在电子设备的世界里，稳压、TVS二极管和压敏电阻虽看似不起眼，却发挥着至关重要的作用。特别是在 ESD 静电防护中 TVS 二极管的应用要求，对于保障电路安全稳定运行意义非凡。对于电子爱好者和专业人士而言，清晰分辨它们之间的区别，了解各自的特性与应用场景，是有效运用这些元件、保障电路稳定运行的关键。今天，就让我们一同深入探索这三种电子元件的奥秘。
这三种元件的发展历程各不相同。1968 年开发的氧化锌压敏电阻，最初用于保护二极管免受雷击。而二极管的历史更为悠久，早期主要用于整流，随着时间推移，其用途不断拓展。齐纳二极管在 20 世纪 50 年代开始应用，有基准电压用、用于浪涌电流对策以及防静电等多种类型。TVS 二极管作为一种特殊的二极管，近年来在电路保护领域备受关注。压敏电阻也在不断发展，从盘式压敏电阻到层叠片式压敏电阻，实现了小型化，并且拥有广泛的静电容量产品阵容。
从结构上看，贴片压敏电阻是以氧化锌为基础的陶瓷半导体产品，采用积层结构，通过调整积层张数和层间参数，可以灵活控制击穿电压和静电容量。TVS 二极管则是由 P 型半导体和 N 型半导体结合构成的硅基 ESD 防护器件，部分产品会使用 Au 丝等材料。
它们的电气特性也存在差异。在 I - V 曲线方面，贴片压敏电阻和 TVS 二极管的电阻值都会随施加电压的变化而改变。贴片压敏电阻能够进行双向静电保护，而 TVS 二极管以前大多有方向性，不过现在双向的 TVS 二极管也逐渐增多，使用时需要特别留意方向性问题。在对施加过电压的反应速度上，以往人们认为压敏电阻反应速度慢，但实际上贴片压敏电阻和 TVS 二极管对施加过电压的反应速度是一样的。施加 IEC61000 - 4 - 2 HBM +8kV 电压后，它们都能在 1ns 以内达到峰值，400ns 后施加在保护部件上的电压值几乎为 0。在静电容量方面，两者差距较大。贴片压敏电阻由于采用积层结构，可以通过增加内部电极层数来增大静电容量。相比之下，TVS 二极管的静电容量相对较小，用 EIA0805 以下的尺寸进行比较时，贴片压敏电阻静电容量的最大值与 TVS 二极管相差近 100 倍。这使得在一些必须并联放入 MLCC 的线路中，单个贴片压敏电阻就能满足需求。
在控制器区域网络（CAN）中，合理选用贴片压敏电阻和 TVS 二极管至关重要。最大允许电路电压是选型时需要考虑的重要因素之一。在 CAN 串行总线拓扑结构中，使用 CANH、CANL 信号会产生显性和隐性两种电平状态。显性时，CANH 线上会施加 3.5V 左右的电压，这就要求静电保护部件在此电压下必须保持绝缘状态，所以应选择最大允许电路电压为 3.5V 以上的产品。同时，静电保护部件的漏电流具有温度依赖性，设计时要充分考虑实际使用的温度环境，通常要将漏电流控制在 50uA 以下。静电容量也不容忽视，CAN 的最大通信速度为 1Mbps，电路中并联插入的静电保护部件不能对通信造成干扰。在 1Mbps（即 0.5MHz）的频率下，应选择插入损耗小的产品，经测试，符合要求的贴片压敏电阻和 TVS 二极管的插入损耗不会影响通信。浪涌保护能力同样关键，静电保护部件用于保护 IC 和外围器件，例如车载 CAN Tranceiver 的 ESD 耐量有一定标准，如果在 CAN Tranceiver 上施加 4kV 以上的电压，就可能导致其损坏。而压敏电阻和 TVS 二极管在施加电压时，电阻值会急剧下降到 2Ω 以下，能够使因 ESD 产生的大部分电流流向保护元件，从而保护 CAN Tranceiver。通过 TLP 数据，在设计阶段可以利用模拟方式确认流向 CAN Tranceiver 的电流，提前评估 ESD 耐量。此外，产品的 ESD 耐量也是选型的重要参考，可通过数据表进行确认。
稳压、TVS 二极管和压敏电阻在结构、特性和应用上都存在明显差异。在实际电路设计中，只有充分了解这些差异，根据具体需求精准选择合适的元件，才能确保电路稳定、可靠地运行。随着电子技术的不断发展，这些元件也在持续优化和创新，未来它们将在更多领域发挥重要作用，为电子设备的发展提供有力支持。
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