突波吸收器的認識

1. 何謂突波
在電子電路設計上，我們經常可以聽到 "突波" 這個名詞，
但是 "突波" 的真正定義究竟為何？
所謂 "突波" ，顧名思義，就是 "突如其來的電波" ，
它和 "電流脈衝" 、 "電壓脈衝" 所表達的是相同的現象。
從示波器上來看，在穩定的電流或電壓波形中，如果看到特別突出的異樣波形或雜訊，
而且比正常的波幅要大上好幾倍甚至數十數百倍的波形，我們便可以將它判定為突波，
當然先決條件必須是你的示波器可以負荷這樣的突波才行。

2. 突波的產生
一般來說，產生突波的主要原因有兩種：
一種是由打雷閃電所產生的雷突波，
另一種是由電路開閉所造成的開閉突波。
雷突波是由自然界所產生的，
因此如果你所設計的電路必須在容易產生打雷的地區使用時，
那麼加入適當的過載保護是絕對有其必要的；
開閉突波是電路導通的瞬間所產生的突波，當突波產生的時候，
如果你所設計的電路中並沒有所謂的 "突波保護" ，
那麼電路便容易因開閉突波而產生誤動作，
嚴重一點的狀況可能會導致電路因過載而損壞，
或因長時間接受突波的干擾而使電子零件的壽命減短，
因此在電路設計上，我們必須儘量避免突波的產生，如果不能避免，
則必須加入吸收突波的機制。
容易產生突波的電子零件，以控制電路開閉的相關零件為主，
其中包含繼電器(Relay)、開關(switch)、螺管線圈(solenoid)、保險絲(Fuse)、...
而 IC 中含有閘流體(thyristor)的開閉控制元件，或是用電晶體所作的交換式穩壓器，
... 只要有關於開閉控制的多數元件都是突波的產生源。



3. 突波吸收器
為了預防突波對電路所可能造成的損害，
我們有必要加入一些吸收突波的元件作為保護的措施：
對於外來的雷突波，我們可以選用避雷裝置，變阻器來保護電路；
至於內部所產生的開閉突波，
常用的方法可以加入二極體(zener)或氧化金屬變阻器來做保護，
下面便是針對開閉突波的兩種吸收器做介紹：

◆ 二極體箝位(clamp)法
所謂二極體箝位法，是在你所設計的電路中，
在使用繼電器的裝置旁並聯一個穩壓二極體，當繼電器 OFF 時，
繼電器的線圈會產生一個逆向電壓，
這時二極體便會導通短路並穩定電壓，將突波吸收掉。
但是這種方法必須使用在較低反應速度的電路中，
因為在繼電器 OFF的瞬間，二極體會導通使得繼電器繼續維持在 ON 一小段時間，
然後才 OFF，如果系統尚未完全 OFF 便立即 ON，會導致一些誤動作產生，
這點要特別注意。


◆ 變阻器（Varistor）
變阻器（Varistor），俗稱突波吸收器（Surge Absorber），
是一種會隨著電壓值不同而改變電阻值的電阻器，
變阻器當電壓超過額定的電壓值時，變阻器的電阻會急速下降近於短路的狀態，
將突波引導進入變阻器內，以熱的方式散發掉，
藉以達到穩定電壓及吸收突波電壓之功能，
並可因此避免電路元件受到突波電壓之影響而損壞，
就一般情況來說，幾乎所有需要穩壓的電子產品均會使用到變阻器，
整個應用面包括通訊設備、半導體保護、電力傳輸系統、控制系統等相關電子產品內部電路中。
目前相關產品依其所使用之材料，可分為碳化矽變阻器、氧化鋅變阻器及鈦酸鍶變阻器，而依外型則可分為圓板型，晶片型及環型等類別之產品。


◆ 氧化金屬變阻器
由於大多數的突波吸收器其適用場合，是屬於 AC Source 的應用，
所以我們利用上一個實驗的繼電器當做開關，將繼電器接上一個 110V 的電磁閥，
並在電磁閥導電的兩端加上 181K的突波吸收器（適用 115V~150V 之 AC Source），
看看其突波吸收的效果如何。在此要特別說明的是：
因為 AC 實驗的電壓值較高，當突波產生時其放大比率若與直流相似，
那麼電源接通的瞬間可能會產生近 1000V 的突波電壓！操作時請特別小心，
並確定電源的火線與接地正確接上。


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