1.5 特种电阻器

通常除了广泛使用固定电阻器和少量的电位器（变阻器）外，还会用到热敏电阻器、压敏电阻器、保险丝电阻器等特种电阻器。

1.5.1 热敏电阻器

1.热敏电阻器的特性

前面介绍过，电阻器具有温度系数特性。在通常情况下，电阻器的温度系数越大，稳定性就越差，质量也越差。如果电子电路中应用了温度系数过大的电阻器，则当温度变化时，其阻值就会随着发生变化，将改变电路原设计完善的参数与性能，影响电路正常工作。这表现出电阻器温度系数大的有害一面。

事物都是一分为二的，电阻器温度系数大，也有有益的一面。例如，在收音机、电视机等电器的某些特定放大电路中，希望电阻器的阻值随温度的升高而朝某一方向变化（变大或变小）。因为电子放大电路中都应用了晶体三极管，三极管在工作中导通的电流会随温度升高而增大，将影响电路正常工作。这时就希望三极管下偏置电阻的阻值随温度升高而变小，以抑制三极管的电流增大，使电路的工作稳定。

因此，人们便研制生产了具有特殊特性的热敏电阻器，以满足上述应用要求。

热敏电阻器与普通电阻器有很大的区别，那就是热敏电阻器的温度系数比普通电阻器的温度系数大得多，即热敏电阻器对温度的变化特别敏感。在温度变化时，热敏电阻器的阻值会马上发生较大的改变。

2.热敏电阻器的种类

人们常说的热敏电阻器有两种：一种是具有“较大”负温度系数的热敏电阻器，其特点是当温度升高时，阻值明显减小，温度降低时，阻值明显增大；另一种是具有“很大”正温度系数的热敏电阻器，其特点是当温度升高时，阻值快速增大，且阻值增大数百万倍，趋向于无穷大，温度降低时，阻值又显著减小。

为了在应用和讲述中便于区分两种热敏电阻器，常将具有负温度系数（NTC）的热敏电阻器称为NTC型热敏电阻器，简称NTC电阻器；而将具有正温度系数（PTC）的热敏电阻器称为PTC型热敏电阻器，简称PTC电阻器。

由此可知，两种热敏电阻器在特性上有三个方面的主要差别：①PTC电阻器与NTC电阻器的阻值是随温度变化朝相反量方向改变；②PTC电阻器比NTC电阻器的温度系数大几个数量级；③NTC电阻器只是其阻值随温度变大变小，而PTC电阻器则是受温度控制近似起到一个导电开/关的作用。

在三极管放大电路中，为了稳定电路的工作状态，常用NTC热敏电阻器；在电视机的消磁电路中常用PTC型热敏电阻器（常称为消磁电阻器）；在电冰箱的电动机启动电路中也是应用PTC型热敏电阻器（常称冰箱启动器）。

3.NTC电阻器及其图形符号

NTC电阻器是以负温度系数很大的锰、钴、镍或铜等金属氧化物（半导体陶瓷材料）为主要成分，用烧结工艺制成。它对环境温度变化特别敏感，温度升高时，阻值随即变小。不难理解，在电子放大电路中应用这种电阻器，其实是利用半导体材料的特点，因此也将NTC电阻器称为半导体热敏电阻器。

NTC电阻器一般只在要求功率稳定的放大电路中应用，它的样式与普通电阻器不同，多为圆片形、圆盘形、球状及椭圆柱形状，图1-22（b）所示为圆盘形。NTC电阻器外表通常不标记过多的字符，如图1-22（b）所示上只标有“330t°”，这是用简记法表示它的阻值在室温（20℃）时为330Ω。“t°”则是NTC电阻器的标志。

热敏电阻器的图形符号是由普通电阻器的图形符号变形而成，如图1-22（a）所示。

NTC电阻器与普通电阻器的突出区别是：普通电阻器的温度系数很小，而NTC电阻器的温度系数很大；普通电阻器的阻值随温度改变的变化慢，而NTC电阻器对温度变化特别敏感，阻值变化快。关于PTC电阻器，将在第13章中介绍。

1.5.2 压敏电阻器

压敏电阻器是一种电压敏感元件，其特点是当外加电压增加到某一临界值时，其阻值将急剧减小。压敏电阻器是用半导体晶体材料制成的，属于非线性电阻器。

1.压敏电阻器的特点

制作压敏电阻器的半导体晶体材料主要有锌（Zn）、铋（Bi）、钴（Co）、锰（Mn）、锑（Sb）、铬（Cr）、铝（Al）等金属氧化物。

经国内外大量研究表明，氧化锌（ZnO）的微观结构是由晶粒构成，晶粒与晶粒之间存在着晶界层，即晶粒是由晶介层包着的，如图1-23（a）所示。晶粒的直径约几μm，电阻率较低，为1～10Ω·cm，趋近于导体。晶界层厚度约0.1μm，其电阻率很高，为1010Ω·cm以上，近似于绝缘体。当两个相邻晶粒加上不太高的电压时，因晶界层的绝缘作用，两个晶粒之间几乎不导通电流，呈绝缘状态；当两个相邻晶粒所加电压超过某个数值时，将击穿很薄的晶介层，使两个晶粒之间立即导通电流，这时的氧化锌就变成为导体。实验表明，两个相邻晶粒的击穿电压大约是3.5V，如果电压低于3.5V，两个相邻晶粒之间的晶界层就不被击穿。压敏电阻器就是利用氧化锌的这种特性，采用电子陶瓷工艺制造而成的。

