Варистор - что это такое, где он применяется, и зачем необходим? Данный элемент электронных схем довольно редко используется, поэтому название его не на слуху. Давайте исправим это и ознакомимся с его работой и принципом устройства.

Общая информация

Электроустановки обладают изоляцией, которая соответствует Реальный показатель может отличаться от теоретического значения. Но работа будет обеспечиваться в случае, если отклонение невелико и находится в рамках разрешенного диапазона. И всё же электрооборудование часто выходит из строя из-за импульса напряжения. Так называют резкое изменение характеристики в определённой точке, когда следует восстановление до первоначального уровня за небольшой промежуток времени. Импульсы могут быть грозовые и коммутационные. Чтобы защититься от таких перепадов, используют различные устройства, среди которых фильтры, цепочки и много других разработок. Но наиболее успешным оказался варистор. Что это такое? Так называют эффективное и дешевое средство защиты от импульсов, которое базируется на нелинейных полупроводниковых резисторах. Принцип их действия прост: варистор включается параллельно к защищаемому оборудованию и в нормальном режиме на него влияет рабочее напряжение защищаемого устройства. Когда наступает экстренная ситуация, то он начинает функционировать как изолятор. Их отличительной чертой является симметричная и хорошо выраженная нелинейная вольт-амперная характеристика.

Действия варистора

Когда возникает импульс, то устройство в силу нелинейности характеристики быстро уменьшает свое сопротивление (до долей Ома) и шунтирует нагрузку. Таким образом она защищается, а поглощенная энергия рассеивается в виде тепла. Во время таких процессов в варисторах может протекать ток величиной в несколько тысяч ампер. Учитывая практически безынерционность устройства, после того как импульс погашен, он опять становится прибором с большим сопротивлением. Таким образом, в нормальных условиях он не влияет на работу электрооборудования. Но есть будут импульсы то будьте уверены - они срежутся. Это обеспечивает сохранность даже слабой изоляции.

Самые популярные образцы

Говоря про варистор, что это такое, нельзя обойти стороной материалы, из которых он изготавливается. Наибольшее распространение получили те устройства, которые сделаны с использованием Это обусловлено несколькими причинами:

1. Простота изготовления.
2. Цинк имеет хорошую способность к поглощению высокоэнергетических импульсов напряжения.

Создаются они по «керамической» технологии, которая включает в себя прессование, обжиг, нанесение электродов и электроизоляции, пайку выводов и монтаж влагозащитных покрытий. Благодаря простоте изготовления они могут создаваться даже под индивидуальные заказы.

Маркировка

Мы уже достаточно внимания уделили изучению того, чем является варистор. Маркировка этого прибора сложна, и поэтому при приобретении устройства о нём нельзя судить по данным, размещенным на корпусе. Рассмотрим на вот таком примере: есть CNR-06D400K. CNR - это название типа, в данном случае перед нами металлооксидный варистор. 06 - он имеет диаметр в 6 миллиметров. D - перед нами дисковый варистор. 400 - напряжение срабатывания. K - эта буква говорит о том, что допуск возможного отклонения имеет погрешность в 10%. Если говорить о компьютерной технике, то у них варисторы рассчитаны на 470В. Согласитесь, немало. Но ведь существует не один варистор! Маркировка этих деталей проводится каждым крупным производителем по-своему, поэтому универсальных и стандартизированных правил распознавания нет. Поэтому нужно пользоваться или помощью продавцов, или прибегать к услугам справочников.

Изображение

Если мы не хотим, чтобы техника сгорела, то нам важен варистор. Обозначение на схеме выглядит как у обычного резистора, только есть ещё косая линия и буква U. Она говорит о том, что рабочие характеристики напрямую зависят от величины напряжения. Но может и по-другому выглядеть варистор. Обозначение на схеме для него задаётся как RU, после чего указываются цифры. Число является порядковым номером, а вот буквы обозначают название устройства: резистор-варистор. Также могут быть информационные обозначения. Это можно отнести к популярной отечественной продукции, которая изготавливается на заводе «Прогресс» в Ухте. Их варистор на схеме может быть промаркирован буквами от А до Г.

