电路的缺点是静态输出电压不为零，为使静态输出电压为零，需附加电平位移电路。
三、开关量输出的温度补偿
开关量输出电路示于***10，(a)为电阻接地，(b)为Z-元件接地。开关量输出的温度补偿与模拟量输出的温度补偿相比，两者的补偿目的不同。后者是模拟信号，当温度改变时，引起静态工作点偏移，通过补偿调整静态工作点，使输出电压恢复稳定。前者是数字信号，数字信号的温度稳定性及其补偿技术是一个新问题。在研究开关量输出补偿原理与补偿方法之前，必须先引入有效跳变与跳变误差的新概念。
1．有效跳变与跳变误差
温、光、磁、力四种Z-元件均可相应构成温控、光控、磁控、力控开关，提供开关量输出，用于对物理参数的监控与报警。其中，除温控开关外，对这些控制开关的基本要求是应具有温度稳定性。也就是说，在光、磁或力等外部激励作用下，并达到设定值时，应准确地产生输出跳变，称为有效跳变。而不应受环境温度影响产生跳变误差。由于开关量输出是数字信号，其跳变误差也必然是两种极端的情况，为研究方便分别定义为超前跳变误差和滞后跳变误差。实际上，由于Z-元件的Vth值是温度的函数，当环境温度改变时，因受Vth变化的影响，超前与滞后两种跳变误差都有可能发生。
若环境温度升高，使Vth下降，当满足状态转换条件VZ3Vth时，外部激励虽未达到设定值，可能产生“不该跳也跳”的超前跳变误差；反之，若环境温度降低，使Vth增加，这时外部激励虽已达到设定值，但由于不能满足状态转换条件VZ3Vth，则可能产生“该跳不跳”的滞后跳变误差。
为克服这两种跳变误差，在电路设计时必须考虑温度补偿技术。因此，对光、磁、力敏Z-元件构成控制开关的设计原则是：在外部激励作用下，必须能够满足状态转换条VZ≥Vth，而产生有效跳变；而当环境温度变化时，则不应满足转换条件VZ≥Vth，不致产生跳变误差。前者通过合理地选择静态工作点来达到，后者则应采用温度补偿技术加以保证。
2．温度补偿原理
上面已经分析过，因为Z-元件的Vth、Ith对温度有一定的灵敏度，所以Z-元件的开关量(光、磁和力敏)输出会产生超前跳变和滞后跳变误差。
使用者在设计电路时，是依据有效激励(光、磁和力等)的大小来确定静态工作点QS，这时Z-元件两端的电压为VZS，并具有下述关系：
Vth-VZS=DV(1)
当T(℃)升高时，因Vth减小，DV就减小。当减小到DV=0时，即VZS=Vth时，就产生了超前跳变误差；同理，当T(℃)下降时，因Vth增大，DV就增大，以至于大到有效激励作用时，也不产生跳变，这就产生了滞后跳变误差。当我们选定负载电阻RL值和电源电压ES后，静态工作点QS就确定了。因此，Z-元件开关电路设计的着眼点应在于DV的取值。既要保证Z-元件在有效激励时，能产生有效跳变；而通过温度补偿又能保证DV的初始设计值不随温度变化，即可消除超前跳变误差和滞后跳变误差。
3．温度补偿方法
(1)负载电阻的确定
***11(a)是开关信号电路的工作解析***，***11(b)是开关信号的波形***。开关量输出的输出低电平VOL不是直线，其变化规律以及跳变幅值与M1区特性和静态工作点的设置有关，这是Z-元件开关量输出的特有问题。为保证应用中有足够大的跳变幅值，输出低电平不致太高，必须合适的设置静态工作点，因而当电源电压一定时，合理的选择负载电阻RL的值十分重要。
Z-元件在没有输出开关信号，即工作在M1区时，其功耗是很小的，只有工作在M3区时，其功耗才增大。从***11(b)可知，开关信号的低电平不是常数，因VOL=IZRL，当温度升高时，IZ增大使VOL增大，而且负载电阻RL越大，低电平增大值也越大，因此，为了降低VOL，要求RL越小越好。由于受Z-元件功耗的限制，RL不能无限制的减小，为了Z-元件安全工作和降低电源的耗电，可选择Z-元件的工作功耗为额定功耗的1/5，即PZ=0.2PM，PZ=0.2PM=IZVZ=IfVf。通过下述计算即可求出合适的负载电阻RL值：
按照产品标准的规定：
Vf≤Vth/3
取：VZ=Vf=Vth/3，
If=(E-Vf)/RL=(Vth-Vf+IthRL)/RL
因为IthRL很小，忽略不计，所以：,
所以：（2）
(2)电源电压ES的确定
