導讀：電子設備自身的啟?；蚬收弦约袄讚糇⑷氲木薮竺}沖電流都是造成浪涌的原因，因此，電路設計中對于浪涌的抑制是必須要做的工作，氣體放電管則是最常用的浪涌抑制器，通常用在一級或二級保護，起泄放雷電暫態(tài)過(guò)電流和限制過(guò)電壓的作用。本文就來(lái)詳細講解氣體放電管的原理以及如何應用在電路中的。
1、氣體放電管的功能及原理
氣體放電管一般采用陶瓷作為封裝外殼，放電管內充滿(mǎn)電氣性能穩定的惰性氣體，放電管的電極一般有兩個(gè)電極、三個(gè)電極和五個(gè)電極三種結構。當在放電管的極間 施加一定的電壓時(shí)，便在極間產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，氣體開(kāi)始游離，當外加電壓達到極間場(chǎng)強并超過(guò)惰性氣體的絕緣強度時(shí)，兩極間就會(huì )產(chǎn)生電弧，電離氣體，產(chǎn)生“負阻特性”，從而馬上由絕緣狀態(tài)轉為導電狀態(tài)。即電場(chǎng)強度超過(guò)氣體的擊穿強度時(shí)，就引起間隙放電，從而限制了極間電壓。也就是說(shuō)在無(wú)浪涌 時(shí)，處于開(kāi)路狀態(tài)，浪涌到來(lái)時(shí)，放電管內的電極板關(guān)合導通。浪涌消失時(shí)，極板恢復到原來(lái)的狀態(tài)。
氣體放電管包括貼片、二極管和三極管，電壓范圍從75V—3500V，超過(guò)一百種規格，它是一種開(kāi)關(guān)型的防雷保護器件，一般用于防雷工程的第一級或第二級的保護上，起泄放雷電暫態(tài)過(guò)電流和限制過(guò)電壓作用。
推薦閱讀：氣體放電管在浪涌抑制電路中的應用
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2、氣體放電管的主要技術(shù)參數
1）直流放電電壓
在上升陡度低于100V/s的電壓作用下，放電管開(kāi)始放電的平均電壓值稱(chēng)為其直流放電電壓。由于放電的分散性，所以，直流放電電壓是一個(gè)數值范圍。
2）沖擊放電電壓
在具有規定上升陡度的暫態(tài)電壓脈沖作用下，放電管開(kāi)始放電的電壓值稱(chēng)為其沖擊放電電壓。
放電管的響應時(shí)間或動(dòng)作時(shí)延與電壓脈沖的上升陡度有關(guān)，對于不同的上升陡度，放電管的沖擊放電電壓是不同的 。
3）工頻耐受電流
放電管通過(guò)工頻電流5次，使管子的直流放電電壓及絕緣電阻無(wú)明顯變化的最大電流稱(chēng)為其工頻耐受電流。
4）沖擊耐受電流
將放電管通過(guò)規定波形和規定次數的脈沖電流，使其直流放電電壓和絕緣電阻不會(huì )發(fā)生明顯變化的最大值電流峰值稱(chēng)為管子的沖擊耐受電流。
這一參數是在一定波形和一定通流次數下給出的，制造廠(chǎng)通常給出在8/20us波形下通流10次的沖擊耐受電流，也有給出在10/1000us波形下通流300次的沖擊耐受電流。
5）絕緣電阻和極間電容
放電管的絕緣電阻值很大，廠(chǎng)家一般給出的是絕緣電阻的初始值，約為數千兆歐。絕緣電阻值的降低會(huì )導致漏流的增大，有可能產(chǎn)生噪音干擾。
放電管的寄生電容很小，極間電容一般在1pF～5pF范圍，極間電容在很寬的頻率范圍內保持近似不變，同型號放電管的極間電容值分散性很小?！?
