Varistori - darbības princips, veidi un pielietojums

Varistors ir pusvadītāju komponents, kas var nelineāri mainīt savu aktīvo pretestību atkarībā no tam pieliktā sprieguma lieluma. Faktiski tas ir rezistors ar tādu strāvas-sprieguma raksturlielumu, kura lineārā daļa ir ierobežota šaurā diapazonā, uz kuru varistora pretestība nonāk, kad tam tiek pielikts spriegums virs noteikta sliekšņa.

Šajā brīdī elementa pretestība krasi mainās par vairākām kārtām - tā samazinās no sākotnējiem desmitiem MΩ līdz omu vienībām. Un jo vairāk palielinās pielietotais spriegums, jo mazāka un mazāka kļūst varistora pretestība. Šis īpašums padara varistoru par modernu pārsprieguma aizsardzības ierīču galveno elementu.

Savienots paralēli aizsargātajai slodzei, varistors absorbē traucējumu strāvu un izkliedē to kā siltumu. Un šī notikuma beigās, kad pieliktais spriegums samazinās un atgriežas virs sliekšņa, varistors atjauno sākotnējo pretestību un atkal ir gatavs veikt aizsargfunkciju.

Var teikt, ka varistors ir gāzes dzirksteles spraugas pusvadītāju analogs, tikai varistorā, atšķirībā no gāzes dzirksteles, sākotnējā augstā pretestība tiek atjaunota ātrāk, inerces praktiski nav, un nominālo spriegumu diapazons sākas no 6 un sasniedz 1000 un vairāk voltu .

Šī iemesla dēļ varistorus plaši izmanto aizsardzības ķēdēs. pusvadītāju slēdži, ķēdēs ar induktīviem elementiem (dzirksteļu dzēšanai), kā arī neatkarīgiem elektronisko ierīču ieejas ķēžu elektrostatiskās aizsardzības elementiem.

Varistora ražošanas process sastāv no pulverveida pusvadītāja saķepināšanas ar saistvielu aptuveni 1700 ° C temperatūrā. Šeit tiek izmantoti pusvadītāji, piemēram, cinka oksīds vai silīcija karbīds. Saistviela var būt ūdens stikls, māls, laka vai sveķi. Uz diskveida elementa, kas iegūts saķepināšanas ceļā, ar metalizāciju tiek uzlikti elektrodi, pie kuriem pielodēti komponenta montāžas vadi.

Papildus tradicionālajai diska formai varistorus var atrast stieņu, lodīšu un plēvju veidā. Regulējami varistori ir izgatavoti stieņu veidā ar kustīgu kontaktu. Tradicionālie pusvadītāju materiāli, ko izmanto varistoru ražošanā uz silīcija karbīda bāzes ar dažādām saitēm: tirīts, Willīts, letīns, silīts.

Varistora iekšējais darbības princips ir tāds, ka mazo pusvadītāju kristālu malas savienojošās masas iekšpusē saskaras viena ar otru, veidojot vadošas ķēdes. Kad caur tiem iet noteikta lieluma strāva, notiek kristālu lokāla pārkaršana un samazinās ķēžu pretestība. Šī parādība izskaidro varistora CVC nelinearitāti.

Viens no galvenajiem varistora parametriem līdzās efektīvā reakcijas spriegumam ir nelinearitātes koeficients, kas norāda statiskās pretestības attiecību pret dinamisko pretestību. Varistoriem, kuru pamatā ir cinka oksīds, šis parametrs svārstās no 20 līdz 100. Varistora pretestības temperatūras koeficients (TCR) parasti ir negatīvs.

Varistori ir kompakti, uzticami un labi darbojas plašā darba temperatūru diapazonā.Uz iespiedshēmu plates un SPD var atrast mazus disku varistorus ar diametru no 5 līdz 20 mm. Lielāku jaudu izkliedēšanai tiek izmantoti bloku varistori ar 50, 120 un vairāk milimetru kopējiem izmēriem, kas spēj izkliedēt kilodžoulus enerģijas impulsā un izvadīt caur tiem desmitiem tūkstošu ampēru strāvas, vienlaikus nezaudējot efektivitāti.

Viens no svarīgākajiem jebkura varistora parametriem ir reakcijas laiks. Lai gan varistora tipiskais aktivizācijas laiks nepārsniedz 25 ns un dažās shēmās tas ir pietiekami, tomēr dažviet, piemēram, aizsardzībai pret elektrostatiku, nepieciešama ātrāka reakcija, ne vairāk kā 1 ns.

Saistībā ar šo vajadzību pasaules vadošie varistoru ražotāji virza savus centienus, lai palielinātu to veiktspēju. Viens no veidiem, kā sasniegt šo mērķi, ir samazināt daudzslāņu komponentu spaiļu garumu (attiecīgi induktivitāti). Šādi CN varistori jau ir ieņēmuši cienīgu vietu aizsardzībā pret integrālo shēmu statisko izvadi.

Līdzstrāvas varistora nominālais spriegums (1mA) ir nosacīts parametrs, pie šī sprieguma strāva caur varistoru nepārsniedz 1mA.Nominālais spriegums ir norādīts uz varistora marķējuma.

ACrms ir varistora efektīvā maiņstrāvas sprieguma reakcija. DC — līdzstrāvas sprieguma iedarbināšana.

Turklāt maksimālais pieļaujamais spriegums pie noteiktas strāvas ir standartizēts, piemēram, V @ 10A. W ir komponenta nominālā jaudas izkliede. J ir viena absorbētā impulsa maksimālā enerģija, kas nosaka laiku, kurā varistors spēs izkliedēt nominālo jaudu, saglabājoties labā stāvoklī. Ipp — varistora maksimālā strāva, kas normalizēta ar pieauguma laiku un absorbētā impulsa ilgumu, jo garāks impulss, jo mazāka ir pieļaujamā maksimālā strāva (mēra kiloampēros).

Lai panāktu lielāku jaudas izkliedi, ir pieļaujams varistoru paralēlais un virknes savienojums. Pieslēdzot paralēli, ir svarīgi izvēlēties varistorus pēc iespējas tuvāk parametriem.