Varistorer - funktionsprincip, typer og anvendelse

En varistor er en halvlederkomponent, der kan ændre sin aktive modstand ikke-lineært afhængigt af størrelsen af ​​den spænding, der påføres den. Faktisk er det en modstand med en sådan strøm-spændingskarakteristik, hvis lineære sektion er begrænset til et snævert område, hvortil varistorens modstand kommer, når en spænding over en vis tærskel påføres den.

På dette tidspunkt ændres elementets modstand skarpt med flere størrelsesordener - den falder fra de første tiere af MΩ til enheder af Ohm. Og jo mere den påførte spænding stiger, jo mindre og mindre bliver varistorens modstand. Denne egenskab gør varistoren til en fast bestanddel af moderne overspændingsbeskyttelsesanordninger.

Parallelt forbundet med den beskyttede belastning absorberer varistoren forstyrrelsesstrømmen og afgiver den som varme. Og i slutningen af ​​denne begivenhed, når den påførte spænding falder og vender tilbage over tærsklen, genopretter varistoren sin oprindelige modstand og er igen klar til at udføre en beskyttende funktion.

Vi kan sige, at varistoren er en halvlederanalog af et gasgnistgab, kun i en varistor, i modsætning til en gasgnist, genoprettes den oprindelige høje modstand hurtigere, der er praktisk talt ingen inerti, og intervallet af nominelle spændinger starter fra 6 og når 1000 og mere volt.

Af denne grund er varistorer meget udbredt i beskyttelseskredsløb. halvlederkontakter, i kredsløb med induktive elementer (til slukning af gnister), såvel som uafhængige elementer af elektrostatisk beskyttelse af indgangskredsløbene til elektroniske enheder.

Processen med fremstilling af en varistor består af sintring af en pulveriseret halvleder med et bindemiddel ved en temperatur på omkring 1700 ° C. Halvledere såsom zinkoxid eller siliciumcarbid bruges her. Bindemidlet kan være vandglas, ler, lak eller harpiks. På det skiveformede element opnået ved sintring påføres elektroder ved metallisering, hvortil komponentens samlingstråde er loddet.

Ud over den traditionelle skiveform kan varistorer findes i form af stænger, perler og film. Justerbare varistorer er lavet i form af stænger med en bevægelig kontakt. Traditionelle halvledermaterialer, der anvendes til fremstilling af varistorer baseret på siliciumcarbid med forskellige bindinger: thyrit, willit, lethin, silit.

Det interne princip for driften af ​​varistoren er, at kanterne af små halvlederkrystaller inde i bindingsmassen er i kontakt med hinanden og danner ledende kredsløb. Når en strøm af en vis størrelse passerer gennem dem, sker der lokal overophedning af krystallerne, og kredsløbenes modstand falder. Dette fænomen forklarer CVC-ulineariteten af ​​varistoren.

En af varistorens hovedparametre er sammen med rms responsspændingen ikke-linearitetskoefficienten, som angiver forholdet mellem den statiske modstand og den dynamiske modstand. For varistorer baseret på zinkoxid varierer denne parameter fra 20 til 100. Hvad angår varistorens temperaturkoefficient for modstand (TCR), er den normalt negativ.

Varistorer er kompakte, pålidelige og fungerer godt i en lang række driftstemperaturer.På printkort og i SPD'er kan du finde små skivevaristorer med en diameter på 5 til 20 mm. For at sprede højere kræfter bruges blokvaristorer med overordnede dimensioner på 50, 120 og flere millimeter, der er i stand til at sprede kilojoule energi i en puls og sende strømme på titusindvis af ampere gennem dem, uden at de mister effektiviteten.

En af de vigtigste parametre for enhver varistor er responstiden. Selvom den typiske aktiveringstid for en varistor ikke overstiger 25 ns, og i nogle kredsløb er dette tilstrækkeligt, er det alligevel nogle steder, for eksempel til beskyttelse mod elektrostatik, nødvendigt med en hurtigere reaktion, ikke mere end 1 ns.

I forbindelse med dette behov retter verdens førende producenter af varistorer deres bestræbelser på at øge deres ydeevne. En måde at opnå dette mål på er at reducere længden (henholdsvis induktansen) af terminalerne på flerlagskomponenterne. Sådanne CN-varistorer har allerede taget en værdig plads i beskyttelsen mod statisk output af integrerede kredsløb.

DC-varistor-mærkespændingen (1mA) er en betinget parameter, ved denne spænding overstiger strømmen gennem varistoren ikke 1mA.Den nominelle spænding er angivet på varistorens markering.

ACrms er varistorens rms AC spændingsrespons. DC — DC-spændingsaktivering.

Derudover er den maksimalt tilladte spænding ved en given strøm standardiseret, for eksempel V @ 10A. W er den nominelle effekttab for komponenten. J er den maksimale energi af en enkelt absorberet puls, som bestemmer den tid, i hvilken varistoren vil være i stand til at sprede den nominelle effekt, mens den forbliver i god stand. Ipp — varistorens spidsstrøm, normaliseret af stigetiden og varigheden af ​​den absorberede puls, jo længere pulsen er, desto lavere er den tilladte spidsstrøm (målt i kiloampere).

For at opnå større effekttab er parallel- og serieforbindelse af varistorer tilladt. Ved parallelkobling er det vigtigt at vælge varistorer så tæt på parametrene som muligt.