（4） 穩(wěn)態(tài)（齊納）管和開關(guān)二極管。他們均屬于半導(dǎo)體元件，因其動(dòng)作速度快（納妙級(jí)），限幅電壓很低，是電子設(shè)備中“細(xì)”保護(hù)*的元件，靠其伏安特性的箝位作用而達(dá)到限幅保護(hù)的目的。耐流能力低是其突出的缺點(diǎn)。

　　穩(wěn)壓管利用它反偏電壓超過規(guī)定值（如圖7所示U2）時(shí)而進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，流經(jīng)管子的電流迅速增加，從高阻狀態(tài)旋即進(jìn)入滑線變阻器低阻狀態(tài)。管子兩端的電壓變化很少，箝位在所要求的電壓上。如果將兩個(gè)穩(wěn)壓管反極性串聯(lián)在一起，就能達(dá)到以正、反向限幅保護(hù)的目的（如圖7所示）。不過，硅管比鍺管能耐受更大的功率，故保護(hù)多使用擴(kuò)散結(jié)硅穩(wěn)定管，市場(chǎng)出售的2CW系列管，可提供從幾伏至上百伏的限幅保護(hù)。正向使用則可實(shí)現(xiàn)0.7V的極低限幅電壓的保護(hù)值。

　　硅開關(guān)二極管與齊納不同，其方向特性在擊穿之后不能恢復(fù)。所以，主要利用正向特性進(jìn)行極低電壓的保護(hù)，限幅電壓也為0.7V。當(dāng)然，若用n個(gè)管子串聯(lián)，可得0.7nV的限幅值。常用的國產(chǎn)管有2CK114或2CK115等。

　?。?） 正溫度系數(shù)熱敏電阻器。這是一種電阻值隨溫度增加而增加的非線性元件，主要起限流作用。當(dāng)受外來的過指針高壓兆歐表電流（非雷擊）影響時(shí)，規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)電阻值急劇增加，從而限制回路上的過電流（如工頻）在允許的范圍內(nèi)，保證了設(shè)備的安全。但他對(duì)雷電的反應(yīng)很遲鈍，不起防雷電（過電流）作用，只是很多保護(hù)電路上都有使用，便在此略提一下。

　　針對(duì)上述的幾種保護(hù)元件的特性，現(xiàn)做一粗略的比較，如表1所示，以供參考。 性能 保護(hù)元件 響應(yīng)時(shí)間 耐流能力 殘壓 電容 使用范圍 備注 氣體放電管 zui慢 zui強(qiáng) zui高 zui小 *、二級(jí)保護(hù) 壓敏電阻 較快 強(qiáng) 較高 zui小 *、二級(jí)保護(hù) 瞬態(tài)二極管 快 較強(qiáng) 低 較大 第二或*級(jí)保護(hù) 作*級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)慎用 穩(wěn)壓管 快 弱 更低 較大 第二、第三級(jí)保護(hù) 開關(guān)二極管 zui快 zui弱 zui低 小 第三、四級(jí)保護(hù) （表1 幾種保護(hù)元件特性的比較）

　　4. 保護(hù)元件的選擇

　　選擇保護(hù)元件主要考慮以下幾點(diǎn)。

　?。?） 首先應(yīng)確定保護(hù)元件的靜態(tài)工作范圍，據(jù)此選取合適的標(biāo)稱值。如氣體放電管的標(biāo)稱直流擊穿電壓、壓敏電阻的壓敏電壓值、瞬態(tài)二極管的不動(dòng)作電壓值和穩(wěn)態(tài)管的穩(wěn)壓值等。這些標(biāo)稱值應(yīng)高于該電路扁平橡套軟電纜可能出現(xiàn)的zui高穩(wěn)態(tài)電壓值（供電電壓、信號(hào)峰值電壓等的疊加值）。至于開關(guān)二極管很多是以兩只管反向并聯(lián)使用，獲得雙向保護(hù)[如圖a8所示]，這時(shí)，a、b線間的穩(wěn)態(tài)電壓值必須小于0.7V（并留有余量），否則會(huì)影響電路的正常工作。若這時(shí)不能滿足要求，可以如圖8（b）所示的方法獲得0.7nV的電壓值。而穩(wěn)壓管亦可采用此方法，甚至必要時(shí)穩(wěn)壓管和開關(guān)管按需混串后再并聯(lián)使用。這樣可以獲得多種穩(wěn)態(tài)電壓值和不同的電容值。

