這類浪涌保護(hù)器用于電話系統(tǒng)時(shí)通常叫做保安器。最早使用的就是如圖4.60所示的碳精塊保安器。早期電話及交換機(jī)需要保護(hù)的只有繼電器及其觸點(diǎn)、加感線圈、平衡網(wǎng)絡(luò)以及振鈴器之類的設(shè)備，要求不高。當(dāng)雷電感應(yīng)過(guò)電壓沿著電話線傳來(lái)時(shí)，該保安器經(jīng)過(guò)大約600 ~ 800us延時(shí)后，在預(yù)定電壓(一般額定電壓為450V)下導(dǎo)通，把雷電流從被保護(hù)設(shè)備中轉(zhuǎn)移出去。它除了保護(hù)設(shè)備、人員安全、防止火災(zāi)之外，還能保護(hù)過(guò)電壓承受能力較高的機(jī)電設(shè)備，但不能保護(hù)電子設(shè)備。它的一個(gè)令人討厭的特性，就是把輸人沖擊電流中大部分能量又反射回電路里去了。

    國(guó)內(nèi)使用最多的是用氣體放電管做的保安器，它與碳精塊保安器- -樣，均屬于消弧型的。氣體放電管能夠處理高達(dá)20000A的巨大雷電流，直流點(diǎn)火電壓初期定為250 ~350V,后來(lái)為了防止工頻市電改為200 ~ 300V。該電壓下限受振鈴電壓限制，振鈴電壓為90土15V,加上直流電壓，最高可達(dá)165V (峰值還要高些)。當(dāng)線路電阻為200Ω,再加上交換機(jī)的輸人電阻，若直流點(diǎn)火電壓低于180V,則大部分氣體放電管便不能點(diǎn)火了。圖4. 61示出我國(guó)郵電部已經(jīng)定型生產(chǎn)的六種氣體放電管保安器的電路原理，從這里可以看出保安器的發(fā)展趨勢(shì)。

    圖中I型僅具有過(guò)電壓保護(hù)性能，只適用于電纜交接箱，而其他五種則還兼有過(guò)電流保護(hù)及告警功能，它們普遍應(yīng)用在總配線架(MOF)上。由于氣體放電管的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，典型的為μs級(jí),因此在點(diǎn)火之前，已有部分雷電流侵人到設(shè)備中，這對(duì)于程控交換機(jī)的保護(hù)十分不利。對(duì)此，有的采用了響應(yīng)速度較快的氧化鋅壓敏電阻來(lái)作為保安器的主要元件。不過(guò)，這樣的保安器，其重復(fù)特性還不及氣體放電管保安器，多次動(dòng)作后性能惡化，使用壽命較短，故在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，大多數(shù)已改半導(dǎo)體放電管來(lái)做總配線架的保安器

    與氣體放電管相比，盡管半導(dǎo)體放電管具有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的極間電容比氣體放電管的大。

   此外，在保安器中還存在PIC的不動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)間有矛盾，以及一、二次防護(hù)不協(xié)調(diào)等問(wèn)題。因此近來(lái)又出現(xiàn)- -種集成塊保安器，它的工作原理如圖4.62所示。其特點(diǎn)是應(yīng)用集

CLP，將過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)以及告警功能集成在同- -芯片上，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)耐饩€開(kāi)關(guān)K1、K2和熱告警開(kāi)關(guān)K3，力求解決上述存在的問(wèn)題，而內(nèi)部電力開(kāi)關(guān)K4和Ks、K6和K7則利用硅PN結(jié)的工作原理設(shè)計(jì)，其特性與半導(dǎo)體放電管的伏安特性一樣。

    集成塊保安器的動(dòng)作類似于雙向可控硅，具有開(kāi)關(guān)性能，但雙向可控硅的觸發(fā)不是依賴控制電極而是由流經(jīng)器件的電流調(diào)節(jié)器件內(nèi)部電位分布來(lái)控制的。所有電子開(kāi)關(guān)都是利用硅晶體內(nèi)部的電子和空穴傳輸原理來(lái)進(jìn)行工作的。當(dāng)線路上出現(xiàn)低壓過(guò)電流時(shí)，取樣電阻R1或R2的壓降增大。該壓降與過(guò)電壓參考值比較，即過(guò)電流檢測(cè)。若超過(guò)其參考電壓，門電路動(dòng)作，導(dǎo)致線路上的電壓超過(guò)伏安特性中的U80，于是PN結(jié)導(dǎo)通而釋放電流。所以只要調(diào)節(jié)取樣電阻R1和R2的大小便能控制其不動(dòng)作電流大于被保護(hù)線路的最大工作電流。當(dāng)線路上遇到特大電流，外線開(kāi)關(guān)K1、K2斷開(kāi)，并在此之前由熱動(dòng)作開(kāi)關(guān)K3動(dòng)作及輸出永久性告警信號(hào)。

