Varistorid - tööpõhimõte, tüübid ja rakendus
Varistor on pooljuhtkomponent, mis võib muuta oma aktiivtakistust mittelineaarselt sõltuvalt sellele rakendatava pinge suurusest. Tegelikult on tegemist sellise voolu-pinge karakteristikuga takistiga, mille lineaarlõik on piiratud kitsa vahemikuga, millele varistori takistus tuleb siis, kui sellele rakendatakse üle teatud läve pinge.
Siinkohal muutub elemendi takistus järsult mitme suurusjärgu võrra — see väheneb esialgsetelt kümnetelt MΩ-lt oomiühikuteni. Ja mida rohkem rakendatav pinge suureneb, seda väiksemaks muutub varistori takistus. See omadus muudab varistori kaasaegsete liigpingekaitseseadmete põhitarvikuks.
Paralleelselt kaitstud koormusega ühendatud varistor neelab häirevoolu ja hajutab selle soojusena. Ja selle sündmuse lõpus, kui rakendatud pinge väheneb ja naaseb üle läve, taastab varistor oma esialgse takistuse ja on taas valmis kaitsefunktsiooni täitma.
Võib öelda, et varistor on gaasisädemevahe pooljuhtanaloog, ainult varistoris taastub erinevalt gaasisädemest algne kõrge takistus kiiremini, inerts praktiliselt puudub ning nimipingete vahemik algab 6-st ja ulatub 1000 ja enam voltini.
Sel põhjusel kasutatakse varistoreid kaitseahelates laialdaselt. pooljuhtlülitid, induktiivsete elementidega ahelates (sädemete kustutamiseks), samuti elektrooniliste seadmete sisendahelate elektrostaatilise kaitse sõltumatud elemendid.
Varistori valmistamise protsess seisneb pulbrilise pooljuhi paagutamises sideainega temperatuuril umbes 1700 ° C. Siin kasutatakse pooljuhte, nagu tsinkoksiid või ränikarbiidi. Sideaineks võib olla vesiklaas, savi, lakk või vaik. Paagutamise teel saadud kettakujulisele elemendile kantakse metalliseerimise teel elektroodid, mille külge on joodetud komponendi montaažijuhtmed.
Lisaks traditsioonilisele ketasvormile võib varistoreid leida vardade, helmeste ja kilede kujul. Reguleeritavad varistorid on valmistatud liikuva kontaktiga varraste kujul. Erinevate sidemetega ränikarbiidil põhinevate varistoride valmistamisel kasutatavad traditsioonilised pooljuhtmaterjalid: türiit, williit, letiin, siliit.
Varistori sisemine tööpõhimõte seisneb selles, et sidemassi sees olevate väikeste pooljuhtkristallide servad on üksteisega kontaktis, moodustades juhtivaid ahelaid. Kui neid läbib teatud suurusega vool, tekib kristallide lokaalne ülekuumenemine ja ahelate takistus väheneb. See nähtus seletab varistori CVC mittelineaarsust.
Varistori üks peamisi parameetreid koos efektiivvastuspingega on mittelineaarsuse koefitsient, mis näitab staatilise takistuse ja dünaamilise takistuse suhet. Tsinkoksiidil põhinevate varistorite puhul varieerub see parameeter vahemikus 20 kuni 100. Varistori takistuse temperatuurikoefitsiendi (TCR) puhul on see tavaliselt negatiivne.
Varistorid on kompaktsed, töökindlad ja töötavad hästi laias töötemperatuuri vahemikus.Trükkplaatidel ja SPD-des võib leida väikseid ketasvaristorid läbimõõduga 5 kuni 20 mm. Suuremate võimsuste hajutamiseks kasutatakse 50-, 120- ja enammillimeetriste üldmõõtmetega plokkvaristoreid, mis on võimelised impulssiga hajutama kilodžaule energiat ja läbima nende kaudu kümnete tuhandete amprite suurust voolu, kaotamata samal ajal efektiivsust.
Iga varistori üks olulisemaid parameetreid on reaktsiooniaeg. Ehkki varistori tüüpiline aktiveerimisaeg ei ületa 25 ns ja mõnes vooluringis sellest piisab, on mõnes kohas, näiteks elektrostaatika eest kaitsmiseks, vaja kiiremat reaktsiooni, mitte rohkem kui 1 ns.
Seoses selle vajadusega suunavad maailma juhtivad varistoride tootjad oma jõupingutused oma jõudluse suurendamiseks. Üks võimalus selle eesmärgi saavutamiseks on vähendada mitmekihiliste komponentide klemmide pikkust (vastavalt induktiivsust). Sellised CN-varistorid on integraallülituste staatilise väljundi kaitses juba väärilise koha võtnud.
Alalisvoolu varistori nimipinge (1mA) on tingimuslik parameeter, sellel pingel ei ületa varistori läbiv vool 1mA.Nimipinge on näidatud varistori märgistusel.
ACrms on varistori vahelduvvoolu pinge efektiivvastus. DC — alalispinge käivitamine.
Lisaks on standardiseeritud maksimaalne lubatud pinge antud voolu juures, näiteks V @ 10A. W on komponendi nimivõimsuse hajumine. J on ühe neeldunud impulsi maksimaalne energia, mis määrab aja, mille jooksul varistor suudab nimivõimsust hajutada, jäädes samas heasse seisukorda. Ipp — varistori tippvool, mis on normaliseeritud tõusuaja ja neelduva impulsi kestusega, mida pikem on impulss, seda väiksem on lubatud tippvool (mõõdetuna kiloamprites).
Suurema võimsuse hajumise saavutamiseks on lubatud varistoride paralleel- ja jadaühendus. Paralleelselt ühendamisel on oluline valida varistorid parameetritele võimalikult lähedal.