6） 直流放電電壓的選擇
從不影響被保護系統正常運行的要求出發(fā)，希望放電管的直流放電電壓選得高些。但直流放電電壓高的管子，沖擊放電電壓也高；
從被保護電子設備的耐受性來(lái)說(shuō)看，希望管子的直流放電電壓選得低一些，所以，放電管的支流放電電壓應在這兩種相互制約的要求之間進(jìn)行折衷選擇。
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3、氣體放電管的應用實(shí)例
1）電話(huà)機/傳真機等各類(lèi)通訊設備防雷應用
如圖3所示。特點(diǎn)為低電流量，高持續電源，無(wú)漏電流，高可靠性。
圖3 通訊設備防雷應用
相關(guān)閱讀：第一講：解析雷電和浪涌的產(chǎn)生、危害及防護措施
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第二講：瞬態(tài)抑制二極管（TVS）如何進(jìn)行電路保護
http://zzmyjiv.cn/article_80018566.html#
第三講：壓敏電阻如何保護電子設備不受雷電、浪涌的損壞
http://zzmyjiv.cn/article_80018725.html?page=1
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2）氣體放電管和壓敏電阻組合構成的抑制電路
圖4是氣體放電管和壓敏電阻組合構成的浪涌抑制電路。由于壓敏電阻有一致命缺點(diǎn)：具有不穩定的漏電流，性能較差的壓敏電阻使用一段時(shí)間后，因漏電流變大可 能會(huì )發(fā)熱自爆。為解決這一問(wèn)題在壓敏電阻之間串入氣體放電管。但這又帶來(lái)了缺點(diǎn)就是反應時(shí)間為各器件的反應時(shí)間之和。例如壓敏電阻的反應時(shí)間為25ns， 氣體放電管的反應時(shí)間為100ns，則圖4的R2,G,R3的反應時(shí)間為150ns，為改善反應時(shí)間加入R1壓敏電阻,這樣可使反應時(shí)間為25ns。
圖4 氣體放電管和壓敏電阻配合應用
3）氣體放電管在綜合浪涌保護系統中的應用
自動(dòng)控制系統所需的浪涌保護系統一般由二級或三級組成，利用各種浪涌抑制器件的特點(diǎn)，可以實(shí)現可靠保護。氣體放電管一般放在線(xiàn)路輸入端，做為一級浪涌保護 器件，承受大的浪涌電流。二級保護器件采用壓敏電阻，在μs級時(shí)間范圍內更快地響應。對于高靈敏的電子電路，可采用三級保護器件TVS，在ps級時(shí)間范圍 內對浪涌電壓產(chǎn)生響應。如圖5所示。當雷電等浪涌到來(lái)時(shí)，TVS首先起動(dòng)，會(huì )把瞬間過(guò)電壓精確控制在一定的水平；如果浪涌電流大，則壓敏電阻起動(dòng)，并泄放 一定的浪涌電流；兩端的電壓會(huì )有所提高，直至推動(dòng)前級氣體放電管的放電，把大電流泄放到地。
圖5 三級保護
各種電子系統，以及通信網(wǎng)絡(luò )等，經(jīng)常會(huì )受到外來(lái)的電磁干擾，這些干擾主要來(lái)自電源線(xiàn)路的暫態(tài)過(guò)程、雷擊閃電、以及宇宙射電等。這些干擾會(huì )使得系統動(dòng)作失誤 甚至硬件損壞。針對這些問(wèn)題，要做好全面的預防保護措施，就需要先找到問(wèn)題的根源，再選用合適的浪涌抑制器件予以解決。
4、放電管保護應用中存在的問(wèn)題
1）時(shí)延脈沖及續流
從暫態(tài)過(guò)電壓達到放電管的ufdc（直流放電電壓）到其實(shí)際動(dòng)作放電之間，存在一段時(shí)延，時(shí)延的大小取決于過(guò)電壓波的波頭上升陡度du/dt。
一般不單獨使用放電管來(lái)保護電子設備，而在放電管后面再增加一些保護元件，以抑制這種時(shí)延脈沖。
續流：放電管泄放過(guò)電流結束以后，被保護系統的工作電壓能維持放電管電弧通道的存在，這種情況稱(chēng)為續流。
續流的存在對放電管本身和被保護系統具有很大的危害性。熔斷器的額定電流高于被保護系統的正常運行電流，其熔斷電流小于放電管在電弧區的續流。這種方法會(huì )造成供電和信號傳輸的短時(shí)中斷，對于要求不高的電子設備可以接受。
2）狀態(tài)翻轉及短路反射
放電管在開(kāi)始放電時(shí)，由開(kāi)路狀態(tài)翻轉為導通狀態(tài)，翻轉過(guò)程中，暫態(tài)電流的變化率di/dt很大，這種迅速變化的暫態(tài)電流在空間產(chǎn)生暫態(tài)電磁場(chǎng)向四周輻射能量，在附近的電源線(xiàn)和信號線(xiàn)上產(chǎn)生干擾，或在周?chē)碾姎饣芈分挟a(chǎn)生感應電壓。通常采取的抑制方法有屏蔽、減小耦合和濾波等。
放電管導通后，入射波被反射回去，使得后面的電子設備得到保護，但反射波電流產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)也會(huì )向周?chē)椛淠芰?，需要加以抑制?br />
5、氣體放電管的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：絕緣電阻很大，寄生電容很小。
缺點(diǎn)：在于放電時(shí)延(即響應時(shí)間)較大，動(dòng)作靈敏度不夠理想，對于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效地抑制。
相關(guān)閱讀：對比解析：氣體放電管及壓敏電阻的原理及特性
http://zzmyjiv.cn/article_80018857.html