根据上述原理，若将多个晶界层包裹的晶粒按一定规律串联起来，就可制得各种压敏电压的压敏电阻器；若将多个晶界层包裹的晶粒并联起来，又可制得不同流通容量的压敏电阻器。通常压敏电阻器可制成压敏电压为5～9000V、流通容量为1～5000A的不同规格。如图1-23（b）所示是标称电压为56V的氧化锌压敏电阻的外形。

压敏电阻器在常温下都有一定阻值，可通过万用表电阻挡测量出来。压敏电阻器的阻值在温度变化时一般不会发生大的改变，只有两端电压增大到一定值时，它的阻值才迅速变小，表明它对外加电压非常敏感，所以称为压敏电阻器。

压敏电阻器的品种很多，按材料不同可分为碳化硅压敏电阻器、硅锗压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器、硒化镉压敏电阻及硒压敏电阻等。目前使用较多的是氧化锌（ZnO）压敏电阻。

压敏电阻器具有响应速度快、无续流、残压比小、通流容量大、漏电流小、电压范围宽、非线性系数大、伏安特性曲线对称及可靠性高等特点。特别是用氧化锌材料制作的压敏电阻器，其优点更显突出。

2.压敏电阻器的型号与标记

压敏电阻器的型号由五部分组成：第一部分为主称，用两个字母表示元件类型；第二部分用一个字母表示压敏电阻器的品种（按用途分类）；第三部分用数字表示芯片的直径（单位为mm）；第四部分用一个字母表示误差等级，第五部分用数字表示标称电压（单位为V）。这五部分所用的字符及其意义见表1-4。

以MYJ10K471型压敏电阻器举例来说。“MY”表示压敏电阻器；“J”表示用于家电保护；“10”表示芯片的直径为10mm；“K”表示允许偏差为±10%；“471”表示敏电阻器的标称电压为470V。

还要指出，不同国家或厂家对压敏电阻器型号的命名方法有所不同。例如，我国命名为MYJ15K471，日本松下公司命名为ERZ-15K471，日本东芝公司命名为TNR15G471K。

在压敏电阻器外表的标记中，唯有标称电压参数最重要，因此有许多压敏电阻器只在表面标记标称电压，而不标出其他内容，如图1-23（b）所示。

3.压敏电阻器的图形符号

压敏电阻器的图形符号如图1-24所示，图1-24（a）所示是中国规定的图形符号，加注U指明压敏电阻器；图1-24（b）、（c）、（d）、（e）所示为不同国家、地区、厂家的图形符号。

4.压敏电阻器的参数项

（1）压敏电压（标称电压）：是指压敏电阻器在规定电流下的击穿电压。在限定通过电流的条件下，将压敏电阻器两端的电压从0逐渐升高，当升高到某一电压值（击穿电压）时，绝缘晶界层就被击穿，电阻急剧变小，电流急剧增大。这个击穿电压值就叫压敏电阻器的压敏电压，也叫临界电压或阈值电压。

应当说明，应用时，压敏电压是指加在压敏电阻器两端的交流电压峰值或直流电压值。通常测得的交流电压是有效值，必须乘以1.414才是交流电压的峰值。有了应用电路中确定的交流或直流电压值，就能正确选用压敏电阻器的标称压敏电压参数。

（2）耐浪涌电流：压敏电阻器在应用时，由于某种原因产生瞬间高电压，使它流过的电流超过正常值的许多倍，因超过时间很短（1μs），不致损坏压敏电阻器，这时的电流称为压敏电阻器承受的浪涌电流，或称耐浪涌电流。可见，耐浪涌电流与电流和时间这两种因素有关。通俗地说，如果流过压敏电阻器的电流大大超过了它能承受的正常电流，时间又比较长，压敏电阻器就耐受不了，必然被烧毁。这表明耐浪涌电流也是选用压敏电阻器时应该考虑的一项参数。

（3）流通容量：所谓流通容量，可以通俗地理解为压敏电阻器能承受的最大电流量，超过这一电流量，压敏电阻器就被烧毁。流通容量简称通流量。一般来讲，为了延长元件的使用寿命，压敏电阻器承受的浪涌电流应小于它的流通容量。在使用压敏电阻器时，从保护电路的需求出发，应选用流通容量大一些的较好。因此，在实际选用压敏电阻器时，多只考虑流通容量参数，较少考虑耐浪涌电流参数。