　?。?） 保護(hù)元件本身固有電容值是否影響信號(hào)的傳輸，它對(duì)高頻電路（如天饋線輸入、人部分）中的保護(hù)元件尤為重要，氣體放電關(guān)在這方面有較大的優(yōu)勢(shì)，其電容值約5pF或更低。

　　（3） 保護(hù)遠(yuǎn)見的殘壓無論何時(shí)都應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備或電路的損壞電壓，還有一定的程度。氣體放電管一節(jié)中曾提到“伏秒特性”，其實(shí)每一種保護(hù)元件都有此特性，它能動(dòng)態(tài)的反映保護(hù)效果。同樣，每一被保護(hù)設(shè)備或電路也有它們各自的“伏秒特性”，只不過它動(dòng)態(tài)的反映地是其損壞值（安全值）。保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)這兩種伏秒特性要互相配合好。顯然，從保護(hù)角度來看，保護(hù)元件的伏秒特性任何時(shí)候都應(yīng)在被保護(hù)對(duì)象的伏秒特性之下（如圖9所示），這是的保護(hù)是“”的、zui有效的。如圖10（a）所示中表示C點(diǎn)左邊為“保護(hù)區(qū)”，設(shè)備得以保護(hù)，而C點(diǎn)的右邊卻是設(shè)備（被保護(hù)的）反過來“保護(hù)”了保護(hù)元件，設(shè)備必遭損壞，為失去保護(hù)區(qū)，這與設(shè)計(jì)的初衷是相反的。

　　通常保護(hù)元件的數(shù)據(jù)僅提供沖擊波形前沿為某一上升速率下的殘壓值，也即是其伏秒特性中的某點(diǎn)，遠(yuǎn)非其全部，這當(dāng)然給保護(hù)設(shè)計(jì)帶來困難。所以，必要時(shí)應(yīng)測(cè)出保護(hù)元件的伏秒特性。至于被保護(hù)對(duì)象超低頻高壓發(fā)生器的伏秒特性更是無從可得，非親自努力獲取不可，難度自然更大一些，如果能這樣，當(dāng)時(shí)*選擇。倘若為了簡(jiǎn)化工作，按個(gè)方面要求選好保護(hù)元件并安裝好，再用不同上升速率的或可能出現(xiàn)的沖擊波形進(jìn)行模擬雷擊試驗(yàn)，以檢驗(yàn)保護(hù)效果能否達(dá)到預(yù)期的目的。

　　（4） 根據(jù)設(shè)備或電路的需要，選取有足夠耐流能力的保護(hù)元件。我們總希望有盡量多的沖擊電流（能量）通過它旁路，不進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，而其本身亦安全無恙。否則，被擊壞之后，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換，隨之而來的浪涌即會(huì)造成損壞。那么，如何確定需要的耐流能力？首先考慮環(huán)境條件、雷暴日數(shù)、雷電強(qiáng)弱以及損壞概率等。如果用于緊靠外線連接處，保護(hù)元件需承受如上推斷的zui大的沖擊（浪涌）電流。其次，要考慮被保護(hù)對(duì)象是與架空線路連接還是與埋地線路連接。例如，架空線上出現(xiàn)雷電流的概率，超過100kA的約占2%，若經(jīng)過線路或各種設(shè)施的衰減而達(dá)到設(shè)備時(shí)電流就小得多，考慮到電流值用不著達(dá)到100kA的水平，連接信號(hào)傳輸線路的情況亦如此。