Проверка работоспособности элемента

Вот у нас в руках есть варистор. Как проверить его работоспособность? Начинать всегда необходимо с внешнего осмотра устройства. Необходимо внимательно поискать на корпусе сколы, трещины, почернения или следы нагара. Если есть внешние дефекты, то уже одно это говорит о том, что элемент необходимо заменить или не использовать вообще. Если при осмотре не было выявлено проблем, то можно приступать к проверке мультиметром. В этом случае тестер необходимо переключить на режим замера максимального сопротивления. Вот самый простой способ узнать, рабочий ли варистор. Как проверить его работоспособность, мы уже рассмотрели, теперь давайте обсудим, как же подбирать необходимые элементы.

Оптимальный рабочий режим

В силу высокой линейности устройства найти наилучшие параметры для схемы - задача не из легких. Для этого применяются довольно сложные и многочисленные расчеты. Большую важность в этом случае играет рабочий ток, значение которого должно быть минимальным и не вести к перегреву устройства. Но здесь приходится балансировать. Ведь если использовать слишком малой рабочий ток, то увеличится ограничение напряжения, и устройство не будет выполнять свою основную функцию. В качестве "ленивого" варианта можно взять на вооружение такой принцип: рабочее постоянное напряжение не должно превышать 0,85 от порога варистора. Но этот простой подход на практике является малоприменимым. Ведь работа варистора специфическая, и желаемый результат, а также рамки ограничения должны подбираться под каждый конкретный случай.

Выбор и установка

Про то, что варисторы должны размещаться параллельно защищаемому электрооборудованию, мы уже говорили. Наиболее предпочтительным местом монтажа варисторов считается место после (если смотреть со стороны нагрузки, которую необходимо защитить). В качестве примера уже готового решения можно привести продукцию ранее упомянутого завода «Прогресс» с названием «Импульс-1». Такой варистор предназначен для того, чтобы его закрепляли на электрощите. Благодаря ему можно просто реализовать схему защиты трехфазных нагрузок с соединением «звезда» или «треугольник». Или в качестве альтернативы выбрать защиту 3 электроустановок, которые питаются от трехфазной сети.

Параметры

Говоря про варистор, что это такое, нельзя обойти вниманием его характеристики, которые важны в работе:

1. Классификационное напряжение. Так называют величину, при которой ток в 1 мА протекает через устройство.
2. Максимальное допустимое переменное напряжение. Под этим понимается величина, при которой варистор срабатывает и начинает выполнять возложенные на него защитные функции.
3. Максимальное допустимое постоянное напряжение. То же, что и с предыдущим вариантом. Но в данном случае этот параметр касается работы с постоянным током.
4. Максимальное Это величина, при которой варистор может работать без повреждений. Как правило, указывается отдельно для разных значений тока. Если превысить эту величину, то варистор треснет надвое или даже разлетится на куски.
5. Максимальная поглощаемая энергия. Указывается в джоулях. Является величиной максимальной энергии импульса, которая может быть рассеяна варистором в виде тепла без угрозы разрушить само устройство.
6. Время срабатывания. Это промежуток, за который устройство переходит из одного состояния в другое, если было превышено максимальное допустимое напряжение. Как правило, измеряется в десятках наносекунд.
7. Допустимое отклонение. Это величина, изменение на которую квалификационного напряжения варистора считается нормой. Всегда указывается в процентах. Как можно было понять из статьи ранее, данный параметр обозначается буквой в конце маркировки.

Использование

Давайте рассмотрим, к примеру, сеть на 220 Вольт. Для неё оптимальными будут устройства, у которых напряжение срабатывания находится в диапазоне 275-420В (но здесь есть некоторые технические нюансы, которые мы трогать не будем). В качестве используется три варистора. Они блокируют проникновение импульсов по цепи фазы и нуля. А почему их три? Бывает иногда такое, что в новостях проскакивают сообщения о проблемах, вследствие которых электроники лишились тысячи людей. Такое бывает, когда вместо нуля и фазы по проводам идёт только последняя. Для аппаратуры это почти всегда верная смерть. Но наличие варистора на нуле позволяет успешно защищать от таких ситуаций. В качестве показательного примера можно привести мобильные телефоны. Чтобы они не перегорели, используют миниатюрные многослойные варисторы. Кроме этого, их можно встретить в телекоммуникационном оборудовании и автомобильной электронике.

