压敏电阻一般用于保护电路中，在电路突然出现浪涌电压时电阻可以迅速降低，提供电流的泄放路径并对电压进行钳位，达到保护后级电路的目的。插装型压敏电阻结构图1所示，内层的陶瓷体一般由ZnO及其它金属化合物构成，具有半导体的性质；电极层一般采用银电极，为防止硫化，一般采用银钯合金；外层包覆的是环氧树脂，起到绝缘的作用。

图1 压敏电阻结构

导电机理：

压敏电阻的陶瓷体具有半导体性质，其伏安特性曲线如图2所示，其主要分为三个工作区域，当外加电压小于压敏电压时，压敏电阻工作在预击穿区，此时压敏电阻阻值较大，仅有较小的漏电流流过电阻；当外加电压大于击穿电压时，压敏电阻工作在击穿区，其阻值迅速减小，电流迅速增大但电压变化较小；当电流进一步增大，压敏电阻则会工作在回升区，此时可认为其达到了饱和，等效成一个线性电阻，随着电流的上升，其电压也会增加。

图2 压敏电阻V-I曲线

当前对于压敏电阻的导电机理有众多解释，其中较为主流的是隧穿效应。压敏电阻的微观结构如图3所示，在ZnO的晶粒间存在较多的气孔和杂质，相较于杂质，ZnO晶粒的费米能级较高，相较于杂质更容易失去电子，因此在晶粒表面将形成一层带正电的耗尽层，晶界两侧形成了背靠背的肖特基势垒。在低电压时，电子虽有概率能越过势垒，但数量较少，整体阻抗较大，但是外加电场加强时，一侧的势垒被加强，另一侧的势垒被削弱，当某一层的耗尽层薄到一定程度时，电子突破势垒的概率大大增加，并在晶粒表面有足够的能量撞击价带产生空穴，空穴进一步在晶界中与电子中和后削弱耗尽层，表现为隧道电流急剧上升，最终耗尽层消失，压敏电阻等效于线性电阻。

图3 压敏电阻的微观机构

关键规格：

压敏电阻关键规格参数如下：

压敏电压：通过规定持续时间的脉冲电流（一般为1mA，持续时间小于400ms）时压敏电阻两端的电压值。

最大连续工作电压：可连续施加在电阻两端，不对电阻性能造成影响的电压。

最大限制电压：在规定的脉冲电流（8/20us波形）下，压敏电阻两端的最大电压，一般定义为流过25A电流时的电压值。

最大冲击电流：在规定的脉冲电流（8/20us波形）下，其初始压敏电压变化不超过10%的电流。

最大能量：在规定的脉冲电流（10/1000us波形）冲击1次后，其初始压敏电压变化不超过10%的能量。

漏电流：一般定义为83%的压敏电压下测得的流过压敏电阻的电流。

额定功率：在85℃下工作1000h，压敏电压变化小于10%的功率。

要达到相应的规格参数，陶瓷体本身的性能参数也很重要，对于ZnO陶瓷体而言，以下参数决定了其性能的优劣：

电压梯度：流过1mA电流的单位厚度陶瓷体的电压，提高电压梯度有利于实现压敏电阻的小型化。

非线性系数：电压发生变化时引起电流变化大小的的参数，定义A=(lgI2-lgI1)/（lgU2-lgU1），分别取I为0.1mA和1mA时的参数，A越大，材料越对电压敏感。

漏电流：与压敏电阻漏电流定义类似，漏电流过大会引起元件发热，造成功耗过大。

能量吸收能力：发生失效前耗散的冲击能量之和，此项参数与小型化存在矛盾。

介电常数：当印刷电极之后，压敏电阻实际上也构成了一个电容，因此其介电常数要尽可能小，减小寄生电容的大小，在冲击电压到来时能更快地动作。

制程工艺：

浆料制备：将ZnO及其他金属氧化物和各种有机结合剂、分散剂、消泡剂等经过胶体磨机和搅拌机在混合罐中混合均匀，再经喷雾干燥剂干燥成颗粒状粉粒。在这个过程中，粉料的粒径大小、粒度分布及粉料的均匀度等都会对电压梯度、漏电流、非线性系数等产生影响。

胚体成型：成型工序使用液压或机械传动的冲压式压机成型。根据所需的性能参数可调节成型的胚体厚度。

排胶：由于粉料中的粘合剂、分散剂等有机物较多，直接烧结时可能无法将其快速排除，会在陶瓷体中产生气孔。气孔的存在会导致电流的局部集中，导致局部发热严重，最终导致电阻短路击穿。但是，气孔率在一定比例时（气孔率小于1.25%），有助于提升散热性能，实际生产中要控制气孔率在5%以下。因此，烧结前应在低温环境下进行排胶（一般为几百摄氏度）。

烧结：烧结是为了是陶瓷体更加致密，在烧结过程中，升温速率不宜太快，否则会导致气孔增加；烧结温度也不是越高越好，温度太高会导致Bi2O3大量会发，电阻的性能反而下降；烧结时间也需要控制，过长的烧结时间会导致晶粒尺寸增加，从而影响电压梯度、漏电流以及介电常数等参数，一般烧结温度在1150℃左右。

电极制作：由于银具有良好的导电性和导热性、与ZnO陶瓷体可形成良好的欧姆接触且有较好的附着力且与引线之间的可焊性较佳，所以电极一般采用银电极。但是银较易收到焊料的侵蚀，所以需要保证有一定的厚度。为满足这个要求，大都采用筛印法涂敷2~3次，每次涂银后需进行烘干，随后进行烧银，在高温下将Ag2O还原成为Ag，即完成了银电极的制作。

关于银电极有电不太清楚的点，使用银电极按道理可能存在硫化及银离子迁移的失效模式，其中硫化可通过使用高钯银的方法解决，但是银离子迁移除了阻断湿气入侵没有其他更好的办法。在压敏电阻、NTC、PTC中，似乎只查到NTC有银离子迁移的失效案例，其余两者并没有，可是从结构上看，三者外层都是用环氧树脂包覆，抗湿气入侵的能力应该相当，三者也都有贴片的封装形式，结构上可以说三者相差不大，但为什么压敏电阻没有银离子迁移的失效呢?至于为什么不用其他金属，可能与金属和半导体之间是否能形成良好的欧姆接触、与半导体材料之间的附着力及可焊性等相关。

制作完电极后就是引脚焊接、涂装、检测等环节了，不再赘述。

应用场景：

用于电路的过压防护的元件不仅有压敏电阻，气体放电管以及TVS管也较为常用。那么，这三者的区别在什么地方呢？

气体放电管的原理是气体击穿放电，其优点在于通流能力大，导通后残压低，但是其动作时间较慢，一般为数百ns甚至us级，且存在续流问题。按照8/20us的雷击模型，其较难快速抑制雷击带来的影响，一般用于最前级的保护电路中。

压敏电阻反应较气体放电管快，可达到ns级，但是其残压较高，通流能力也不及气体放电管。另外，其寄生电容较大，所以不用于高速电路中，一般用于气体放电管后作为二级保护电路的元件使用。压敏电阻本身承受多次冲击后，可能逐步短路失效，因此可串联保险管使用。

TVS管的原理是二极管的雪崩效应，反应速度最快，可达到ps级，钳位电压低，但是其通流能力较差，所以一般用于器件末端的过压保护电路中。