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摘要：气体放电管有通流能力大、分布电容小、绝缘电阻大等特性，而暂态抑制二极管（TVS管）是一种高效能的保护器件，它具有极快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力，它们被广泛应用于各种过电压保护线路中。针对气体放电管与TVS管在电涌保护器中的配合方法，通过试验改变器件参数，来变换不同直流放电电压的气体放电管与不同规格的TVS管的组合，并测量出气体放电管与TVS管进行配合时的残压以及通流的变化，对这种变化进行分析计算得到电路中的退耦电阻，放电管，TVS管的参数，进而总结出各个参数之间关系，提出了气体放电管与TVS管的最优配合方式。
关键词：气体放电管；TVS管；残压；通流；配合
0 引言
对现代建筑物内部的电子设备而言，最常见的雷电危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括雷电感应和操作过电压浪涌）的a承受能力下降，另一方面由于传输信号的路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入[1-4]。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电子设备，要很好地保护电气和电子系统，重要的是在电磁兼容性保护区内设置一套包含全部有源导线在内的完整的电位补偿系统。在针对某一具体电路的时候，通常以输出残压为选择标准或者以最大放电电流（即通流量）为标准[5-8]。气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛的使用。由于气体放电管通流容量较大（1kA～100kA），常用于多级保护电路中的第一级或者前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压的作用，又由于气体放电管有分布电容小、绝缘电阻大等特性，被广泛应用在高频保护电路中。TVS管具有残压水平低，响应时间快等优点，常用于多级保护电路中的最末级。
1 实验的设计及流程
实验的方法是通过测量不同直流放电电压的气体放电管与不同规格的TVS管之间的组合，在电阻和其他条件不变的情况下残压以及通流的变化，发现气体放电管与TVS管的最优配合方式。
实验结束之后，综合分析实验数据，从中寻找气体放电管与TVS管之间的配合关系，并绘制出相关的关系曲线和总结出气体放电管与TVS管之间的配合规律。
实验仪器：雷电电涌测试仪LST-6KV/3KV，两通道数字存储示波器TDS2022。
实验操作流程：
（1） 设计实验所需电路；
（2） 選择此次实验电路所需电子元件；
（3） 焊接设计的实验电路；
（4） 对电路进行测试，并记录下实验过程中产生的数据；
（5） 更换不同规格的元件，重复步骤（4）；
（6） 对得到的实验数据进行整理和分析；
（7） 得出气体放电管与TVS管配合实验的结论。
每次实验的实验电路都由一个气体放电管、一个TVS管以及两个电阻（两个电阻的阻值相同，都为2.2Ω）构成，然后在电阻不变的情况下选择不同直流放电电压的气体放电管和不同规格的TVS管进行配合实验。
2.实验结果及分析
2.1 75V的气体放电管与12V的TVS管进行配合时的实验数据
在75V的气体放电管与12V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为350V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表1所示。
通过表1可以看出，当直流放电电压为75V的气体放电管与电阻为12V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到400V时，气体放电管的残压达到最大。残压和通流随充电电压变化的曲线图如图1和图2所示。
图1-图2所示为当充电电压分别为350V和400V时的波形图，它们分别表示起始波形以及稳定时的波形。当充电电压从400V到1050V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为400V时的波形图相似，残压趋于稳定，有波动但在合理范围之内，通流的增长趋向于单调递增。
2.2 75V的气体放电管与15V的TVS管进行配合时的实验数据
在75V的气体放电管与15V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为200V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表2所示。
通过表2可以看出，当直流放电电压为75V的气体放电管与额定击穿电压为15V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到400V时，气体放电管的残压到达最大。
图3-图5所示为当充电电压分别为200V、350V以及400V时的波形图，它们分别表示起始波形、发生较大变化时的波形以及稳定时的波形。当充电电压从400V到900V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为400V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。
2.3 90V的气体放电管与12V的TVS管进行配合时的实验数据
在90V的气体放电管与12V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为100V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表3所示。