由***12可知
ES=VZS+IZSRL
=Vth–DV+IZSRL
因为IZSRL很小，只有0.1~0.2V，所以将其忽略不计，常温下电源电压ES为：
ES≈Vth–DV
考虑到电源电压调变时，可能存在误差，初始设计的DV值不能过小，其最小值建议为(5~10°C)SP（SP为阈值点的温度灵敏度）。所以：ES=Vth+(5~10°C)SP(3)
(3)同步改变电源电压
从***12我们知道，当温度上升到T1时，阈值点P将左移至P1点，若通过补偿能自动将电源电压由ES调整到E1，使工作点从QS左移至Q1，并使(1)式成立，DV即可保持不变，此时Vth1–VZ1=DV；当温度下降到T2时，P点将右移至P2点，若将电源电压ES由ES自动调整到E2，并使(1)式成立，DV仍可保持不变，此时Vth2–VZ2=DV即可消除跳变误差，达到补偿。
在T1时，电源电压为E1：E1=Vth1+(5~10℃)SP=Vth+(T1-T)SP+(5~10℃)SP
在T2时，电源电压为E2：E2=Vth2+(5~10℃)SP=Vth+(T2-T)SP+(5~10℃)SP
在工作温度范围T2~T1间电源电压的调变量为DE：
DE＝E2-E1=(T2-T1)SP（4）
从(4)式可以看出，该开关量输出电路的电源，应该是具有负温度系数的直流电源，该电源可选用***6中的电源E，只需把Rt换成NTC电阻，或用***7中电源EO。
四、脉冲频率输出的温度补偿
1．应用电路
Z-元件的脉冲频率输出有不同的电路组态，其应用组态之一如***13所示。该电路当电源电压E恒定时，在光、磁或力等外部激励作用下，输出端VO可输出与外部激励成比例的脉冲频率信号，称为有效输出，波形为锯齿波，如***14所示。作为半导体敏感元件，由于环境温度对有效输出也具有一定灵敏度，这将严重影响有效输出的检测精度，当环境温度变化较大或检测精度要求较高时，必须通过温度补偿对温漂加以抑制。
2．温度补偿原理
Z-元件的输出频率f与工作电压E有关，与电路结构以及参数有关，也与使用环境温度有关。当电路结构以及参数一定时(C=0.1mF，RL=15kW)输出频率f仅与工作电压E和工作温度T有关。为研究温度补偿原理，确定合适的补偿方法，特列出三者的隐函数关系：f=F(T,E)
如果把Z-元件构成的频率输出电路看成是一个线性系统或者可进行线性化处理时，可利用叠加原理对该隐函数求其偏微分：
当电源电压改变DE，并恰好克服由温度变化DT对输出频率的影响时，输出频率将保持不变，即Df=0，则：
若设：为温度灵敏度,为电压灵敏度，
进而得：STDT=-SEDE
压敏电阻篇7
关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添***量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为
（1—2）
式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。
对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有
（1—3）
上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值，
以 为横坐标， 为纵坐标作***，则得到的***线应为直线，可用***解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。
热敏电阻的电阻温度系数 下式给出
（1—4）
从上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理***如右***所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。
·物理实验报告 ·化学实验报告 ·生物实验报告 ·实验报告格式 ·实验报告模板
当负载电阻 ，即电桥输出处于开
路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4R4+R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