Varistors (название образовано от двух слов Variable Resistors - изменяющиеся сопротивления) - это полупроводниковые (металлооксидные или оксидноцинковые) резисторы, обладающие свойством резко уменьшать свое сопротивление с 1000 МОм до десятков Ом при увеличении на них напряжения выше пороговой величины. В этом случае сопротивление становится тем меньше, чем больше действует напряжение. Типичная вольт-амперная характеристика варистора имеет резко выраженную нелинейную симметричную форму, т. е. он может работать и на переменном напряжении. Варистор должен защищать подключённую к сети электроаппаратуру аппаратуру от перенапряжений – это его основная задача. В сети могут появляться не только кратковременные высоковольтные импульсы напряжения, но и долговременное повышение напряжения до 380В. При длительных перенапряжениях, примеру при перекосе фаз при использовании на другой фазе сварочного аппарата, варистор должен выдержать перенапряжение и не разрушиться до момента срабатывания защитного аппарата или предохранителя, стоящего перед ним. С увеличением напряжения растет ток через варистор, резко увеличиваясь до номинального значения варистора. Электрофизическая керамика широко используется в электротехнике высоких напряжений. Пример тому – варисторы - основа устройств защиты электросетей от коммутационных и грозовых перенапряжений. Оксидно-цинковые варисторы (ОЦВ) – наиболее популярный вид. Они изготавливается из поликристаллической многокомпонентной системы, в состав которой, наряду с оксидом цинка (Zn0), входят оксиды висмута (Bi2O3), сурьмы (Sb2O3), кобальта (Co3O4), марганца (MnO2), хрома (Cr2O3) и ряда других элементов.

Вот такие бывают варисторы:

варистор 220KD07 (14V)

варистор 270KD07 (17V)

варистор 330KD07 (20V)

варистор 390KD07 (25V)

варистор 560KD07 (35V)

варистор 680KD07 (40V)

варистор 101KD07 (60V)

варистор 121KD07 (75V)

варистор 121KD10 (75V)

варистор 151KD07 (95V)

варистор 151KD10 (95V)

варистор 181KD07 (115V)

варистор 181KD10 (115V)

варистор 221KD10 (140V)

варистор 241KD07 (150V)

варистор 241KD10 (150V)

варистор 241KD14 (150V)

варистор 271KD07 (175V)

варистор 271KD10 (175V)

варистор 301KD14 (200V)

варистор 331KD10 (210V)

варистор 331KD14 (210V)

варистор 361KD10 (230V)

варистор 361KD14 (230V)

варистор 361KD20 (230V)

варистор 391KD07 (250V)

варистор 391KD10 (250V)

варистор 391KD14 (250V)

варистор 391KD20 (250V)

варистор 431KD07 (275V)

варистор 431KD10 (275V)

варистор 431KD14 (275V)

варистор 431KD20 (275V)

варистор 471KD07 (300V)

варистор 471KD10 (300V)

варистор 471KD14 (300V)

варистор 471KD20 (300V)

варистор 561KD14 (350V)

варистор 561KD20 (350V)

варистор 561KD32 (350V)

варистор 621KD10 (385V)

варистор 621KD14 (385V)

варистор 621KD20 (385V)

варистор 681KD14 (420V)

варистор 681KD20 (420V)

варистор 821KD20 (510V)

варистор 102KD20 (625V)

Варисторы устанавливаются параллельно защищаемому электрооборудованию. В случае трехфазной нагрузки при соединении "звездой" они включаются в каждую фазу между фазой и землей, а при соединении нагрузки "треугольником" - между фазами. Наиболее предпочтительное место установки варисторов - сразу после коммутационного аппарата со стороны защищаемой нагрузки. Заводом "ПРОГРЕСС" выпускается очень удобный трехфазный ограничитель импульсных напряжений "Импульс-1", который представляет собой устройство для закрепления варисторов на электрощите, содержащее помещенные в корпус приспособления - держатели для трех варисторов, снабженные выводами. Это устройство позволяет легко реализовывать схемы защиты трехфазной нагрузки, соединенной как "звездой", так и "треугольником", а также защищать до трех независимых электроустановок, питающихся от однофазной сети.

