Varistoriai - veikimo principas, tipai ir pritaikymas
Varistorius yra puslaidininkinis komponentas, kuris gali keisti savo aktyviąją varžą netiesiškai, priklausomai nuo jam taikomos įtampos dydžio. Tiesą sakant, tai yra rezistorius, turintis tokią srovės-įtampos charakteristiką, kurios linijinė atkarpa yra apribota siauru diapazonu, į kurią varistoriaus varža patenka, kai įtampa viršija tam tikrą slenkstį.
Šiuo metu elemento varža staigiai pasikeičia keliomis eilėmis - ji sumažėja nuo pradinių dešimčių MΩ iki omų vienetų. Ir kuo labiau didėja taikoma įtampa, tuo varistoriaus varža tampa vis mažesnė. Dėl šios savybės varistorius yra pagrindinis šiuolaikinių apsaugos nuo viršįtampių prietaisas.
Lygiagrečiai su apsaugota apkrova prijungtas varistorius sugeria trikdžių srovę ir išsklaido ją kaip šilumą. Ir šio įvykio pabaigoje, kai taikoma įtampa sumažėja ir grįžta virš slenksčio, varistorius atstato pradinę varžą ir vėl yra pasirengęs atlikti apsauginę funkciją.
Galima sakyti, kad varistorius yra puslaidininkinis dujų kibirkšties tarpo analogas, tik varistorius, skirtingai nuo dujų kibirkšties, greičiau atkuriama pradinė didelė varža, praktiškai nėra inercijos, o vardinių įtampų diapazonas prasideda nuo 6 ir siekia 1000 ir daugiau voltų .
Dėl šios priežasties varistoriai plačiai naudojami apsauginėse grandinėse. puslaidininkiniai jungikliai, grandinėse su indukciniais elementais (kibirkštims gesinti), taip pat nepriklausomi elektroninių prietaisų įvesties grandinių elektrostatinės apsaugos elementai.
Varistoriaus gamybos procesas susideda iš miltelių pavidalo puslaidininkio sukepinimo su rišikliu maždaug 1700 ° C temperatūroje. Čia naudojami puslaidininkiai, tokie kaip cinko oksidas arba silicio karbidas. Rišiklis gali būti vandens stiklas, molis, lakas arba derva. Ant sukepinimo būdu gauto disko formos elemento metalizavimo būdu uždedami elektrodai, prie kurių prilituojami komponento surinkimo laidai.
Be tradicinės disko formos, varistorių galima rasti strypų, karoliukų ir plėvelių pavidalu. Reguliuojami varistoriai yra pagaminti iš strypų su kilnojamu kontaktu. Tradicinės puslaidininkinės medžiagos, naudojamos gaminant varistorius, kurių pagrindą sudaro silicio karbidas su įvairiomis jungtimis: tiritas, Willitas, letinas, silitas.
Vidinis varistoriaus veikimo principas yra tas, kad jungiamosios masės viduje esančių mažų puslaidininkinių kristalų briaunos liečiasi viena su kita, sudarydamos laidžias grandines. Kai per juos praeina tam tikro dydžio srovė, atsiranda vietinis kristalų perkaitimas ir sumažėja grandinių varža. Šis reiškinys paaiškina varistoriaus CVC netiesiškumą.
Vienas iš pagrindinių varistoriaus parametrų, kartu su efektine atsako įtampa, yra netiesiškumo koeficientas, kuris parodo statinės varžos ir dinaminės varžos santykį. Varistorių, kurių pagrindą sudaro cinko oksidas, šis parametras svyruoja nuo 20 iki 100. Varistoriaus atsparumo temperatūros koeficientas (TCR) dažniausiai yra neigiamas.
Varistoriai yra kompaktiški, patikimi ir puikiai veikia esant įvairioms darbo temperatūroms.Ant spausdintinių plokščių ir SPD galima rasti mažų diskinių varitorių, kurių skersmuo nuo 5 iki 20 mm. Didesnėms galioms išsklaidyti naudojami 50, 120 ir daugiau milimetrų bendrų matmenų blokiniai varistoriai, galintys impulsu išsklaidyti kilodžaulius energijos ir per juos praleisti dešimčių tūkstančių amperų sroves, neprarandant efektyvumo.
Vienas iš svarbiausių bet kurio varistoriaus parametrų yra atsako laikas. Nors tipinis varistoriaus įjungimo laikas neviršija 25 ns, o kai kuriose grandinėse to pakanka, vis dėlto kai kuriose vietose, pavyzdžiui, apsaugai nuo elektrostatikos, reikia greitesnės reakcijos, ne daugiau kaip 1 ns.
Atsižvelgdami į šį poreikį, pirmaujantys pasaulyje varistorių gamintojai nukreipia savo pastangas didinti jų našumą. Vienas iš būdų pasiekti šį tikslą yra sumažinti daugiasluoksnių komponentų gnybtų ilgį (atitinkamai induktyvumą). Tokie CN varistoriai jau užėmė vertingą vietą apsaugant nuo statinės integrinių grandynų išvesties.
Nuolatinės srovės varistoriaus vardinė įtampa (1mA) yra sąlyginis parametras, esant šiai įtampai, srovė per varistorių neviršija 1mA.Nominali įtampa nurodyta ant varistoriaus žymėjimo.
ACrms yra varistoriaus vidutinė kintamosios srovės įtampos reakcija. DC – nuolatinės srovės įtampos įjungimas.
Be to, didžiausia leistina tam tikros srovės įtampa yra standartizuota, pavyzdžiui, V @ 10A. W yra komponento vardinė galios sklaida. J – didžiausia vieno sugerto impulso energija, kuri apibrėžia laiką, per kurį varistorius galės išsklaidyti vardinę galią, išlikdamas geros būklės. Ipp – varistoriaus didžiausia srovė, normalizuota pagal kilimo laiką ir sugerto impulso trukmę, kuo ilgesnis impulsas, tuo mažesnė leistina didžiausia srovė (matuojama kiloamperais).
Siekiant didesnio galios išsklaidymo, leidžiamas lygiagretus ir nuoseklus varistorių jungimas. Kai jungiamas lygiagrečiai, svarbu parinkti varistorius kuo arčiau parametrų.