TVS二极管的工作原理基于PN结的雪崩击穿效应。当加在TVS二极管两端的电压超过其击穿电压时，PN结会发生雪崩击穿，二极管由高阻态迅速转变为低阻态，导通大电流，将过电压能量迅速泄放到地或电源，从而保护电路免受损害。这种转变过程非常迅速，通常在纳秒级内完成，因此TVS二极管能够有效应对瞬态过电压。TVS二极管的主要参数包括击穿电压、较大反向工作电压、较大箝位电压、峰值脉冲电流、脉冲峰值功率等。击穿电压是TVS二极管开始导通的电压；较大反向工作电压是TVS二极管在正常工作条件下能承受的较大反向电压；较大箝位电压是TVS二极管在峰值脉冲电流下能将电压箝制到的较大值；峰值脉冲电流和脉冲峰值功率则分别表示TVS二极管能承受的较大瞬态电流和功率。
当电路出现异常过电压并达到TVS二极管的击穿电压时，TVS二极管会迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS二极管阻值又恢复为高阻态。在交流电路中，双向TVS二极管能够在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平。这使得双向TVS二极管特别适用于交流电路的保护。当交流电路中出现瞬态过电压时，双向TVS二极管会迅速响应，将两端的高阻抗变为低阻抗，允许大电流通过，并将电压限制在一个安全的预定水平。通过这种方式，双向TVS二极管可以有效地保护交流电路中的敏感元件不受损害。
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