Выбор типа используемого варистора и определение его классификационного напряжения осуществляется на основе анализа работы варистора в двух режимах: в рабочем и в импульсном.

1. Анализ работы варистора в рабочем режиме состоит в определении по таблице 1 такого классификационного напряжения, для которого длительное максимальное напряжение на нагрузке наиболее близко к табличному значению, но не превосходит его. Данные таблицы справедливы для варисторов с предельными отклонениями классификационного напряжения не более 10 % . для варисторов зарубежного производства в большинстве случаев указывается в составе маркировки.

2. Анализ работы варистора в импульсном режиме состоит в расчете максимальной мгновенной энергии по формуле:

E=P*tg(phi)/2п*f*n

где E - максимальная мгновенная энергия в джоулях, P - номинальная мощность нагрузки, приходящаяся на одну фазу (Вт), f - частота переменного напряжения (Гц), n - КПД защищаемой нагрузки. Такие расчеты обычно выполняются для нагрузок в несколько киловатт и более.

По таблице 2 выбирают тип варистора, обеспечивающего рассеивание энергии, значение которой рассчитано по приведенной формуле.

Таблица 1 В вольтах

	максимально допустимое длительное действующее переменное напряжение		классифи- кационное напряжение	максимально допустимое длительное действующее переменное напряжение	максимально допустимое длительное постоянное напряжение

Таблица 2

Классифика-	Максимальная энергия рассеивания варисторов, Дж
ционное нап- ряжение,В

Только имейте в виду некоторые производители пишут на варисторах классификационное напряжение варистора , а некоторые значение на переменный ток.

На варисторах российского производства пишется классификационное напряжение.

Основными параметрами, которые используют при описании характеристик варисторов, являются:

Un - классификационное напряжение, обычно измеряемое при токе 1 мА, - это условный параметр, который указывается при маркировке элементов;

Um – максимально допустимое действующее переменное

напряжение (среднеквадратичное);

Um= - максимально допустимое постоянное напряжение;

Р - номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в установленных пределах;

W - максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса. От этой величины зависит, как долго может действовать перегрузка (с максимальной мощностью Рт) без опасности повредить варистор.

Номинальное напряжение определяет максимально возможное напряжение, которое может быть применено к варистору. Превысить номинальное напряжение может только непродолжительный импульс перенапряжения, а именно ток перегрузки (импульсный) Imax и энергия импульса Wmax. При работе варистора к нему применяются амплитуда и количество импульсов, что и является характеристикой импульсов стандартной формы.

Wmax - энергия, которая рассеивается варистором, когда через него протекает импульса тока 10/1000. Характеристика Pmax должна иметься в виду, когда варистор не справляется с рассеиванием тепла в паузах между приложенными импульсами тока и перегревается. В целом Pmax зависит от размера и конструкции выводов варистора.

Обозначение варисторов:

Цифра до букв это диаметр варистора в мм. Цифры после букв это напряжение 431 = 430в, 471 = 470в. Бывает часто пишут маркировку без букв. Типа 7271, 10751.

Примеры: защита от скачков напряжений в ИБП ХВОХ-360 из Англии где 240в, стояло 2 параллельно варистора на 431 (430в).

Варистор в ИБП на 120в от игровой приставки WII из США стоял 7Z271 на 270в.

Варистор в ИБП на 220в от DVD плеера для России стоял 10Z471 на 470в.

Варистор в ИБП на 220в от CRT-телевизора Samsung 21" стоял TVR10751 (750в).