　　我們一般將使用的環(huán)境劃分為非暴露環(huán)境和暴露環(huán)境，既非暴露環(huán)境指城市中心區(qū)和低暴露活動(dòng)的地區(qū)，其間出現(xiàn)的過電壓極少超過保護(hù)遠(yuǎn)見的殘壓；暴露環(huán)境之處非暴露環(huán)境外的其他區(qū)域、環(huán)境，也包括必須采取一切有效保護(hù)措施才能獲得滿意保護(hù)效果的特性環(huán)境，如市郊、新經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及強(qiáng)雷暴活動(dòng)地區(qū)等。一般而言，使用在非暴露環(huán)境的保護(hù)元件2.5~5kA的耐流能力應(yīng)不會(huì)損壞，暴露環(huán)境則需要5~20kA甚至更高。

　　四、 保護(hù)元件的應(yīng)用

　　1． 多級(jí)保護(hù)

　　2． 從上面的介紹可知，耐沖擊能力強(qiáng)的保護(hù)元件其殘壓較高，動(dòng)作速度亦相對(duì)較慢，反之亦然。而從線路襲入的過電壓均具有較大的沖擊能量。所以，設(shè)置在緊靠外線側(cè)的保護(hù)元件*，應(yīng)能承受產(chǎn)大能量的沖擊，因而用氣體放電管或壓敏電阻zui為適合。特殊情況下（如非暴露環(huán)境）也可用瞬態(tài)二極管。習(xí)慣上，這稱之為*級(jí)保護(hù)。由于經(jīng)*級(jí)保護(hù)后其殘壓人達(dá)數(shù)百伏甚至上千伏之高，尚足以擊壞其后的元（器）件，尤其像晶體管、集成電路之類的電路，故也俗稱為“粗”保護(hù)，很能突出這一保護(hù)級(jí)的特點(diǎn)。由此可見，*級(jí)保護(hù)之后還必須設(shè)置一些對(duì)雷電能迅速相應(yīng)的、殘壓足夠低的保護(hù)元件（如壓敏電阻、穩(wěn)壓管、開關(guān)二極管等），稱為第二級(jí)保護(hù)。經(jīng)過第二級(jí)之后，殘壓依然較高，只有采用三級(jí)甚至四級(jí)以上的保護(hù)才足以把外來的過電壓限制到足夠低的水平上而達(dá)到預(yù)期的目的。第二（三）級(jí)之后的保護(hù)相應(yīng)的稱為“細(xì)”保護(hù)。防雷技術(shù)上把這些通過“粗”、“細(xì)”保護(hù)結(jié)合起來逐級(jí)限幅的方法稱之為“多級(jí)保護(hù)”。“粗”、“細(xì)”保護(hù)的技術(shù)視具體需要而定。

　　3． 當(dāng)進(jìn)行多級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，注意的不能如圖11所示那樣簡(jiǎn)單的把幾種具有不同耐流能力、響應(yīng)速度元件并聯(lián)在一起，以為它必然按我們所希望的G1→G2→G3順序動(dòng)作（放電、導(dǎo)通），實(shí)際上不一定如此。因?yàn)镚3和G2的響應(yīng)速度均高于G1，且其伏秒特性處于不同量極，G1zui高、G2次之、G3zui低。極可能出現(xiàn)G3先于G2動(dòng)作（導(dǎo)通），G2先于G1動(dòng)作（導(dǎo)通），或G2導(dǎo)通后G1不能放電。因而，巨大的沖擊能量?jī)H有耐流能力較低的G2或G3單獨(dú)承擔(dān)，他們自然易遭損壞。如欲達(dá)到所希望的順序放電、導(dǎo)通的目的，應(yīng)如圖12所示的方法連接，各保護(hù)元件間分別串接一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或元件），它可以是電阻、電容、電感或它們的組合網(wǎng)絡(luò)。我們稱之為保護(hù)級(jí)之間的“隔離”。如果“隔離”不夠，后繼的動(dòng)作可能影響到前級(jí)而損壞耐流能力弱的保護(hù)元件或造成保護(hù)及之間的過流。