（1—5）
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则
（1—6）
式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得R，从而求的 =R4+R。
3、热敏电阻的电阻温度特性研究
根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。
表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得的数据作出 ～ ***，如右***所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。
4、实验结果误差
通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。
5、内热效应的影响
在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结
通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。
参考文献：
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[2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验（二、电磁学部分）[M] 北京：高等教育出版社
压敏电阻篇8
关键词：SPD测试；续流试验；冲击电流发生器；压敏漏流；剩余电荷；
1.引言
电涌保护器(SurgeProtectiveDevice)在当今的过电压保护中扮演着不可或缺的角色。由于电涌保护器雷电流通过能力、限制过电压的能力以及多级电涌保护器之间的配合等对是否能有效的进行雷电保护起着决定性的作用。性能指标不合格的电涌保护器非但不能起到保护作用反而对保护设备产生危害[1-6]。因此，测试原理及方法的研究对SPD的发展及应用起着至关重要的作用。
结合某集团CNAS试验室的现有设备分析了冲击电流发生器的结构，并对SPD的结构参数和测试方法做了阐述。由于国内近些年才建立了专门的防雷装置检测机构来进行过电压保护产品性能参数的测试，其测试原理及方法大多使用国外现有的标准，因此存在较多疑问。主要有三个方面：（1）07年的IEC工作会议上，有多人提出为什么用于Ⅰ级试验的SPD不用10/350µs波形进行预处理实验来触发续流，却使用8/20µs波形。通过试验说明用10/350µs触发续流会存在开关拉弧形成近似短路回路问题，也是对标准[7,8]中相关规定的间接有力支持；（2）国标中规定用0.75U1mA测量MOV漏流，通过观察发现多数MOV在漏流测试中的漏流值差别不大，这样便不能更好的区别MOV的好坏以及合理选用，通过大量试验验证了使用最大持续运行电压来测试漏流相对更加合理；（3）在残压测试时，会发现流过SPD的电流为零，切断了放电回路后，其上的残压还会维持很长时间才到零。这个浪涌波过后的电压从何而来？通过试验并结合电路理论分析了电容器残余电荷对残压波形的影响。
针对上述问题，文中利用某集团CNAS试验室ZGLJ-301-3型号8/20µs冲击电流发生器和ZGLJ-303-3型号的10/350µs冲击电流发生器进行了大量试验，用TEKTDS2012B数字存储示波器对波形进行了采集，通过比较分析，结合电路理论对上述问题做出了诠释。
2.低压配电SPD试验研究
2.1开关型SPD续流测试问题分析
触发续流的预处理试验是针对开关型SPD，而开关型SPD主要用于第一级防护，主要用于泄放大的雷电流能量。一级雷电流波型为10/350µs。IEC61643-1:2005中规定用8/20µs冲击电流触发续流。为什么不是用10/350µs？
在对预期短路电流要求较大的情况下用10/350µs冲击时如果SPD损坏或者未能正确导通，电流会直接冲击到变压器中，对电源变压器损伤较大，具有很大的危险性。如果采取退耦网络保护进行试验，则预期短路电流和功率因素无法满足要求。
