电子系统设备端口经常会受到外界瞬时过电压干扰,这些干扰主要包括微秒（Micro-seccond,μs）级别浪涌电磁脉冲和纳秒（Nano-second,ns）级别静电放电电磁脉冲,会对电子设备和器件造成致命的损害,因此对电磁脉冲以及电磁脉冲防护器件的研究便显得尤为重要。本文针对目前的研究现状,首先研制了一种水银开关控制的印刷电路板级（Printed circuit board,PCB）测试组合波发生器,以产生微秒级别浪涌电磁脉冲;搭建纳秒级静电放电实验平台,并针对使用的3Ctest品牌静电枪建立其50Ω测试系统下的电路模型,与实际测试结果对比验证了所建模型的准确性。然后从实际测试出发得到限压型防护器件压敏电阻（Metal oxide varistors,MOV）的伏安特性曲线并进行拟合,在电路仿真软件中建立了压敏电阻二极管电路模型、非线性器件电路模型,在三维电磁场建模工具Quickfield中利用压敏电阻非线性电导特性建立其物理结构模型。对压敏电阻进行浪涌抗扰度试验,并与所建模型仿真结果进行对比验证了所建模型的准确性。比较了静电放电下不同型号压敏电阻的响应,发现了不同器件电容和响应电压波形的关系。其次针对气体火花间隙器件提出其静电放电下响应特性示意图,同时选择了五种不同型号气体放电管（Gas discharge tube,GDT）、制作了四种不同尖端结构PCB火花间隙进行静电放电冲击试验,评估了不同电压等级下器件参数、结构对其击穿时延随机范围的影响,并给出了时延和静电放电电压等级的关系曲线和公式;针对PCB火花间隙提出在负电极加碳以提高电子的发射能力,从而提高击穿稳定性。最后,基于气体火花间隙器件响应特性的测试与分析,提出了静电放电下间隙器件的电路模型。介绍了三种典型电弧电阻模型Toepler模型、Rompe-Weizel模型、Vlastos模型,总结了模型公式的推导过程,并在仿真软件中进行了电路实现;结合器件击穿时延的电路描述,建立了火花间隙器件的电路仿真模型,并验证了所建模型的准确性,为其电路设计和实际应用提供了有效的仿真计算手段。本文创新点归纳如下:（1）基于双指数函数,设计并实现了采用水银开关控制的PCB板级测试浪涌组合波发生器。（2）在时域电磁数值计算中材料非线性电导率的建模是一个难点,本文在Quickfiled工具中建立了MOV的三维电磁模型,导入了MOV材料的非线性电导率,并和二极管电路模型、非线性器件电路模型在浪涌冲击下的仿真结果进行了对比。（3）研究了不同型号气体放电管和不同尖端结构PCB火花间隙器件在不同静电放电电压等级下时延的随机范围,给出了时延和放电电压等级的关系。建议了时变弧阻的电路等效形式,结合时延特性建立了气体间隙器件的电路仿真模型。