    該保安器具有半導(dǎo)體放電管的所有優(yōu)點(diǎn)，其動(dòng)作速度又比PTC快百萬(wàn)倍，同時(shí)對(duì)于過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)都是采用對(duì)地短路模式，失效也呈安全的短路模式，動(dòng)作穩(wěn)定可靠，適用于傳輸速度為3MHz及以下的通信線路和設(shè)備，現(xiàn)在國(guó)外已在交換、傳輸和終端上應(yīng)用了。

    用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息的雙絞線浪涌保護(hù)器，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作的信號(hào)電平很低(如5V、12V等)、傳輸速率高(可達(dá)100Mbps)，故應(yīng)特別重視對(duì)這兩方面的考慮。

    所有計(jì)算機(jī)信號(hào)浪涌保護(hù)器皆以反向偏置的半導(dǎo)體二極管作為主要元件。由于這類半導(dǎo)體二極管的耐沖擊能力都不太高，通常在前端需要采取適當(dāng)?shù)摹按直Ｗo(hù)”。這類浪涌保護(hù)器的基本電路如圖4.63所示。當(dāng)過(guò)電壓沿信號(hào)傳輸線傳來(lái)時(shí)，由于氣體放電管G的點(diǎn)火電壓通常在150~250V，需要較高的電壓和較長(zhǎng)時(shí)間才能動(dòng)作，所以在G放電前，半導(dǎo)體二極管D1或D2首先被擊穿(其中那只管子擊穿，取決于過(guò)電壓的極性)，D1或D2所在支路導(dǎo)通，通過(guò)暫態(tài)電流。隨著該電流的增大，RL支路上的壓降也相應(yīng)增大，該壓降加在氣體放電管兩端，將促使其盡早放電。在G點(diǎn)火后，除提供- -條泄放大暫態(tài)電流的旁路通道、限制過(guò)電壓、保護(hù)RL與D1和D2之外，同時(shí)還因G導(dǎo)通后呈低阻狀態(tài)，從而產(chǎn)生反極性的反射波，以削弱過(guò)電壓波頭上升陡度，這樣便防止了D1或D2上大電流引發(fā)半導(dǎo)體二極管的熱擊穿。

   為了使半導(dǎo)體二極管不致被過(guò)電流燒壞，保護(hù)電路上的電阻R通常按下式來(lái)估算其最小值:

         Rmin=(Us-Uc)/Is

式中: Us為信號(hào)傳輸線上可能出現(xiàn)的瞬間過(guò)電壓幅值;

   Uc為半導(dǎo)體二極管的最大箝位電位;

Is,為半導(dǎo)體二極管的脈沖電流額定幅值。

   實(shí)際上，由于信號(hào)傳輸線上出現(xiàn)的瞬間過(guò)電壓幅值很難確定，因此電阻R的取值往往還是憑經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于雪崩二二極管，該電阻可達(dá)幾百甚至上千歐，而對(duì)于瞬態(tài)二極管，該電阻一般在3 ~ 10Ω，如果采用碳合成電阻，其功率為2W，而采用線繞電阻，則其功率為5- 12W,但后者的分布電感對(duì)抑制過(guò)電壓的波頭上升陡度非常有利。

   如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作電壓更低，信號(hào)浪涌保護(hù)器還可以采用如圖4.64所示帶三級(jí)保護(hù)的基本電路。在該電路中，第一級(jí)采用三極氣體放電管來(lái)泄放大部分的浪涌電流，亦即“粗保護(hù)”。第二級(jí)則利用電阻R1、電感L. 和電容C組成濾波器，用以排除干擾雜波。不過(guò)，為了簡(jiǎn)化電路分析，本圖中為氧化鋅壓敏電阻，它可以在氣體放電管動(dòng)作前直接抑制過(guò)電壓，保護(hù)后面的元件，而氣體放電管動(dòng)作后，又可對(duì)放電管的殘壓進(jìn)行箝位，以減輕后面元件的壓力。第三級(jí)采用齊納二極管或瞬態(tài)二極管將過(guò)電壓鉗制在設(shè)備的安全電平。出于抑制共模干擾的目的，計(jì)算機(jī)常常采用平衡模式傳輸信息，在這種線路上的兩路保護(hù)元件應(yīng)具有相同的參數(shù)。