另外，用10/350µs波形进行触发时当供电电压较高时，试验台的主放电球产生电弧现象，工频电流会流过试验台。
Fig1Theschematicdiagramoftesting
试验设备由2台30kA冲击电流发生器并联组成60kA冲击电流发生器。30kA冲击电流发生器采用1组由6个160μF电容组成的电容器组，共960μF。由IEC62305附录C可知：冲击电流小于30kA时电容为960µF，冲击电流大于30kA时电容为1920µF。
开关型器件在低压配电系统中都是连接在中线和保护线之间，预期短路电流满足100A即可。因此选用的隔离变压器容量15kVA，最高输出电压450V，所以标称电流为33A。经多次用短路电流测试仪测试，短路电流为105A。完全符合确定GDT续流大小的预处理试验的要求。
***2电容1920µF；10/350µs；10kA***3电容960µF；10/350µs；10kA
Fig2Capacitors1920µF；10/350µs；10kAFig3Capacitors960µF；10/350µs；10kA
分析***2和3的波型，由于球隙触发放电时开关型SPD没有动作，而主放电球隙产生电弧通道，由于回路电感较小电容较大，整个回路阻抗相对较小，电源电压直接加在试验台脉冲电容器两端，产生回路，电源的预期短路电流将会流过试验台，烧蚀球隙开关，给设备及操作人员带来很大的安全隐患。而熔断器由于电流较小却没有动作熔断，因此产生以上现象。
另外，现在很多产品有较好的切断续流能力，而放电球隙的灭弧能力则相对较弱。因此，即使开关型器件顺利动作导通而如果球隙不能及时断开回路并且熔断器不能及时熔断的话也会产生电源电流经上述低阻抗回路流经试验台的现象。
2.2压敏电阻漏流的测试方法分析
一般采用0.75U1mA电压测量其漏电流[9-10]。可是，在实际的测试过程中，较少有泄漏电流不合格的产品，各厂产品的漏流也没有很大的差别。可见此法并不能满足区别MOV参数性能好坏的要求。而使用Uc值，更符合实际，612V的漏电流为86µA，748V的漏电流为0.22µA，这对工程上选用和安装都有更实际的意义。现在生产商都盲目追求低残压，将U1mA值降到极限，如果还是按0.75U1mA测试，达不到筛选优质产品的目的。因此提出使用最大持续运行电压Uc来测试MOV的漏流值大小。这样也能更好的反应MOV在实际运行环境中的预期漏流的大小。
一个Uc=385V的SPD，实测出U1mA=585V,处于10%合格范围。0.75U1mA是按照585V为基准计算0.75，测试的漏电流较小；而用Uc=385V，转换Udc=505V，那这样测出的漏电流会大一些，无论U1mA选的上限还是下限，只要用于这个Uc下，就应该这样测试。
***40.75U1mA和Uc进行90次测试的漏流值(lleak)
Fig4Thelleakof90testingto0.75U1mAandUc
***4是某集团CNAS试验室用0.75U1mA和最大持续运行电压进行90次测试的漏流值对比。压敏电阻最大持续运行电压420V，参考电压680V，标称电流20kA，每进行一次8/20µs冲击后便用两种不同测试方法测量一次漏流值并且记录。可见，起初的数十次冲击后的两种方法测量的漏流值大小差异性不大，当试验进行到60次冲击的时候，漏流值开始出现较明显的变化。其实在进行数十次冲击后，压敏电阻的非线性特性已经发生了很大改变，参考电压值下降。使用0.75U1mA测试使用的是实测参考电压，从***中可见整个过程中漏流测试结果变化不明显，在很长的一段区间甚至难以发现漏流值的改变。这样单从这个参数便不能够有效地区别出压敏电阻性能的优劣，给实际应用增加了困难和风险。而用最大持续运行电压来测量漏流使用的是固定的UC值换算成等效直流电压Udc（系数1.3），可以很明显的看出压敏性能的变化：泄漏电流值显著增大，这对区别和正确选用压敏电阻具有重要的意义。
2.3电容器剩余电荷对试验残压的影响