通过表3可以看出，当直流放电电压为90V的气体放电管与额定击穿电压为12V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到300V时，气体放电管的残压到达最大，充电电压从300V增大到800V的阶段残压趋于稳定，不再有大幅度变化，在这个阶段里残压的平均值为53.2V。
图6-图7所示为当充电电压分别为100V和300V时的波形图，它们分别表示起始波形以及稳定时的波形。从实验开始到充电电压为250V这个阶段所产生的波形基本一致，并未发生较大变化，当充电电压到达300V时波形趋于稳定。当充电电压从300V到800V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为300V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。 2.4 90V的气体放电管与15V的TVS管进行配合时的实验数据
在90V的气体放电管与15V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为50V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表4所示。
通过表4可以看出，当直流放电电压为90V的气体放电管与额定击穿电压为15V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到300V时，气体放电管的残压到达最大，充电电压从300V增大到750V的阶段残压趋于稳定，不再有大幅度变化，在这个阶段里残压的平均值为290.5V。
图8-图10所示为当充电电压分别为50V、250V以及300V时的波形图，它们分别表示起始波形、发生较大变化时的波形以及稳定时的波形。当充电电压从300V到750V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为300V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。
3.结论
分析以上所做的四个不同直流放电电压的气体放电管与不同规格的TVS管之间的配合实验可以看出，当放电管没有动作，只有TVS管动作的时候，残压主要由TVS管决定。 当放电管导通后，残压主要由放电管决定，这时残压值从理论上说很小。但是在现实试验中遇到的情况却不是，但是通常会比较大，一般大于或等于其型号所标的直流导通电压。
当一个放电管处于导通的边缘，另一个却只有TVS管动作，这说明这种组合在冲击电压的冲击下，放电管、TVS管和电阻的配合处于临界状态，也就是配合的临界点。由公式可知，只有电阻电压加上TVS管残压大于放电管的直流导通电压，放电管才会动作。
通过对实验数据进行整理和分析，可以发现不同的元件对同一个参数的影响并不相同。可以得到以下两点结论：
1.当放电管没有动作，只有TVS管动作的时候，残压主要由TVS管决定。 当放电管导通后，残压主要由放电管决定，这时残压值从理论上说很小。但是在现实试验中遇到的情况却不是，但是通常会比较大，一般大于或等于其型号所标的直流导通电压。
2.内部元件之间的配合，如果放电管动作必须满足： ，即只有电阻电压加上TVS管残压大于放电管的直流导通电压，放电管才会动作。在某一个电路中，K的值从理论上说是某一个确定的值，但是由于原件之间有微小的差异，所以相同类型的电路中K的值不是确定的某一个数值，而是会有微小的变化。
参考文献
[1] 李荣玉.金属陶瓷气体放电管的稳定性研究[J].上海交通大学学报，1997（05）：136-138.
Li Rongyu. Study on Stability of Metal Ceramic Gas Discharge Tubes[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 1997（05）：136-138.
[2] 李树芲.过电压保护气体放电管[J]. 真空电子技术， 1994（4）： 42-47.
Li Shulun. Gas discharge tubes for overvoltage protection[J].Vacuum Electronics， 1994（4）： 42-47.
[3] 陈克明.气体放电管在防雷中的应用[J].电子元器件.1998（11）：50-66.
Chen Keming. The application of the gas discharge tube in the lightning protection[J]. Electronic Elements. 1998（11）：50-66.
[4] 李祥超. 防雷工程设计与实践[M].北京：气象出版社，2010：155-198.
Li Xiangchao.The design and practice of the lightning project[M]. Beijing： China Meteorological Press，2010：155-198.
[5] 薛红兵. 气体放电管在浪涌抑制电路的应用[J]. 电源技术应用， 2002（5）8：47-49.
Xue Hongbing. Applications of Gas Discharge Tube for Suppressing Surge Voltage[J]. Power Supply Technologies and Applications， 2002（5）8：47-49.
[6] 周卫娟， 张世定. 气体放电管性能的研究与改善[J]. 电子器件， 1998（21）4： 124-129.
Zhou Weijuan， Zhang Shiding. The Research and Improvement for Performance of the Gas Discharge Tube[J]. Journal of Electron Devices， 1998（21）4： 124-129.
