压敏电阻的非线性特性研究

屠 华

(浙江海洋学院，浙江舟山 316000)

压敏电阻在某一特定电压范围内具有非线性伏安特性，其电阻随外加电压变化而变化。当电阻器上的电压小于阀值电压时，电阻器上的阻值则为无穷大状态，当电压略高于阀值电压时，其阻值迅速减小，压敏电阻处于导通状态。压敏电阻所具有的高非线性特性使其在过压保护及稳压等方面的用途广泛［1－2］。目前应用最广的是20世纪60年代末发展起来的ZnO压敏电阻［3-4］。

1 实 验

考虑到压敏电阻的特性，若采用电流表外置，在电压较小，未超过压敏电阻的阀值时，电阻非常大，相当于断路，在此时，与电压表的阻值相当，电流表测出的值不准确，而且此时的电流值非常小，实验误差很大;若电流表内置，随着电压的增大，大到超过压敏电阻的阀值时，电阻会急剧变小，其阻值和电流表阻值相近，则此时，电压表测出的电压不能代表压敏电阻的实际电压。考虑到以上情况，实验中设计见图1的电路。这样就可以避免以上两种接法中的缺点，还可以保护其它器件不被突然增大的电流损坏。该实验电路简洁明了，操作简便，仪器安全性很高。

图1 电路原理图

由图1可知，设流经压敏电阻的电流I=I2－I1，其电压为U。由此可计算出压敏电阻的阻值:

式中，I2为外电路的电流，I1为内电路的电流。

在选取定值电阻时，为了使流经压敏电阻的电流测量更精确，则要求定值电阻的大小要足够大。

根据电路原理图连接实验电路，所用元器件有:

JK－5型直流稳压电源(0～24.5 V)、变阻器一个、直流毫安表一只(0～10 mA)、直流毫安表一只(0～5 mA)、直流电压表一只(0～30 V)、滑动变阻器(1 K)、定值电阻(10 K)、压敏电阻若干(阀值为 22 V)、开关一只、导线若干、接线盘一块。

图2 电路实物图

在测量时，因为电压的取值范围有限(0～24.5 V)，所以需要能够测出电流的微小变化量，选择了毫安表。又因为滑动变阻器变化取值范围有限，所以增加了一个变阻器，以确保能够取得足够的数据，(滑动变阻器取值范围根据毫安表的量程而定)。根据实验要求对压敏电阻的电压与电流进行测量。

2 数据分析

通过测量数据得到压敏电阻的电压—电流变化曲线图，见图3(a～c)。

图3 压敏电阻的电压-电流变化图

根据测量的数据以及压敏电阻的电压—电流的变化曲线图得到压敏电阻的阻值－电压变化曲线图，见图6。

图4 压敏电阻的阻值随电压变化的曲线

理论上，当电压达到压敏电阻的阈值时，压敏电阻阻值会发生突变，变得很小。从图4可知。当电压小于22 V时，压敏电阻的阻值一直保持在14千欧上下波动。而当电压超过22 V时，压敏电阻阻值迅速减小。从而可知22 V电压是该压敏电阻的阈值。从图4可以得知压敏电阻的阻值是非线性变化的，在一定范围内，变化很小，阻值很大，当过了阈值时，阻值急剧变小。它的这种压敏性与非线性在电子设备、电子系统中有着重要广泛的应用。

3 结 论

建立了压敏电阻伏安特性测量电路，研究了压敏电阻动态电阻随电压变化而变化的规律。得出:压敏电阻的阻值受电压的影响很大，当电压的数值达到压敏电阻的阀值时，电阻发生突变，随着电压的加大，电阻会变得非常小，而且它的变化是非线性的。由上述实验数据与结论使我们清楚地认识到压敏电阻的工作特性，为以后的应用研究打下了良好的基础。

［1］周浩，张富强，余宇红.SrTiO3基压敏电阻的研究及其在武器系统中的应用［J］.功能材料，2004(35):1450-1454.

［2］周娴，齐建英，汪洁.热敏电阻温度计的线性化设计［J］.大学物理实验，2013(2):45-47.

［3］魏乔苑，何金良，胡军.氧化锡压敏电阻特性分析［J］.高压电技术，2011，31(3):629-633.

［4］徐丽红，张莲莲.ZnO/Av纳米复合物的制备及光有处生质的研究［J］.大学物理实验，2014(1):1-2.