导读：电子设备自身的启停或故障以及雷击注入的巨大脉冲电流都是造成浪涌的原因，因此，电路设计中对于浪涌的抑制是必须要做的工作，气体放电管则是最常用的浪涌抑制器，通常用在一级或二级保护，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压的作用。本文就来详细讲解气体放电管的原理以及如何应用在电路中的。
1、气体放电管的功能及原理
气体放电管一般采用陶瓷作为封装外壳，放电管内充满电气性能稳定的惰性气体，放电管的电极一般有两个电极、三个电极和五个电极三种结构。当在放电管的极间 施加一定的电压时，便在极间产生不均匀的电场，在电场的作用下，气体开始游离，当外加电压达到极间场强并超过惰性气体的绝缘强度时，两极间就会产生电弧，电离气体，产生“负阻特性”，从而马上由绝缘状态转为导电状态。即电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间电压。也就是说在无浪涌 时，处于开路状态，浪涌到来时，放电管内的电极板关合导通。浪涌消失时，极板恢复到原来的状态。
气体放电管包括贴片、二极管和三极管，电压范围从75V—3500V，超过一百种规格，它是一种开关型的防雷保护器件，一般用于防雷工程的第一级或第二级的保护上，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。
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2、气体放电管的主要技术参数
1）直流放电电压
在上升陡度低于100V/s的电压作用下，放电管开始放电的平均电压值称为其直流放电电压。由于放电的分散性，所以，直流放电电压是一个数值范围。
2）冲击放电电压
在具有规定上升陡度的暂态电压脉冲作用下，放电管开始放电的电压值称为其冲击放电电压。
放电管的响应时间或动作时延与电压脉冲的上升陡度有关，对于不同的上升陡度，放电管的冲击放电电压是不同的 。
3）工频耐受电流
放电管通过工频电流5次，使管子的直流放电电压及绝缘电阻无明显变化的最大电流称为其工频耐受电流。
4）冲击耐受电流
将放电管通过规定波形和规定次数的脉冲电流，使其直流放电电压和绝缘电阻不会发生明显变化的最大值电流峰值称为管子的冲击耐受电流。
这一参数是在一定波形和一定通流次数下给出的，制造厂通常给出在8/20us波形下通流10次的冲击耐受电流，也有给出在10/1000us波形下通流300次的冲击耐受电流。
5）绝缘电阻和极间电容
放电管的绝缘电阻值很大，厂家一般给出的是绝缘电阻的初始值，约为数千兆欧。绝缘电阻值的降低会导致漏流的增大，有可能产生噪音干扰。
放电管的寄生电容很小，极间电容一般在1pF～5pF范围，极间电容在很宽的频率范围内保持近似不变，同型号放电管的极间电容值分散性很小。
6） 直流放电电压的选择
从不影响被保护系统正常运行的要求出发，希望放电管的直流放电电压选得高些。但直流放电电压高的管子，冲击放电电压也高；
从被保护电子设备的耐受性来说看，希望管子的直流放电电压选得低一些，所以，放电管的支流放电电压应在这两种相互制约的要求之间进行折衷选择。
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3、气体放电管的应用实例
1）电话机/传真机等各类通讯设备防雷应用
如图3所示。特点为低电流量，高持续电源，无漏电流，高可靠性。
图3 通讯设备防雷应用
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第二讲：瞬态抑制二极管（TVS）如何进行电路保护
http://www.cntronics.com/article_80018566.html#
第三讲：压敏电阻如何保护电子设备不受雷电、浪涌的损坏
http://www.cntronics.com/article_80018725.html?page=1
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2）气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路
图4是气体放电管和压敏电阻组合构成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有一致命缺点：具有不稳定的漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因漏电流变大可 能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了缺点就是反应时间为各器件的反应时间之和。例如压敏电阻的反应时间为25ns， 气体放电管的反应时间为100ns，则图4的R2,G,R3的反应时间为150ns，为改善反应时间加入R1压敏电阻,这样可使反应时间为25ns。
图4 气体放电管和压敏电阻配合应用
3）气体放电管在综合浪涌保护系统中的应用
自动控制系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级组成，利用各种浪涌抑制器件的特点，可以实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端，做为一级浪涌保护 器件，承受大的浪涌电流。二级保护器件采用压敏电阻，在μs级时间范围内更快地响应。对于高灵敏的电子电路，可采用三级保护器件TVS，在ps级时间范围 内对浪涌电压产生响应。如图5所示。当雷电等浪涌到来时，TVS首先起动，会把瞬间过电压精确控制在一定的水平；如果浪涌电流大，则压敏电阻起动，并泄放 一定的浪涌电流；两端的电压会有所提高，直至推动前级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。
图5 三级保护
各种电子系统，以及通信网络等，经常会受到外来的电磁干扰，这些干扰主要来自电源线路的暂态过程、雷击闪电、以及宇宙射电等。这些干扰会使得系统动作失误 甚至硬件损坏。针对这些问题，要做好全面的预防保护措施，就需要先找到问题的根源，再选用合适的浪涌抑制器件予以解决。
4、放电管保护应用中存在的问题
1）时延脉冲及续流
从暂态过电压达到放电管的ufdc（直流放电电压）到其实际动作放电之间，存在一段时延，时延的大小取决于过电压波的波头上升陡度du/dt。
一般不单独使用放电管来保护电子设备，而在放电管后面再增加一些保护元件，以抑制这种时延脉冲。
续流：放电管泄放过电流结束以后，被保护系统的工作电压能维持放电管电弧通道的存在，这种情况称为续流。
续流的存在对放电管本身和被保护系统具有很大的危害性。熔断器的额定电流高于被保护系统的正常运行电流，其熔断电流小于放电管在电弧区的续流。这种方法会造成供电和信号传输的短时中断，对于要求不高的电子设备可以接受。
2）状态翻转及短路反射
放电管在开始放电时，由开路状态翻转为导通状态，翻转过程中，暂态电流的变化率di/dt很大，这种迅速变化的暂态电流在空间产生暂态电磁场向四周辐射能量，在附近的电源线和信号线上产生干扰，或在周围的电气回路中产生感应电压。通常采取的抑制方法有屏蔽、减小耦合和滤波等。
放电管导通后，入射波被反射回去，使得后面的电子设备得到保护，但反射波电流产生的空间电磁场也会向周围辐射能量，需要加以抑制。
5、气体放电管的优缺点
优点：绝缘电阻很大，寄生电容很小。
缺点：在于放电时延(即响应时间)较大，动作灵敏度不够理想，对于波头上升陡度较大的雷电波难以有效地抑制。
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