　　另外，還應(yīng)注意的是，即使是用滑線指示燈兩個(gè)相同型號(hào)、規(guī)格的保護(hù)元件，假定每一個(gè)的耐沖擊電流能力為5kA（8/20μs），并聯(lián)之后的耐流能力不能視之為10kA（8/20μs）。因?yàn)檫@兩個(gè)保護(hù)元件的特性、響應(yīng)時(shí)間等不盡相同，不會(huì)同時(shí)動(dòng)作。若10kA的沖擊電流襲入，它們會(huì)先后損壞，失去保護(hù)功能。

　　2．增強(qiáng)保護(hù)效果的其他措施

　　當(dāng)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，還可以采取如下措施以增強(qiáng)保護(hù)效果。

　?。?） 設(shè)備電路的接地良好。

　?。?） 利用增大電流負(fù)反饋來限制晶體管等的過流。

　?。?） 裝有如濾波器等頻率分手表式近電報(bào)警器割部件時(shí)，可在不影響電路正常工作的前提下，盡量提高高通濾波器的截頻或盡量降低低通濾波器的截頻，增大阻帶衰耗。

　?。?） 在不影響正常工作的條件下，電路中可串入近兩大的限流電阻和并聯(lián)電容器（容量盡量大），以限制其他過流河旁路過電流。

　?。?） 盡可能縮短保護(hù)元件的引線，直接裝在需要保護(hù)的電路上。

　?。?） 在易受浪涌沖擊的電路中應(yīng)選用碳膜電阻，不要使用耐沖能力較差的金屬膜電阻。

　?。?） 高頻電路中使用穩(wěn)壓管作“細(xì)”保護(hù)時(shí)，應(yīng)考慮其固有電容值對(duì)工作狀態(tài)的影響。由于其PN結(jié)電容量隨端電壓而改變，即反偏電壓越大，結(jié)電容量越小，令偏壓時(shí)則zui高（如圖13所示）。所以，可根據(jù)電路對(duì)電容的要求，給該穩(wěn)壓管加上一定的偏執(zhí)電壓。亦可用如表而敘述的一些方法達(dá)到地電容的保護(hù)目的。

　　3． 用的“細(xì)”保護(hù)電路

　　需要達(dá)到極低限幅電壓保護(hù)時(shí)，“細(xì)”保護(hù)電路可以由穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)或并聯(lián)，或用開關(guān)二極管構(gòu)成各種保護(hù)電路，他們可按要求靈活組合，常用的幾種細(xì)保護(hù)方法如表2所示以供參考。表中序號(hào)1a電路利用Vce在穩(wěn)壓管2上形成的反偏，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)兩個(gè)極性的限幅，正向沖擊的電力測(cè)試導(dǎo)線限幅電電壓為Vz。1b由兩個(gè)穩(wěn)壓管Z反串而得到雙向保護(hù)，它僅能適用于接入的電路點(diǎn)上無直流電壓的情況，限幅電壓為穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓Vz。序號(hào)2乃通過串聯(lián)高速開關(guān)二極管D獲得低級(jí)間電容的保護(hù)。序號(hào)3與1b相似，所不同的是用開關(guān)管反向并聯(lián)而達(dá)到雙向?qū)ΨQ保護(hù)目的，但其容量比1b小得多。通過改變串聯(lián)管子的個(gè)數(shù)n，獲得需要的限幅電壓值為單管正向壓降的n倍，電容量也各有不同。序號(hào)4的原理與1b相同，只因兩只穩(wěn)壓管加了反向偏壓，其總電容量比之1b低得多。序號(hào)5的電路是在序號(hào)4的原理基礎(chǔ)上串聯(lián)一個(gè)開關(guān)二極管D，這樣可以獲得更低的電容量，但這是需有另一條支路作相反極性的保護(hù)，兩條支路的限幅電壓均為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Vz。

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