在探讨脉冲电容器剩余电荷对试验的影响之前，先对8/20μs浪涌发生器放电回路的通断时间进行一些分析。脉冲电容器升到一定高压后，控制系统切断充电回路，用气缸牵引电极进行点火，闭合放电回路。放电回路中的调波电阻和电感作用形成标准波形。虽然气缸动作的通断时间可以通过程序来设定的，但最小也是毫秒级。如果脉冲电容器残余有电荷，那么此电荷将作用于试品，形成电压，对残压的测量造成影响，使电流过零后使视频两端仍然存在残压，对波形的测量带来不利影响。
为了验证上述观点，使用U1mA=82V压敏，在8/20µs波形下测试残压。表1是不同电流下脉冲电容器残余的电压。从表中可以看出，在小电流时，残余正电荷，大电流时，残余负电荷。
表1不同电流下脉冲电容器残压
***5分别是+0.2kA，+4kA下的波形***。从***中可以看出在流过压敏的冲击电流为零后，压敏两端的电压并不降为零，这个电压值等于脉冲电容器的残余电压值。残余电压维持的时间等于冲击回路开关切断的时间。
***50.2kA、4kA电流下残压（CH1：电流（100A/V），CH2：残压；CH1：电流（100A/V），CH2：残压）
***6(a)残压测试电路***;(b)残压测试等效电路***
Fig6(a)TheschematicdiagramofUres;(b)Theequivalent-circuitdiagramofUres
试验电路如***6(a)。C是脉冲电容器电容，L为调波电感，Ro是调波电阻，Rs是放电器间的电弧电阻。由于Ro、Rs和压敏动态电阻r可以等效为一个电阻，那么***可以简化为***6(b)。这是一个零输入RLC串联电路。关系式如式(1)。
(1)
根据电路理论[11]，回路响应将取决于电路的固有频率。如果 ，响应是非振荡过程，如果回路 ，响应是衰减振荡过程。
正0.2kA冲击下，SPD的动态电阻较大，系统总电阻较大， ，系统为过阻尼状态，电流不会过零形成负峰。当系统电压在小于压敏启动电压时，压敏恢复到高阻，切断放电电路，脉冲电容器未泄放的电荷只能残余在电容器上，脉冲电容器就残余了正的电压。由于点火装置切断的时间远远小于压敏切断的时间，回路仍然是闭合的，那么压敏两端仍然存在脉冲电容器残余的电压。波形上可以看到正常残压到脉冲电容器电压有一个跌落过程。
正4kA冲击下，SPD的动态电阻较小，系统总电阻较小， ，系统为欠阻尼状态，电流会过零形成负峰。同样，当在负峰阶段，系统电压在小于压敏启动电压时，压敏恢复到高阻，切断放电电路，脉冲电容器未泄放的电荷只能残余在电容器上，脉冲电容器就残余了负的电压。由于点火装置切断的时间远远小于压敏切断的时间，回路仍然是闭合的，那么压敏两端仍然存在脉冲电容器残余的电压。波形上也有一个跌落过程。如果被保护设备接到压敏两端，那么这个毫秒时间的过电压将有可能造成被保护设备的损坏
3结论
（1）用10/350μs波形冲击触发续流可能会引起放电球隙产生电弧，使电源与冲击电流发生器形成闭合低阻抗回路，会对电源和设备产生很大的危险隐患。这也更好的解释了IEC、GB等标准中规定用8/20µs触发续流的原因；
（2）使用0.75U1mA来测试压敏漏流在一定程度上并不能很好的区别产品的性能参数，验证了使用最大持续运行电压测试压敏漏流相对来说可以更好的区别产品性能并在工程应用方面具有更实际的意义；
压敏电阻篇9
【关键词】智能控制;湿敏传感器;步进电机;防雨
1.引言
随着硬件设计技术的发展各种智能控制技术应运而生，很多工具都开始智能化，而市场上却没有一种智能防雨工具，人们会经常因不在家使挂在阳台上的衣服淋湿或者因为没有及时的采取防雨措施蒙受经济损失[1，2]。为了解决此问题，方便人们的日常生活，设计了一种智能防雨装置。该智能防雨装置主要包括防雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置。晴天，该智能防雨装置利用太阳能蓄电池蓄电，防雨布卷起;下雨时，湿敏传感器输出信号，促使步进电机工作，放下防雨布，实现智能防雨功能。目前有相关文献提出智能防雨系统的设计，大都以单片机或者嵌入式芯片为控制中心，通过编程加载到控制中心，控制硬件电路来实现智能防雨的功能，系统较复杂，且易出现故障[3，4]。本文旨在设计出一种只需要做简单的硬件电路设计即能实现智能防雨的功能，且性能可靠，电路稳定。
