【技术】全业电子详解陶瓷气体放电管以及内部构造和参数解读
本文中全业电子将带大家详细了解陶瓷气体放电管以及器内部构造、参数解读和优缺点。
陶瓷气体放电管，简称GDT（Gas Discharge Tubes），是管状陶瓷腔，金属电极结合，高温焊接工艺制成的具有稳定放电特性的放电间隙组件，该类器件本身的电阻值根据加载在其两端的电压值改变而从G欧级到欧姆级变化，阻值可在微秒左右完成跳变。利用该特性，GDT绝大多数并联在系统电路中防止过电压损坏后端其他组件，由于气体放电具有续流特性，所以极少单独使用在非电源线路，可对电磁干扰起到有效的抑制作用。动作电压一般是75伏到几千伏，而且可以保持在一个确定的误差范围内。广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。
陶瓷气体放电管内部构造
陶瓷气体放电管是一个两边封有金属材料，中间为陶瓷封装，内部充有惰性气体的密封式圆形绝缘体，电极从两金属片上引出。根据放电管绝缘空间的大小，分成二级、三级或多级放电管，又以电压的高低分档。
管内壁表面画有导电带（碳线），电极由Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni合金或无氧铜（Oxygen free copper）制成，电极表面涂有阴极发射材料——电子粉，管内充有纯氩、氖氩或氩氢混合气体。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂，也即阴极发射材料；陶瓷上还有帮助气体击穿的导电带。
陶瓷气体放电管其电气性能基本取决于气体种类、气体压力以及电极距离。放电管中气体保持一定的压力，使放电管动作电压可调整在75~几千V，并且保持在一定误差范围内，
按电极数分，有二极放电管和三级放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形，有带引线和不带引线两种结构形式
陶瓷气体放电管工作原理
陶瓷气体放电管当其两端电压低于放电电压时，陶瓷气体放电管是一个绝缘体(电阻Rohm>100MΩ)。当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗，使其两端电压迅速降低，大约为20~50V。陶瓷气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以微秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流。其雷击过后两端电压响应关系如图。
陶瓷气体放电管主要参数，以及参数选型
全业电子UN2E5放电管为例，放电管在选型上的参数选择如下：
1. 直流击穿电压。
击穿电压基本都是固定值，如：90；230；350，
击穿电压±20%的分散性，如：UN2E5-90L其击穿电压会在72~108V之间。
在放电管的击穿电压选择中，要确保其最小击穿电压大于被保护电路的最大正常工作电压，否则放电管将起不到保护作用。
2.脉冲电压
脉冲电压一般都在几百V以上，放电管在收到瞬间浪涌电压冲击时的击穿动作的参考电压。选型时需要考虑后端的敏感器件是否能承受这样的浪涌残压，如果后端芯片对电压较为敏感，则需要添加退耦器件等或者增加二级防护。
3.脉冲冲放电流
放电管在8/20μs的能同构的电流量，规格书标注了标准值和最大值。在放电管选型使用中，考虑到应用场景，都是看标准值进行选型。需要过的浪涌等级要求越高，需要选择的通流量越大，要求一般要高过防护等级。
除了以上三点的参数选择，还需要对产品内部空间的大小和浪涌等级来对陶瓷气体放电管的封装和大小进行选择。陶瓷气体放电管通流能力是和封装大小成正比，封装越大泄放脉冲电流能力就越大。
陶瓷气体放电管优缺点
优点：
1.击穿前相当于开路，绝缘电阻大，没有漏电流或漏电流很小；
2.结电容寄生电容小，小于2pF；
3.浪涌保护能力强，脉冲通流量可达数十KA。
缺点：
1.由于气体电离需要一定的时间，所以响应速度较慢，反应时间一般为微秒量级；
2.击穿电压只有几个特定值，击穿电压一致性较差，分散性较大，一般为±20%；
3.有续流问题，在动作后，继续维持一定的电压和电流，一般1A/15~25V，会导致放电管一直处于导通状态，从而损坏。
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