放电管介绍及选型详解

放电管介绍及选型放电管介绍及选型( (详解详解) ) 放电管特性及选用放电管特性及选用 放电管的分类放电管的分类 吴清海吴清海 放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，放电管主要分为气体放电管和半导体放电管， 其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气 体放电管和陶瓷气体放电管，体放电管和陶瓷气体放电管， 玻璃气体放电管和玻璃气体放电管和 陶瓷气体放电管具有相同的特性。陶瓷气体放电管具有相同的特性。 气体放电管主要有密封的惰性气体组成，气体放电管主要有密封的惰性气体组成， 由金由金 属引线引出，属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。用陶瓷或是玻璃进行烧结。其工作其工作 原理为，原理为， 当加在气体放电管两端的电压达到气体当加在气体放电管两端的电压达到气体 电离电压时，电离电压时， 气体放电管由非自持放电过度到自气体放电管由非自持放电过度到自 持放电，持放电，放电管呈低阻导通状态，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过可以瞬间通过 较大的电流，较大的电流， 气体放电管击穿后的维持电压可以气体放电管击穿后的维持电压可以 低到低到 30V30V 以内。气体放电管同流量大，但动作以内。气体放电管同流量大，但动作 电压较难控制。电压较难控制。 半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成， 当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V VBO BO 时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装 置，置，的作用下放电管两端的电压维持在很低的作用下放电管两端的电压维持在很低（约（约 20V20V 以下）以下）时就可以维持其在低阻高通状态，时就可以维持其在低阻高通状态，起起 到吸收浪涌保护后级设备的作用。到吸收浪涌保护后级设备的作用。 半导体放电管半导体放电管 的保护机理和应用方式和气体放电管相同。的保护机理和应用方式和气体放电管相同。 半导半导 体放电管动作电压控制精确，通流量较小。体放电管动作电压控制精确，通流量较小。 放电管动作后只需要很低的电压即可维持其放电管动作后只需要很低的电压即可维持其 低阻状态，低阻状态， 所以放电管属于开关型的所以放电管属于开关型的 SPDSPD。。 当正当正 常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；常工作时放电管上的漏电流可忽略不计； 击穿后击穿后 的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大； 在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在使用中应注意放电管的续流作用遮断， 在适当在适当 场合中应有有效的续流遮断装置。场合中应有有效的续流遮断装置。 气体放电管气体放电管 气体放电管：气体放电管： 气体放电管由封装在小玻璃管或气体放电管由封装在小玻璃管或 陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成； 其电气其电气 性能主要取决于气体压力，性能主要取决于气体压力，气体种类，气体种类，电极距离电极距离 和电极材料；和电极材料； 一般密封在放电管中的气体为高纯一般密封在放电管中的气体为高纯 度的惰性气体。度的惰性气体。 放电管主要由：放电管主要由： 电极、电极、 陶瓷管陶瓷管( (玻玻 璃管璃管) )、导电带、电子粉、、导电带、电子粉、Ag-CuAg-Cu 焊片和惰性气焊片和惰性气 体组成。体组成。 在放电管的两电极上施加电压时，在放电管的两电极上施加电压时， 由于电场作由于电场作 用，用，管内初始电子在电场作用下加速运动，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气与气 体分子发生碰撞，体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，一旦电子达到一定能量时，它它 与气体分子碰撞时发生电离，与气体分子碰撞时发生电离， 即中性气体分子分即中性气体分子分 离成电子和阳离子，离成电子和阳离子， 电离出来的电子与初始电子电离出来的电子与初始电子 在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞 发生电离，发生电离，从而电子数按几何级数增加，从而电子数按几何级数增加，即发生即发生 电子雪崩现象，电子雪崩现象，另外，另外，电离出来的阳离子也在电电离出来的阳离子也在电 场作用下向阴极运动，场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，与阴极表面发生碰撞，产产 生二次电子，生二次电子，二次电子也参加电离作用，二次电子也参加电离作用，一旦满一旦满 足：足： r(ead-1)=1 r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到时放电管由非自持放电过渡到 自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时 放电电压称为击穿电压放电电压称为击穿电压 VsVs。。其中，其中，r r 表示一个正表示一个正 离子轰击阴极表面而使阴极表面逸出的电子数，离子轰击阴极表面而使阴极表面逸出的电子数， d d 为极间距离，为极间距离，a a 为电子的有效电离系数。放电为电子的有效电离系数。放电 管放电后，管放电后，管子从绝缘态变为导体，管子从绝缘态变为导体，管内产生电管内产生电 流，流，随着电流的增加，随着电流的增加，放电管由辉光放电变为弧放电管由辉光放电变为弧 光放电，而此时管压降远远小于光放电，而此时管压降远远小于 Vs,Vs,而且其值不而且其值不 随电流的变化而变化，随电流的变化而变化， 此时放电管两端只要保持此时放电管两端只要保持 很低的电压即可维持其自持放电状态，很低的电压即可维持其自持放电状态， 显现一种显现一种 稳态，从而达到吸收过压浪涌的作用。稳态，从而达到吸收过压浪涌的作用。 当充气压力与极间距离的乘积为定值时，当充气压力与极间距离的乘积为定值时， 放电放电 管有一最小击穿电压管有一最小击穿电压 Vsm,Vsm,它仅与阴极表面及气它仅与阴极表面及气 体种类有关，其值如下：体种类有关，其值如下： Vsm=Vi+(1/am)Log(1/r)Vsm=Vi+(1/am)Log(1/r) 其中其中 Vi Vi 为气体的电离电位；为气体的电离电位；amam 为在最小击穿为在最小击穿 电压下的有效电离系数；电压下的有效电离系数；r r 为正离子打到阴极上为正离子打到阴极上 产生的二次电子数。产生的二次电子数。 放电管在机械结构一定的情况下，放电管在机械结构一定的情况下， 阴极发射材阴极发射材 料和充入气体的成分及压力，料和充入气体的成分及压力， 是其特性是否一致是其特性是否一致 性的决定性因素。性的决定性因素。 阴极发射材料是气体放电管的关键，阴极发射材料是气体放电管的关键， 我们一般我们一般 要求它发射效率高，要求它发射效率高， 耐离子轰击能力强，耐离子轰击能力强， 溅射小，溅射小， 它的配方及处理工艺，它的配方及处理工艺， 不但对直流击穿电压有影不但对直流击穿电压有影 响，响，也直接影响到放电管的其他各参数。也直接影响到放电管的其他各参数。阴极发阴极发 射材料涂复在电极两端，它有利于电子的发射，射材料涂复在电极两端，它有利于电子的发射， 特别有利于初始电子的产生，特别有利于初始电子的产生， 由于不同的阴极材由于不同的阴极材 料具有不同的逸出功，料具有不同的逸出功，因此，因此，