2.设计流程
为了实现智能防雨的功能，该防雨帘包括防雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置。由于湿敏电阻具有遇水阻值显著增大的特性，因此选用湿敏电阻作为智能防雨帘的传感器。湿敏传感器的工作原理是利用覆盖在基片上的一层感湿材料膜在遇到水时电阻率和电阻值发生变化来反映湿度的变化，因此湿敏传感器的输出信号很微弱，要想利用该信号激励后续电路，必须对其进行放大。要想自动控制防雨布实现防雨，必须有能够控制其自动运动的器件，因此想到直流电机，因为直流电机具有良好的线性特性，能够用给定的信号控制其旋转固定的角度，且运行精度高。为了使该装置符合人们的使用要求，设计该防雨布围绕卷轴成适宜窗户的卷轴窗帘，直流电机与卷轴相连以带动卷轴转动，该感湿装置与该直流电机相连，以于感测到一定湿度时，由该供电装置供电，驱动该直流电机旋转，带动该防雨布伸展开。[5，6]
具体设计框***如***1电路示意***所示。该感湿装置包括湿敏传感器、第一放大器模块及第二放大器模块，该湿敏传感器与四个电阻构成电桥，并连接于该第一放大器模块，以于该湿敏传感器阻值变大超过设定值时，该第一放大器模块输出低电平变为高电平，该高电平输出至该第二放大器模块，经该第二放大器模块放大并全波整流为直流电压信号，驱动该直流电机旋转。该供电装置包括太阳能电池、蓄电池及升压型直流变换器，通过该太阳能电池对该蓄电池充电，并通过该升压型直流变换器升压为电路需要的工作电压。太阳能电池经一充电电流限制电阻和防止电流反向流通的二极管对该蓄电池充电。感湿装置通过第一电阻与该供电装置连接，以设定该湿敏传感器的电流。
感湿装置为湿敏传感器***，湿敏传感器***与R8、R9、R10、R11构成电桥，并连接于第一放大器模块11，R1用于设定湿敏传感器***的电流，正常时电桥处于平衡状态，直流电机不工作，降雨时，湿敏传感器***阻值变大超过设定值，第一放大器模块11输出低电平变为高电平，该高电平输出至第二放大器模块12，经第二放大器模块12放大并全波整流为直流电压信号，驱动直流电机M旋转，带动防雨布，将其伸展开，实现智能防雨功能[7，8]。供电装置采用太阳能电池作为整个电路的电源。
3.硬件电路设计
本发明利用湿敏电阻与水接触时阻值显著增大的特性，通过硬件电路的设计实现有雨时，电机自动旋转，伸开防雨卷帘，实现智能防雨的目的。具体电路***如***2智能防雨装置电路***所示。
***1 智能防雨帘电路示意***
工作原理结合***2如下所述。湿敏传感器***与R8、R9、R10、R11构成电桥，常用的电阻电桥有R1用于设定传感器的电流。电桥是通过比较法测量模拟信号一种常见的测量电路或者测量仪器，电桥包括单臂电桥和双臂电桥，测量中等阻值电阻要设置好。电桥在测量较大阻值的电阻时，一般采用高电阻电桥或兆欧表;而在测量较小阻值的电阻时，一般采用双臂电桥（开尔文电桥）。电桥由于准确度高、稳定性好，被广泛用于自动调节、电磁测量和自动控制中。最基本的直流单臂电桥即惠斯登单臂电桥。正常时电桥处于平衡状态，电机不工作，降雨时，***阻值变大超过设定值，1A输出低电平变为高电平，经2A放大并全波整流为直流电压信号，驱动直流电机M旋转，带动防雨帘，将其伸展开，实现智能防雨功能。太阳能电池作为电路的电源，太阳能电池的电压（2V/250mA）经R5和VD1对蓄电池BT充电，R5为充电电流限制电阻，VD1为防止电流反向流通的二极管。MAX757是常见的DC/DC直流稳压芯片，因此采用MAX757作为升压型直流变换器，它将蓄电池BT的1.2V电压升压为5.3V作为电路的工作电压，其输出电压由R6设定，***示R1的驱动电压为5.3V。
4.具体实施方式
防雨布围绕卷轴设计成适宜窗户的卷轴窗帘，直流电机与卷轴相连，由供电装置供电，带动卷轴转动，伸开或卷起防雨布，供电装置为太阳能电池，安置于窗户外沿可光照到的地方即可;感湿装置放置于窗户外沿，其与直流电机相连，以于感测到一定湿度时，驱动直流电机旋转，带动防雨布将其伸展开，实现智能防雨。
5.总结