5.常用压敏电阻器的特性参数（见表1-5至表1-8）

6.压敏电阻器的应用

压敏电阻器的保护作用可用图1-5所示来说明，X1～X2两端为220V交流电，峰值电压为220V×1.414≈311V；FU表示（保险丝）熔断器，最大电流为1A；RV为压敏电阻器，标称电压为311V，浪涌电流为5A。图中其他元器件构成日光灯管的电子镇流器电路。220V电源电压正常时，电路均正常工作。压敏电阻器此时的阻值为几兆欧。

假如变电房错把220V输电线接到了380V接线柱上，这时X1～X2端的输入电压就变成380V，直接威胁电路元器件的安全。但电路上串联有保险丝和并联了压敏电阻器，这种威胁就可消除。当输入电压高于311V时，压敏电阻器被击穿，阻值迅速降低，电流急剧增大，大到2A时立刻熔断保险丝，切断电源。这一过程很短，一般为几微秒。不难想象，380V电源只有几微秒，不会烧坏元器件。这里起根本保护作用的就是压敏电阻器和保险丝。

由于压敏电阻器的流通容量为5A，当流过它的电流刚大于2A时，保险丝就被熔断而切断电路的电源，压敏电阻器自身也得到了保护。

从压敏电阻器的工作原理可知，应用时，标称压敏电压与流通容量两项参数的选择正确与否至关重要。假如其中一项选择错误，压敏电阻器就起不到保护作用。

若错用了压敏电压为500V的压敏电阻器，当输入电压为380V时，压敏电阻器就不会被击穿导通，保险丝也不被烧断，最终烧毁电路元器件，这就是压敏电压参数选择错误的后果。

若错用了通流容量为1A的压敏电阻器，则当380V电压加入后，压敏电阻器虽然被击穿，但因通流容量过小，就使自身先烧断，并不能熔断保险丝关断电源，最终烧毁电路元器件，这就是流通容量选择错误的结果。

1.5.3 保险丝电阻器

1.保险丝电阻器的特点

保险丝电阻器是另一特种电阻器，如图1-25所示。它的外表通常只标记有一条色环。这条色环同时表示保险丝电阻器的标称阻值和标称功率。一般红色表示标称功率为0.25W、标称阻值为2.2Ω；黑色表示标称功率为0.25W、标称阻值为10Ω；白色表示标称功率为0.25W、标称阻值为1Ω。

保险丝电阻器在应用中常起两种作用：一是起保险丝的作用，二是起普通电阻器的作用。也就是说，将这两种作用集中在一个电阻器上。

2.图形符号

各种保险丝电阻器的图形符号如图1-26所示。

3.保险丝电阻器的主要参数

（1）熔断电流：是指保险丝电阻器在实际应用中允许流过的最大电流，是一个具体数值。超过这一电流值，保险丝电阻器就被熔断。这个具有明确界线的最大电流值，称为熔断电流。保险丝电阻器导通的电流达到熔断电流时，会表现出一系列的连锁反应，首先是导通电流使它的温度迅速升高到60～100℃，使它的导电质（金属膜或电阻丝）在几毫秒内熔断，保险丝电阻器一旦熔断，就切断了电路的电源。这表明，这类电阻器的耗散功率较小，一般在0.125～3W之间。

（2）标称阻值：这项参数与普通电阻器的阻值参数相同，每个保险丝电阻器都有确定的阻值，由于应用中既让电流通过给电路供电，同时又起限流作用，所以它的阻值较低，多为几欧至几十欧，上百欧的甚少，这也决定了它被设计应用在单元电路的最前端。

4.保险丝电阻器的应用

应先指出，保险丝电阻器的额定电流与熔断电流是两种不同的参数。前者是保险丝电阻器能承受的最大工作电流，不会烧断保险丝电阻器。后者比额定电流大，达到熔断电流时，保险丝电阻器就被熔断。保险丝电阻器在电路中就是应用熔断特点起到保护电路的作用的。

如图1-27所示是一个应用保险丝电阻器保护显像管灯丝的实际电路。①、②端为变压器T的初级绕组，③、④端为变压器的次级绕组，R为两个保险丝电阻器，H为显像管灯丝。当变压器①～②端加上交流电压时，次级③～④间便产生感应电压，通过R加到显像管灯丝上，为灯丝提供电源。

当某种原因使变压器③～④端电压升高时，假如电路中没有安装保险电阻器，高电压将直接加到显像管上烧断灯丝，一个上千元的彩色显像管就被烧毁报废。为保护显像管安全，就在电路中串联了两只保险丝电阻器，用来保护显像管灯丝。保护有两方面作用：

（1）变压器③～④端电压升高时，流过灯丝的电流会增大，由于串联了保险丝电阻器R，就起限制电流增大的作用，在一定程度上保护了灯丝不被烧断。

（2）当③～④端电压继续升高，使电流增大到保险丝电阻器的熔断电流值时，R便立即被烧断，使③～④端继续升高的电压不能加到灯丝上，从而保护了显像管。当然此处设计选用保险丝电阻器的熔断电流一定要小于灯丝的承受电流，否则就起不到保险作用。