[7] J. Wolf， G. Voigt. A New Solution for the Extension of the Load Range of Impulse Generators[J]. 10th ISH Montreal，1997：5-10.
[8]李祥超.電涌保护器（SPD）原理与应用[M].北京：气象出版社，2011：118-147.
Li Xiangchao. The Principle and application of the surge protection device[M]. Beijing： China Meteorological Press， 2011：118-147.
关键词：气体放电管；TVS管；残压；通流；配合
0 引言
对现代建筑物内部的电子设备而言，最常见的雷电危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括雷电感应和操作过电压浪涌）的a承受能力下降，另一方面由于传输信号的路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入[1-4]。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电子设备，要很好地保护电气和电子系统，重要的是在电磁兼容性保护区内设置一套包含全部有源导线在内的完整的电位补偿系统。在针对某一具体电路的时候，通常以输出残压为选择标准或者以最大放电电流（即通流量）为标准[5-8]。气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛的使用。由于气体放电管通流容量较大（1kA～100kA），常用于多级保护电路中的第一级或者前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压的作用，又由于气体放电管有分布电容小、绝缘电阻大等特性，被广泛应用在高频保护电路中。TVS管具有残压水平低，响应时间快等优点，常用于多级保护电路中的最末级。
1 实验的设计及流程
实验的方法是通过测量不同直流放电电压的气体放电管与不同规格的TVS管之间的组合，在电阻和其他条件不变的情况下残压以及通流的变化，发现气体放电管与TVS管的最优配合方式。
实验结束之后，综合分析实验数据，从中寻找气体放电管与TVS管之间的配合关系，并绘制出相关的关系曲线和总结出气体放电管与TVS管之间的配合规律。
实验仪器：雷电电涌测试仪LST-6KV/3KV，两通道数字存储示波器TDS2022。
实验操作流程：
（1） 设计实验所需电路；
（2） 選择此次实验电路所需电子元件；
（3） 焊接设计的实验电路；
（4） 对电路进行测试，并记录下实验过程中产生的数据；
（5） 更换不同规格的元件，重复步骤（4）；
（6） 对得到的实验数据进行整理和分析；
（7） 得出气体放电管与TVS管配合实验的结论。
每次实验的实验电路都由一个气体放电管、一个TVS管以及两个电阻（两个电阻的阻值相同，都为2.2Ω）构成，然后在电阻不变的情况下选择不同直流放电电压的气体放电管和不同规格的TVS管进行配合实验。
2.实验结果及分析
2.1 75V的气体放电管与12V的TVS管进行配合时的实验数据
在75V的气体放电管与12V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为350V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表1所示。
通过表1可以看出，当直流放电电压为75V的气体放电管与电阻为12V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到400V时，气体放电管的残压达到最大。残压和通流随充电电压变化的曲线图如图1和图2所示。
图1-图2所示为当充电电压分别为350V和400V时的波形图，它们分别表示起始波形以及稳定时的波形。当充电电压从400V到1050V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为400V时的波形图相似，残压趋于稳定，有波动但在合理范围之内，通流的增长趋向于单调递增。
2.2 75V的气体放电管与15V的TVS管进行配合时的实验数据
在75V的气体放电管与15V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为200V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表2所示。
通过表2可以看出，当直流放电电压为75V的气体放电管与额定击穿电压为15V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到400V时，气体放电管的残压到达最大。
图3-图5所示为当充电电压分别为200V、350V以及400V时的波形图，它们分别表示起始波形、发生较大变化时的波形以及稳定时的波形。当充电电压从400V到900V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为400V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。
2.3 90V的气体放电管与12V的TVS管进行配合时的实验数据
在90V的气体放电管与12V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为100V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表3所示。
通过表3可以看出，当直流放电电压为90V的气体放电管与额定击穿电压为12V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到300V时，气体放电管的残压到达最大，充电电压从300V增大到800V的阶段残压趋于稳定，不再有大幅度变化，在这个阶段里残压的平均值为53.2V。