本文提出了以一种智能防雨帘的设计思路和方法，主要是利用湿敏电阻具有遇水阻值显著增大的特性，将其作为感湿装置，设计了主要包括雨布、卷轴、直流电机、感湿装置以及供电装置几部分的智能防雨装置。实现了天晴时，能自己蓄电，下雨时，能自动打开雨布防雨的功能。该装置只是做简单硬件电路的设计，需要的元器件也都是常见廉价的电子元器件，且能够用太阳能电磁进行蓄电供电，适应现代智能家居的要求，能够很好的方便人们的生活。
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压敏电阻篇10
关键词： 电器；电子元器件；检测方法
1 电器电子元器件的特征
电子元器件是元件和器件的总称。电子元件指在工厂生产加工时不改变分子成分的成品。如电阻器、电容器、电感器。因为它本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用，所以也称无源电器。电子器件是指在工厂生产加工时改变分子成分的成品。如晶体管、电子管、集成电路。因为它本身能产生电子，它对电压、电流有控制和变换作用，所以也称有源电器。而电子元器件的损坏，一般很难凭眼睛观察发现，一般都必须借助检测仪器才能判断发现，（除明显的损坏，烧坏外）这就给检测人员提出了更高的要求，检测人员必须对各种元器件的特性及特点有一定的认识和了解，在检测过程中，对于电路故障的检测必须提高检测的效率，防止各种损坏。
2 电器电子元器件的主要故障
电器电子元器件在使用过程中自然损耗最常见的有接点开路，例如器件间接触不良、线路中的导线折断，插拨端口断开等等，一般我们把电子元器件的故障归结为软件故障，电子元器件损坏和电路接点开路三种故障。其中，电器设备中最多的元件是电阻，常见的电阻类型有金属膜电阻、保险电阻、碳膜电阻、线绕电阻等，但其并非是损坏率最高的部件，电阻值其变大或变小的情况非常少见，最常见的损坏是开路。在家用电器中用量大且故障率高的设备有电解电容，电解电容主要出现的故障有：① 漏电（包括严重漏电和轻微漏电）；② 电容容量变小或完全失去容量。另外损坏频率较高的还有集成电路板，集成电路板是电器的母板，功能强大，内部电路结构非常复杂，任何一点细微的损坏都能导致电器无法正常使用，主要出现的故障有：① 开路或PN结击穿主要是二、三极管的损坏，其中以击穿短路居多。② 散热性不强，热稳定性差甚至导致彻底损坏，如彻底损坏，可将其更换，把坏的与正常同型号的电路用万用表对比去检测引脚间正、反电阻的异常就能排查出其中个别引脚电阻间的异常。③ 用万用表R×1k测，PN各项测量值均正常，开机后不能正常工作，只检测出PN结的特性变差，而用R×1或R×10低量程档测，PN结正向阻值就会发现比正常值大。④ 开机时正常，但热稳定性明显变差，工作一段时间后，发生软击穿。电源变压器短路性故障的综合检测判别，将万用表置R×10或R×1档（用R×10档，不明显时再用R×1档）在路测二、三极管的反向电阻和PN结正，测量二、三极管可用指针万用表在路测量，较准确的方法是能测量正常值（正向电阻不太大），正向值里反向电阻足够大，这些二、三极管电阻大多在几百、几千欧，该测量值表明该PN结正常，用万用表低阻值班档在路测量时，可以基本忽略电阻对PN结电阻的影响，如还有值得怀疑的地方，即焊下后再测量。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。发热严重和次级绕组输出电压失常是电源变压器发生短路性故障的主要症状。
3 电器电子元器件的检测方法
3.1 固定电阻器的检测
想要测出实际的电阻值在一般情况下，可将万用表两表笔（不分正负）分别与电阻的两端引脚相接来测量，使用万用表检测10pF以下的小电容，而万用表只能定性的检查内部短路或击穿现象和其是否有漏电现象。为了提高测量精度，家电应该根据欧姆采用中间一段分度来计量，电阻标值来选择相适应的量程。以及非线性的刻度关系，所测量值较为精细，在全指针20％～80％弧度内选择中段位置为佳。
3.2 水泥电阻的检测
普通固定电阻测量可用万用表进行检测，在测量过程中检测方法及注意事项，水泥电阻也与其相同。
3.3 熔断电阻器的检测
