Varistoare - principiu de funcționare, tipuri și aplicare

Un varistor este o componentă semiconductoare care își poate modifica rezistența activă neliniar în funcție de mărimea tensiunii aplicate acestuia. De fapt, este un rezistor cu o astfel de caracteristică curent-tensiune, a cărui secțiune liniară este limitată la un domeniu îngust, la care rezistența varistorului vine atunci când i se aplică o tensiune peste un anumit prag.

În acest moment, rezistența elementului se modifică brusc cu câteva ordine de mărime - scade de la primele zeci de MΩ la unități de Ohm. Și cu cât tensiunea aplicată crește, cu atât rezistența varistorului devine din ce în ce mai mică. Această proprietate face varistorul un element de bază al dispozitivelor moderne de protecție la supratensiune.

Conectat în paralel cu sarcina protejată, varistorul absoarbe curentul perturbator și îl disipează sub formă de căldură. Și la sfârșitul acestui eveniment, când tensiunea aplicată scade și revine peste prag, varistorul își restabilește rezistența inițială și este din nou gata să îndeplinească o funcție de protecție.

Putem spune că varistorul este un analog semiconductor al unui eclator de gaz, numai într-un varistor, spre deosebire de o scânteie de gaz, rezistența mare inițială este restabilită mai rapid, practic nu există inerție, iar intervalul de tensiuni nominale începe de la 6 și ajunge la 1000 de volți și mai mult.

Din acest motiv, varistoarele sunt utilizate pe scară largă în circuitele de protecție. întrerupătoare cu semiconductor, în circuite cu elemente inductive (pentru stingerea scânteilor), precum și elemente independente de protecție electrostatică a circuitelor de intrare ale dispozitivelor electronice.

Procesul de fabricare a unui varistor constă în sinterizarea unui semiconductor sub formă de pulbere cu un liant la o temperatură de aproximativ 1700 ° C. Aici se folosesc semiconductori precum oxidul de zinc sau carbura de siliciu. Liantul poate fi sticla cu apa, argila, lac sau rasina. Pe elementul în formă de disc obţinut prin sinterizare se aplică electrozi prin metalizare la care se lipează firele de asamblare ale componentei.

Pe lângă forma tradițională de disc, varistoarele pot fi găsite sub formă de tije, margele și pelicule. Varistoarele reglabile sunt realizate sub formă de tije cu contact mobil. Materiale semiconductoare tradiționale utilizate la fabricarea varistoarelor pe bază de carbură de siliciu cu diferite legături: tirită, willită, letină, silit.

Principiul intern de funcționare al varistorului este că marginile micilor cristale semiconductoare din interiorul masei de legătură sunt în contact unele cu altele, formând circuite conductoare. Când un curent de o anumită mărime trece prin ele, are loc supraîncălzirea locală a cristalelor și rezistența circuitelor scade. Acest fenomen explică neliniaritatea CVC a varistorului.

Unul dintre principalii parametri ai varistorului, împreună cu tensiunea de răspuns rms, este coeficientul de neliniaritate, care indică raportul dintre rezistența statică și rezistența dinamică. Pentru varistoarele pe bază de oxid de zinc, acest parametru variază de la 20 la 100. În ceea ce privește coeficientul de temperatură de rezistență al varistorului (TCR), acesta este de obicei negativ.

Varistoarele sunt compacte, fiabile și funcționează bine într-o gamă largă de temperaturi de funcționare.Pe plăcile cu circuite imprimate și în SPD-uri puteți găsi varistoare cu disc mici cu un diametru de 5 până la 20 mm. Pentru a disipa puteri mai mari, se folosesc varistoare bloc cu dimensiuni totale de 50, 120 și mai mult milimetri, capabile să disipeze kilojouli de energie într-un impuls și să treacă prin ele curenți de zeci de mii de amperi, fără a pierde eficiența.

Unul dintre cei mai importanți parametri ai oricărui varistor este timpul de răspuns. Deși timpul tipic de activare al unui varistor nu depășește 25 ns, iar în unele circuite acest lucru este suficient, totuși în unele locuri, de exemplu, pentru protecția împotriva electrostaticelor, este necesar un răspuns mai rapid, nu mai mult de 1 ns.

În legătură cu această nevoie, cei mai importanți producători mondiali de varistoare își direcționează eforturile pentru a le crește performanța. O modalitate de a atinge acest obiectiv este reducerea lungimii (respectiv, inductanța) terminalelor componentelor multistrat. Astfel de varistoare CN au ocupat deja un loc demn în protecția împotriva ieșirii statice a circuitelor integrate.

Tensiunea nominală a varistorului DC (1mA) este un parametru condiționat, la această tensiune curentul prin varistor nu depășește 1mA.Tensiunea nominală este indicată pe marcajul varistorului.

ACrms este răspunsul rms de tensiune alternativă al varistorului. DC — Acţionarea tensiunii DC.

În plus, tensiunea maximă admisă la un curent dat este standardizată, de exemplu V @ 10A. W este puterea de disipare nominală a componentei. J este energia maximă a unui singur impuls absorbit, care determină timpul în care varistorul va fi capabil să disipeze puterea nominală rămânând în stare bună. Ipp — curentul de vârf al varistorului, normalizat de timpul de creștere și durata impulsului absorbit, cu cât pulsul este mai lung, cu atât curentul de vârf admisibil este mai mic (măsurat în kiloamperi).

Pentru a obține o putere mai mare de disipare, este permisă conectarea în paralel și în serie a varistoarelor. Când sunt conectate în paralel, este important să alegeți varistoarele cât mai aproape posibil de parametri.