導(dǎo)讀：電子設(shè)備自身的啟停或故障以及雷擊注入的巨大脈沖電流都是造成浪涌的原因，因此，電路設(shè)計(jì)中對(duì)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(jí)或二級(jí)保護(hù)，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(xì)講解氣體放電管的原理以及如何應(yīng)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(nèi)充滿(mǎn)電氣性能穩(wěn)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(jié)構(gòu)。當(dāng)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(dāng)外加電壓達(dá)到極間場(chǎng)強(qiáng)并超過(guò)惰性氣體的絕緣強(qiáng)度時(shí)，兩極間就會(huì)產(chǎn)生電弧，電離氣體，產(chǎn)生“負(fù)阻特性”，從而馬上由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)電狀態(tài)。即電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)氣體的擊穿強(qiáng)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(nèi)的電極板關(guān)合導(dǎo)通。浪涌消失時(shí)，極板恢復(fù)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(guī)格，它是一種開(kāi)關(guān)型的防雷保護(hù)器件，一般用于防雷工程的第一級(jí)或第二級(jí)的保護(hù)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(yīng)用
http://hiighwire.com/article_80018854.html
2、氣體放電管的主要技術(shù)參數(shù)
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(shù)值范圍。
2）沖擊放電電壓
在具有規(guī)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(yīng)時(shí)間或動(dòng)作時(shí)延與電壓脈沖的上升陡度有關(guān)，對(duì)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(guī)定波形和規(guī)定次數(shù)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(shù)是在一定波形和一定通流次數(shù)下給出的，制造廠通常給出在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，廠家一般給出的是絕緣電阻的初始值，約為數(shù)千兆歐。絕緣電阻值的降低會(huì)導(dǎo)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(nèi)保持近似不變，同型號(hào)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(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)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(hù)電子設(shè)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(yīng)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(yīng)用實(shí)例
1）電話(huà)機(jī)/傳真機(jī)等各類(lèi)通訊設(shè)備防雷應(yīng)用
如圖3所示。特點(diǎn)為低電流量，高持續(xù)電源，無(wú)漏電流，高可靠性。
圖3 通訊設(shè)備防雷應(yīng)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(hù)措施
http://hiighwire.com/article_80018612.html
第二講：瞬態(tài)抑制二極管（TVS）如何進(jìn)行電路保護(hù)
http://hiighwire.com/article_80018566.html#
第三講：壓敏電阻如何保護(hù)電子設(shè)備不受雷電、浪涌的損壞
http://hiighwire.com/article_80018725.html?page=1
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2）氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)成的抑制電路
圖4是氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)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(wěn)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(yīng)時(shí)間為各器件的反應(yīng)時(shí)間之和。例如壓敏電阻的反應(yīng)時(shí)間為25ns， 氣體放電管的反應(yīng)時(shí)間為100ns，則圖4的R2,G,R3的反應(yīng)時(shí)間為150ns，為改善反應(yīng)時(shí)間加入R1壓敏電阻,這樣可使反應(yīng)時(shí)間為25ns。
圖4 氣體放電管和壓敏電阻配合應(yīng)用
3）氣體放電管在綜合浪涌保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
自動(dòng)控制系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)系統(tǒng)一般由二級(jí)或三級(jí)組成，利用各種浪涌抑制器件的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。氣體放電管一般放在線路輸入端，做為一級(jí)浪涌保護(hù) 器件，承受大的浪涌電流。二級(jí)保護(hù)器件采用壓敏電阻，在μs級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)更快地響應(yīng)。對(duì)于高靈敏的電子電路，可采用三級(jí)保護(hù)器件TVS，在ps級(jí)時(shí)間范圍 內(nèi)對(duì)浪涌電壓產(chǎn)生響應(yīng)。如圖5所示。當(dāng)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(jí)氣體放電管的放電，把大電流泄放到地。
圖5 三級(jí)保護(hù)
各種電子系統(tǒng)，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(tǒng)動(dòng)作失誤 甚至硬件損壞。針對(duì)這些問(wèn)題，要做好全面的預(yù)防保護(hù)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(hù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題
1）時(shí)延脈沖及續(xù)流
從暫態(tài)過(guò)電壓達(dá)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(dú)使用放電管來(lái)保護(hù)電子設(shè)備，而在放電管后面再增加一些保護(hù)元件，以抑制這種時(shí)延脈沖。
續(xù)流：放電管泄放過(guò)電流結(jié)束以后，被保護(hù)系統(tǒng)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(xù)流。
續(xù)流的存在對(duì)放電管本身和被保護(hù)系統(tǒng)具有很大的危害性。熔斷器的額定電流高于被保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行電流，其熔斷電流小于放電管在電弧區(qū)的續(xù)流。這種方法會(huì)造成供電和信號(hào)傳輸?shù)亩虝r(shí)中斷，對(duì)于要求不高的電子設(shè)備可以接受。
2）狀態(tài)翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)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，在附近的電源線和信號(hào)線上產(chǎn)生干擾，或在周?chē)碾姎饣芈分挟a(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)通后，入射波被反射回去，使得后面的電子設(shè)備得到保護(hù)，但反射波電流產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)也會(huì)向周?chē)椛淠芰浚枰右砸种啤?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(yīng)時(shí)間)較大，動(dòng)作靈敏度不夠理想，對(duì)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(duì)比解析：氣體放電管及壓敏電阻的原理及特性
http://hiighwire.com/article_80018857.html