图6-图7所示为当充电电压分别为100V和300V时的波形图，它们分别表示起始波形以及稳定时的波形。从实验开始到充电电压为250V这个阶段所产生的波形基本一致，并未发生较大变化，当充电电压到达300V时波形趋于稳定。当充电电压从300V到800V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为300V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。 2.4 90V的气体放电管与15V的TVS管进行配合时的实验数据
在90V的气体放电管与15V的TVS管之间施加以不同的充电电压进行实验，起始充电电压为50V，每次增量为50V，总共记录下15组实验数据，测试结果如表4所示。
通过表4可以看出，当直流放电电压为90V的气体放电管与额定击穿电压为15V的TVS管进行能量配合时，随着充电电压的增大，通流和残压也都在增大。当施加的充电电压增加到300V时，气体放电管的残压到达最大，充电电压从300V增大到750V的阶段残压趋于稳定，不再有大幅度变化，在这个阶段里残压的平均值为290.5V。
图8-图10所示为当充电电压分别为50V、250V以及300V时的波形图，它们分别表示起始波形、发生较大变化时的波形以及稳定时的波形。当充电电压从300V到750V这个阶段变化时的各个波形图与充电电压为300V时的波形图相似，残压趋于稳定，通流的增长趋向于单调递增。
3.结论
分析以上所做的四个不同直流放电电压的气体放电管与不同规格的TVS管之间的配合实验可以看出，当放电管没有动作，只有TVS管动作的时候，残压主要由TVS管决定。 当放电管导通后，残压主要由放电管决定，这时残压值从理论上说很小。但是在现实试验中遇到的情况却不是，但是通常会比较大，一般大于或等于其型号所标的直流导通电压。
当一个放电管处于导通的边缘，另一个却只有TVS管动作，这说明这种组合在冲击电压的冲击下，放电管、TVS管和电阻的配合处于临界状态，也就是配合的临界点。由公式
通过对实验数据进行整理和分析，可以发现不同的元件对同一个参数的影响并不相同。可以得到以下两点结论：
1.当放电管没有动作，只有TVS管动作的时候，残压主要由TVS管决定。 当放电管导通后，残压主要由放电管决定，这时残压值从理论上说很小。但是在现实试验中遇到的情况却不是，但是通常会比较大，一般大于或等于其型号所标的直流导通电压。
2.内部元件之间的配合，如果放电管动作必须满足：
参考文献
[1] 李荣玉.金属陶瓷气体放电管的稳定性研究[J].上海交通大学学报，1997（05）：136-138.
Li Rongyu. Study on Stability of Metal Ceramic Gas Discharge Tubes[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University， 1997（05）：136-138.
[2] 李树芲.过电压保护气体放电管[J]. 真空电子技术， 1994（4）： 42-47.
Li Shulun. Gas discharge tubes for overvoltage protection[J].Vacuum Electronics， 1994（4）： 42-47.
[3] 陈克明.气体放电管在防雷中的应用[J].电子元器件.1998（11）：50-66.
Chen Keming. The application of the gas discharge tube in the lightning protection[J]. Electronic Elements. 1998（11）：50-66.
[4] 李祥超. 防雷工程设计与实践[M].北京：气象出版社，2010：155-198.
Li Xiangchao.The design and practice of the lightning project[M]. Beijing： China Meteorological Press，2010：155-198.
[5] 薛红兵. 气体放电管在浪涌抑制电路的应用[J]. 电源技术应用， 2002（5）8：47-49.
Xue Hongbing. Applications of Gas Discharge Tube for Suppressing Surge Voltage[J]. Power Supply Technologies and Applications， 2002（5）8：47-49.
[6] 周卫娟， 张世定. 气体放电管性能的研究与改善[J]. 电子器件， 1998（21）4： 124-129.
Zhou Weijuan， Zhang Shiding. The Research and Improvement for Performance of the Gas Discharge Tube[J]. Journal of Electron Devices， 1998（21）4： 124-129.
[7] J. Wolf， G. Voigt. A New Solution for the Extension of the Load Range of Impulse Generators[J]. 10th ISH Montreal，1997：5-10.
[8]李祥超.電涌保护器（SPD）原理与应用[M].北京：气象出版社，2011：118-147.
Li Xiangchao. The Principle and application of the surge protection device[M]. Beijing： China Meteorological Press， 2011：118-147.