Типовое значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения составляет не более 25 нс, но для защиты некоторых видов оборудования его может оказаться недостаточно (для электростатической защиты необходимо не более 1 нс). Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов во всем мире направлено на повышение их быстродействия. Так, например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изготовлении варисторов многослойной структуры SIOV-CN и их SMD-исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монтажа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 не (при расположении таких элементов на печатной плате для получения указанного быстродействия уже необходимо минимизировать индуктивности внешних соединительных проводников). В дисковой конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время срабатывания увеличивается до нескольких наносекунд.

Для сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно устанавливают варисторы с классификационным напряжением не ниже 380…430 В. Для варистора с классификационным напряжением 430 В при импульсе тока 100 А напряжение будет ограничено на уровне около 600 В.

Варисторы можно соединять последовательно и параллельно , у них сопротивление нелинейное, напряжение между ними само выровняется. По сути варистор можно считать двухсторонним (на зависящим от полярности) стабилитроном, только с более мягкой характеристикой. К примеру нужно получить варистор на 360В, для этого возьмем два по 180В и соединим их последовательно! Для увеличения мощности варистора из нескольких небольших, можно получить мощную сборку, соединив их параллельно, однако надо учесть что существует определенный разброс параметров классификационных напряжений у каждого варистора из сборки, поэтому применение одного более мощного варистора более предпочтительно. Чтобы обеспечить нормальную параллельную работу варисторов - необходимо строгое совпадение ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения - т.е. варисторы последовательно собираются в столбы, а столбы соединяются параллельно. При этом путем подбора варисторов обеспечивают совпадение ВАХ столбов варисторов. Так поступают при создании высоковольтных, мощных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Частой причиной выхода из строя оборудования, например, блоков питания, является наличие в сети импульсов перенапряжения. Они могут быть вызваны различными электромагнитными помехами, связанными с грозовыми разрядами, либо с коммутацией и разрядами индуктивных и емкостных элементов цепи, а также соответствующими переходными процессами.

Свойства полупроводников изменять свою электропроводность под действием внешних возбуждений используется при построении ряда простейших полупроводниковых приборов (беспереходных), так называемых полупроводниковых резисторов.

Полупроводниковые резисторы – это множество видов резисторов, изготовленных из различных полупроводниковых материалов и использующих зависимость их электрического сопротивления от разнообразных воздействующих на резистор факторов. Соответственно выделяют:

варисторы (зависимость R от напряжения U);

терморезисторы (от температуры Т);

фоторезисторы (от светового потока Ф);

магниторезисторы (от магнитного поля В);

тензорезисторы (от механического давления Р).

Условные обозначения полупроводниковых резисторов приведены на рис. 1.

Наличие полупроводниковых резисторов с таким широким спектром зависимостей позволяет использовать их в разрабатываемой радиоэлектронной аппаратуре для решения множества разнообразных задач:

в качестве датчиков для измерения соответствующего параметра (U, Т, Ф, В, Р);

в устройствах стабилизации параметров объектов;

в системах сигнализации и защиты от перегрузок;

в системах регулирования физических величин;

в системах преобразования сигналов.

1. Варисторы

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного как положительного, так и отрицательного напряжения. Варистор имеет два вывода.

В настоящее время варисторы достаточно широко используются, прежде всего как элементы защиты от перенапряжений, более того, в силу симметричности высоконелинейной вольт-амперной характеристики при уникально высокой импульсной устойчивости, оксидно-полупроводниковые варисторы в настоящее время являются практически единственным реальным и массовым быстродействующим средством защиты сложных и дорогостоящих полупроводниковых систем различного назначения.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) варистора нелинейная и симметричная (рис. 2).

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика варистора

Основными материалами, используемыми для изготовления варисторов, являются карбид кремния и оксид цинка.

1. Принцип действия варисторов на основе карбида кремния

Чтобы получить такую зависимость I (U ) варисторы изготавливают в основном из карбида кремния SiC, порошкообразные зерна которого размером 20 …180 мкм перемешивают с 10 … 40 % связующего диэлектрического материала – глины, керамики, прессуют и обжигают при высокой температуре. В результате варистор представляет собой внутри конгломерат зерен с самой разной величиной зазоров и площадей соприкосновения.