熔断电阻器，是一种具有电阻器和熔断器双重作用的特殊元件，具有电阻器和熔断器的双重功能，是用于电路过流的保护器件，若熔段电阻器中电流超过额定的倍数，负荷过重，就会出现发面发黑或烧焦的现象，若其表面没有任何熔烧的痕迹，则表明电阻中的电流没有超过额定的电压负荷或等于或稿大于电压负荷的熔断值，在其测量过程中可以通过观察其阻值，在使用万用表测量时，若电阻器已损坏或失效，则测量值为无穷大。可将熔断电阻器一端从电路上焊下，不宜再拿来使用的电阻器，一般在测量时与标称值相差较大，检测时还应该注意，在世界上熔断电阻检测中也会存在少数被击穿短路的现象出现。
3.4 电位器的检测
选用万用表电阻档的适当量程，测量时，将两表笔分别接在电位器两个固定引脚焊片之间，若电位器已损坏或已开路，则在测量电位器电阻时，所测得阻值会与标称阻值相距较大，或为较标称阻值大或直接为无穷大。若电位器只是存在接解不良的状况，在测量阻值的旋转过程中，表针会有跳动现象。将两表笔分别接电位器中心头与两个固定端中的任一端，慢慢转动电位器手柄，使其从一个极端位置旋转至另一个极端位置，而正常的电位器，万用表针指示的电阻值应从标称阻值（或0Ω）连续变化至0Ω（或标称阻值）。
3.5 正温度系数热敏电阻（PTC）的检测
热敏电阻的一种正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻，正温度系数热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加，温度越高，电阻值越大。用万用表测两引脚的实际阻值和标称值，将两值对比，二者相差在±2Ω内即为正常，若相距大则表明其热敏电阻性能不好或者存在损坏。除了常温检测还可以进行加温检测，是在常温检测的基础之上进行的，注意不要使热源与PTC热敏电阻靠得过近或直接接触热敏电阻，若将其加热后，各项阻值都无变化，则说明其性能损坏或变劣，为防止将其长期烫坏，不可再继续使用。
3.6 负温度系数热敏电阻（NTC）的检测
负温度系数热敏电阻（NTC）是以锰、钴、镍等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的，想要测试出RT的实际值，在选择万用表测量NTC标称值时应该选择合适的电阻档，而所谓的RT是生产厂家在25℃衡温下所测试出来的，所以在测试RT时，我们应该尽量选择与这个温度相接近的温度，这样也保证其测量结果的精确可信度，为了不引起电流热效应的误差，在测量功率的选择上不要超过规定功率，但因NTC热敏电阻对温度很敏感，测试时，要注意与热敏电阻体的接触，不要用手去捏，否则人体的温度容易对测试产生不利影响，从而影响其准确度，估测温度系数αt：要计算法时首先用温度计测量出热敏电阻RT表面的平均温度T2，在T1温度下测量出电阻值RT1，再用电烙铁作用其中的热源，靠近热敏电阻RT，测出RT2。
3.7 压敏电阻（氧化锌避雷器）的检测
选择用万用表的R×1k挡测量，将两表笔来测量两引脚之间的正、反向绝缘电阻，如果测量出来的结果中电阴很小，说明压敏电阻已经损坏，不能正常使用。如果测量结果均为无穷大，说明其使用正常，否则，说明漏电流大。
3.8 光敏电阻的检测
生产商会根据光敏电阻的对于其光线的敏感波段使用适合的光源来检测其敏感效果并且做出敏感性能的分类。敏感度高的其电阻值比较小，敏感度低的电阻值比较大。将光敏电阻完全置入黑暗环境中（将光敏电阻装入光通路组件，不通电即为完全黑暗），使用万用表测试光敏引脚输出端，光敏电阻的暗电阻R值即可得到。在测量时，万用表的指针基本保持不动，且其阻值又接近无穷大，则说明其电阻性能越好。如果光敏电阻已经烧穿或损坏了，则此测量值会极小或接近于零。越好的光敏电阻，只要将光源对准电阻的透光窗口，就能观察到万用表指针大幅度摆动。不能继续使用的情况还包括光敏电阻内部开路损坏，则其测量值很大甚至无穷大。
参考文献：
[1]范小娟，电器电阻的检测方法[J].计算机工程应用技术，2011.12.
[2]王锋，试论当前家用电器检测的局限性[J].科技传播，2010.12.
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