   當(dāng)過(guò)電壓沿線路傳來(lái)時(shí)，壓敏電阻Rz首先導(dǎo)通。此時(shí)Rz支路上流過(guò)大約30A的電流，其端電壓約在53V左右。該電流在電阻R1上產(chǎn)生240V的壓降，于是加在壓敏電阻上的總壓達(dá)到293V。這樣高的電壓同樣作用到氣體放電管上，將促使點(diǎn)火電壓為300V的氣體放電管也會(huì)迅速動(dòng)作。若將齊納二極管或瞬態(tài)二極管的最大箝位電位選定為4.7V，則流過(guò)該=二極管的電流為1..8A左右，因此在電阻Rz上將產(chǎn)生大約為48V的壓降，這樣就實(shí)現(xiàn)了壓敏電阻、齊納二極管或瞬態(tài)二極管，以及氣體放電管三者之間的合理配合。

   由于氣體放電管的響應(yīng)速度不太適合信息系統(tǒng)防雷要求，國(guó)外開(kāi)始采用半導(dǎo)體放電管來(lái)代替該保護(hù)電路中的氣體放電管。但是半導(dǎo)體放電管的極間電容比氣體放電管的大，再加上壓敏電阻的極間電容也大，它們對(duì)于高頻信號(hào)的吸收和衰減嚴(yán)重，從而使得信號(hào)正常傳輸?shù)念l帶變窄，傳輸信號(hào)上升前沿變壞。因此采用這種信號(hào)浪涌保護(hù)器時(shí)，在其輸出端應(yīng)當(dāng)安裝一個(gè)施密特觸發(fā)器，以恢復(fù)數(shù)字信號(hào)的波形。

   即便如此，也還存在著問(wèn)題。計(jì)算機(jī)用浪涌保護(hù)器要求具有一定數(shù)字傳輸速率，它的接人不應(yīng)當(dāng)增加系統(tǒng)誤碼率。而該傳輸速率卻與頻帶及信嗓比密切相關(guān)，對(duì)于具有理想傳輸特性的信息通道而言，傳輸速率與頻帶寬度有如下關(guān)系:

Us=2fG

式中: us為信息通道的傳輸迷率(bit/s);
  fG為頻帶寬度(Hz)。
   由此可見(jiàn)，傳輸速率越快，信噪比越大，頻帶應(yīng)越寬。于是對(duì)于大多數(shù)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)浪涌保護(hù)器則只能采用反偏置半導(dǎo)體_二極管了，而“粗保護(hù)”不得不依靠在布線及防雷中采用其他措施來(lái)提供了。
   用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同軸粗纜或細(xì)纜的信號(hào)浪涌保護(hù)器，它們與天饋同軸防雷器屬于同--類型，而與雙絞線信號(hào)浪涌保護(hù)器的主要差別在于，當(dāng)過(guò)電壓沿同軸信號(hào)傳輸線傳來(lái)時(shí)，其縱向過(guò)電壓實(shí)際上就是橫向過(guò)電壓。因而同軸電纜浪涌保護(hù)器的特性阻抗一般不能與同軸電纜的波阻抗完全匹配,當(dāng)傳輸?shù)那靶胁ㄓ赏S電纜進(jìn)入浪涌保護(hù)器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生波反射而造成損耗。這種損耗是因保護(hù)器插入所致，故稱之為浪涌保護(hù)器的反射損耗A.,其定義為:

  Ar=20logsξ=20 logMOD(Z2-Z1)/(Z2+Z1)  

     Z2為浪涌保護(hù)器的特性阻抗;

    MOD為表示阻抗模的計(jì)算。
  工程中常用“駐波比(SWR)”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)明信號(hào)傳輸線的匹配情況，SWR與ξ的關(guān)系為:
  SWR=（1+|ξ|）/ （1-|ξ|）