Нелинейность ВАХ этого типа варистора обусловлена увеличением в сильных электрических полях проводимости поверхностных потенциальных барьеров или окисных плёнок на кристаллах. А также увеличением проводимости точечных контактов между кристаллами из-за разогрева в связи с выделяющейся на них мощностью.

Поскольку толщина поверхностных потенциальных барьеров и окисных пленок на кристаллах карбида кремния мала, там могут возникать сильные электрические поля даже при малых напряжениях на варисторе, что приводит к туннелированию носителей заряда сквозь потенциальные барьеры или сквозь тонкие оксидные пленки. Таким образом, при малых напряжениях на варисторе нелинейность ВАХ связана с зависимостью проводимости поверхностных потенциальных барьеров и окисных пленок, от величины напряжения.

При больших напряжениях на варисторе и соответственно, при больших токах, проходящих через варистор, плотность тока в точечных контактах оказывается очень большой. Все напряжение, приложенное к варистору, падает на точечных контактах. Поэтому удельная мощность, выделяющаяся в точечных контактах, достигает таких значений, которые нельзя не учитывать. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и к нелинейности ВАХ.

При мелкозернистой структуре эти механизмы практически не зависят от полярности приложенного напряжения – соответственно ВАХ варистора получается симметричной.

Сопротивление точечных контактов определяется сопротивлением растекания, т.е. сопротивлением малых активных областей полупроводника под точечными контактами. Из-за малости активных областей их разогрев практически не приводит к повышению температуры всего варистора. Кроме того, малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов. Теоретические расчеты показывают, что тепловая постоянная времени активных областей может составлять 10,6…1,7 с. Считая разогрев активных областей одним из основных процессов, приводящих к нелинейности ВАХ в рабочем диапазоне напряжений и токов для варистора, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варистора.

Температурная зависимость удельной проводимости полупроводников соответствует уравнению:
.

Сопротивление растекания двух контактирующих кристаллов:
,

где d – диаметр точечного контакта,B – коэффициент температурной чувствительности поверхностных слоёв кристалла.

Тогда статическое сопротивление варистора, состоящего из N параллельно включённых цепочек, имеющих свою очередьN ’ последовательно включённых контактирующих кристаллов:
.

Уравнение теплового баланса для активных областей варистора:

где Н – коэффициент рассеяния активных областей,Т – температура активных областей,Т – температура среды, окружающей активные области.

ВАХ приближенно может быть представлена уравнениями:

,
,

где U ,I – напряжение и ток варистора,C ,B ,
, – некоторые коэффициенты, причем
,
.

Параметры и характеристики варисторов на основе карбида кремния

Коэффициент нелинейности характеризует нелинейность ВАХ варистора. Для линейных резисторов он равен единице, для нелинейных – существенно больше единицы, причем с увеличением нелинейность ВАХ возрастает. Выражение для вычисления коэффициента нелинейности можно получить из соотношения между статическим и динамическими сопротивлениями варистора в определенной точке ВАХ:

.

ВАХ варистора в двойном логарифмическом масштабе (рис. 3):

lgU =lgI +lgC

EMBED Word.Picture.8

Рис. 3. ВАХ варистора в двойном логарифмическом масштабе

Коэффициент нелинейности в этом случае будет численно равен котангенсу угла наклона характеристики к оси токов: β = ctg= (lgI 2 - lgI 1)/(lgU 2 -lgU 1).

Для вычисления зависимости сопротивления варистора от протекающего по нему тока или приложенного напряжения пользуются соотношением:

R =CI α-1 /B

Иногда в практических расчетах неудобно пользоваться аналитическими выражениями ВАХ. В этом случае в достаточно широком диапазоне напряжений можно пользоваться эмпирическим уравнением:
,

где – электрическая проводимость рабочего тела варистора в слабых полях,a – постоянная. ВАХ варистора представлена на рис. 2.

Тогда коэффициент нелинейности β и постоянная В примут следующий вид:

,
.

Расчетные зависимости β от внешнего напряжения представлены на рис. 4.

Рис. 4. Расчетная зависимость коэффициента нелинейности от напряжения при различных температурах (В = 600 К)

Варистор – это радиоэлектронный элемент, применяемый в цепях защиты электронных приборов от перенапряжений в сети.

Он представляет собой полупроводниковый резистор, имеющий нелинейную вольт-амперную характеристику. Сопротивление варистора изменяется от сотен Мом до десятков Ом в зависимости от приложенного напряжения.

Полупроводниковый резистор включается параллельно с предохранителем в цепи питания электронных устройств для демпфирования воздействия всплесков напряжения в сети.

Обозначение варистора на схеме – это обозначение резистора, перечёркнутого ломаной линией, подразумевающей нелинейность.

В нормальном режиме работы полупроводниковый резистор имеет высокое сопротивление, но когда напряжение превышает номинальное, его сопротивление сильно падает, а ток возрастает из-за лавинного эффекта. Напряжение на нём остаётся на уровне чуть выше номинального, иными словами в этом режиме работает как стабилитрон.

Подключенный на входе цепей питания, полупроводниковый резистор вносит в цепь собственную ёмкость, которую нужно учитывать при проектировании, чтобы обеспечить устойчивую работу устройства. Значение ёмкости имеет прямо пропорциональную зависимость от площади и обратно пропорциональную от толщины.

Чтобы правильно подобрать элемент защиты от перегрузок цепей источника питания электронного устройства, необходимо знать входное сопротивление источника и мощность импульсов, возникающих при переходных процессах.

Длительность и период повторений выбросов напряжения определяет максимальное значение тока, которое может пропускать варистор. Если максимальное (пиковое) значение мало, то он перегреется и выйдет из строя.

Значит, для работы без отказов элемент должен эффективно рассеивать энергию импульса переходного процесса с возвратом в исходное состояние.

Классификация, достоинства и недостатки

По рабочему напряжению полупроводниковые резисторы делятся на:

• на высоковольтные (рабочее напряжение до 20кВ);
• низковольтные (от 3 до 200В).

Высоковольтные применяются для защиты от перенапряжений в электросетях и электроустановках, а низковольтные – для защиты цепей питания радиоэлектронных приборов и устройств.

К положительным характеристикам полупроводникового резистора можно отнести:

• способность работать на высоких частотах с большими нагрузками;
• невысокая стоимость;
• широкая применяемость;
• надёжность;
• простота применения.

Его недостатки проявляются в создании повышенного низкочастотного шума и в зависимость их вольт-амперной характеристики от температуры.

Технология изготовления

Варисторы изготавливают из порошков оксида цинка и карбида кремния на основе технологии, называемой «керамической». Технология заключается в прессовании элементов из порошков с обжигом их в высокотемпературной печи и покрытием корпуса электроизоляционным и влагостойким лаком.

Стандартная технология позволяет изготавливать полупроводниковые резисторы по индивидуальному заказу.

Параметры

Полупроводниковые резисторы характеризуются следующими параметрами:

• номинальное напряжение классификационное (В) – напряжение при котором варистор пропускает ток в 1 mA;
• напряжение максимально допустимое переменное (В)– это величина переменного напряжения, при котором ток варистора резко возрастает и он выполняет свои защитные функции;
• напряжение максимально допустимое постоянное (В)– величина постоянного напряжения, при котором, как и в предыдущем случае, варистор переходит в режим защиты;
• напряжение ограничения максимальное (В)– величина максимального напряжения, которое варистор выдерживает без повреждения; при превышении его он выходит из строя: растрескивается, выгорает или разрушается на куски;
• Максимальная поглощаемая энергия (Дж) – это максимальная энергия импульса, которую рассеивает варистор в виде тепла без разрушения;
• Время срабатывания (нс) – время, в течение которого он переходит из высокоомного состояния в низкоомное; у большинства варисторов оно составляет десятки наносекунд;
• Допустимое отклонение – значение отклонения от напряжения квалификационного (%). Выражается в виде стандартизованного ряда ±5%, ±10%, ±20% и т. д.

Маркировка варисторов, обозначения

На корпусе каждого элемента имеется маркировка из букв и цифр, расшифровка которых поведает о характеристиках электронного элемента.

Первые буквы в маркировке означают вид элемента: СН – сопротивление нелинейное.

Цифра в маркировке между двух дефисов – тип конструкции: 1 – стержневая, 2- дисковая.

Последующие цифры в ряду маркировки означают номинальное напряжение и допустимое отклонение в процентах.

Исправен ли варистор, как проверить?

Исправность элемента можно проверить несколькими способами:

• Визуальным осмотром с целью определения подгораний, растрескиваний корпуса, потемнения корпуса, которые говорят о возможной неисправности элемента;
• Измерением сопротивления с помощью омметра или мультиметра .

Заключение

В данной статье мы узнали, что такое варистор – это резистор из полупроводникового материала с нелинейной вольт-амперной характеристикой, который надёжным и простым способом защиты электронных приборов от импульсных перегрузок.

В случае резкого превышения номинального напряжения питания, полупроводниковый резистор резко понижая своё сопротивление , шунтирует цепь питания и берёт на себя нагрузку по резко возросшему току.

Варистор серии 07K, 10K, 14K, 20K – оксидно-цинковый защитный элемент, обладающий способностью мгновенного изменения собственного сопротивления под воздействием подаваемого напряжения. Характерные резко выраженные нелинейные и симметричные вольтамперные характеристики предоставляют возможность эксплуатации варисторов в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Принцип работы варистора заключается в его способности в считанные наносекунды (до 25 нс ) понижать собственное сопротивление до отметки в несколько Ом при воздействии напряжения, превышающего номинальное значение – напряжения срабатывания, ток срабатывания при этом может достигать 100А .

В обычном состоянии сопротивление варистора достигает нескольких сотен МОм, а поскольку подключают варисторы параллельно цепи , то ток через него не проходит и он выступает в роли диэлектрика. Импульсный скачок приводит варистор в действие, понижая его сопротивление – происходит короткое замыкание и перегорает плавкий предохранитель, который должен устанавливаться в обязательном порядке перед варистором, и цепь размыкается.

В момент срабатывания происходит шунтирование излишней нагрузки, поглощаемая энергия (до 282 Дж при импульсе тока 2,5 мс ) рассеивается в виде теплового излучения. Габаритные размеры варистора при этом играют значительную роль – общая площадь поверхности варистора имеет пропорциональное влияние на возможность гашения импульса напряжения без разрушения самого устройства.

Варисторы серии 07K, 10K, 14K, 20K имеют форму диска (дисковые варисторы) различной толщины с однонаправленными проволочными выводами радиального типа. Изготавливаются представленные варисторы методом прессования порошкообразного оксида цинка (ZnO).

На корпусе варисторов нанесена маркировка с указанием номинального классификационного напряжения и соответствующего допуска по напряжению (±10% ). На образцах варисторов импортного производства при маркировке допуска используют символьное обозначение, например, буква K обозначает допуск ±10%, буква M – допуск ±20%.

Устанавливаются варисторы параллельно защищаемому устройству с помощью пайки выводов. Для достижения максимального уровня защиты рекомендуется использование двух одинаковых варисторов, подключенных параллельно друг другу, и дополнительного плавкого предохранителя, устанавливаемого последовательно перед варисторами.

Применяются предоставленные варисторы 07K, 10K, 14K, 20K для защиты элементов от перенапряжения в источниках и системах электропитания, бытовой и военной технике, телекоммуникационном и измерительном оборудовании.

Подробные характеристики, расшифровка маркировки, габаритные размеры, общее устройство варисторов 07K , 10K , 14K , 20K указаны ниже. Наша компания гарантирует качество и работу варисторов в течение 2 лет с момента их приобретения; предоставляются сертификаты качества.

Окончательная цена на оксидно-цинковые варисторы 07K, 10K, 14K, 20K зависит от количества, сроков поставки и формы оплаты.