Варистор что это такое. Варистор: принцип работы, характеристики и применение в электронике

Что такое варистор и как он работает. Какие бывают виды варисторов. Для чего используются варисторы в электронных схемах. Каковы основные характеристики и параметры варисторов. Как выбрать подходящий варистор для защиты электрической цепи.

Содержание

Что такое варистор и принцип его работы

Варистор — это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения. Название «варистор» происходит от слов «variable resistor» — переменный резистор.

Ключевые особенности варистора:

Сопротивление уменьшается при увеличении напряжения
Имеет симметричную вольт-амперную характеристику
Обладает двумя выводами
Используется для защиты от импульсных перенапряжений

Как работает варистор? При низких напряжениях его сопротивление очень велико, и через него протекает минимальный ток. При достижении определенного порогового напряжения сопротивление варистора резко падает, и он начинает пропускать значительный ток. Это позволяет ограничивать напряжение в цепи и защищать другие компоненты от перенапряжений.

Виды и конструкция варисторов

Существует два основных типа варисторов:

Варисторы на основе карбида кремния (SiC)
Металлооксидные варисторы (MOV) на основе оксида цинка (ZnO)

Металлооксидные варисторы получили наибольшее распространение благодаря лучшим характеристикам. Они изготавливаются из спрессованных зерен оксида цинка с добавками других оксидов металлов.

Конструктивно варисторы выпускаются в виде:

Дисков
Таблеток
Стержней
Бусинок

Поверхность варистора металлизируется и к ней припаиваются выводы. Размеры варисторов могут составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в зависимости от назначения.

Основные характеристики и параметры варисторов

Ключевыми параметрами варисторов являются:

Классификационное напряжение — напряжение при токе 1 мА
Максимальное рабочее напряжение
Максимальный импульсный ток
Энергия поглощения
Емкость варистора
Время срабатывания (единицы наносекунд)
Коэффициент нелинейности

Важнейшей характеристикой является вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора. Она имеет нелинейный симметричный вид и описывается уравнением:

I = k * U^β

где I — ток, U — напряжение, k и β — коэффициенты.

Применение варисторов в электронных схемах

Основные области применения варисторов:

Защита от импульсных перенапряжений в сети
Ограничение перенапряжений в силовых цепях
Защита полупроводниковых приборов
Стабилизация и регулирование напряжения
Подавление помех и электромагнитных импульсов

Варисторы широко используются в:

Блоках питания

Сетевых фильтрах
Устройствах защиты от перенапряжений
Телекоммуникационном оборудовании
Бытовой технике

Для защиты от перенапряжений варистор подключается параллельно защищаемому участку цепи. При нормальном напряжении он обладает высоким сопротивлением. При возникновении перенапряжения сопротивление резко падает, и избыточный ток отводится через варистор.

Как выбрать варистор для защиты электрической цепи

При выборе варистора необходимо учитывать следующие параметры:

Максимальное рабочее напряжение сети
Ожидаемые уровни перенапряжений
Максимальный импульсный ток
Энергию поглощения
Емкость варистора

Рабочее напряжение варистора выбирается на 10-15% выше номинального напряжения сети. Например, для сети 220 В подойдет варистор на 250-275 В.

Энергия поглощения и максимальный импульсный ток выбираются с запасом в зависимости от ожидаемых перенапряжений в конкретном применении.

Преимущества и недостатки варисторов

Основные достоинства варисторов:

Быстрое время срабатывания (наносекунды)
Способность поглощать большую энергию
Низкая стоимость
Простота применения
Высокая надежность

К недостаткам можно отнести:

Деградацию параметров при многократных срабатываниях
Наличие остаточного напряжения
Зависимость характеристик от температуры

Несмотря на недостатки, варисторы остаются одним из самых распространенных средств защиты электронных устройств от перенапряжений благодаря оптимальному сочетанию характеристик, надежности и стоимости.

Обозначение варисторов на электрических схемах

На принципиальных электрических схемах варисторы обозначаются следующим образом:

Буквенное обозначение: RU
Графическое обозначение: ромб с двумя выводами

Маркировка на корпусе варистора обычно содержит:

Классификационное напряжение
Максимальное рабочее напряжение
Максимальный импульсный ток
Энергию поглощения

Например, маркировка «471K» означает варистор с классификационным напряжением 470 В и допуском ±10%.

Заключение

Варисторы являются важным элементом защиты современной электроники от перенапряжений. Их нелинейные свойства позволяют эффективно ограничивать напряжение в цепях и отводить избыточную энергию. Правильный выбор и применение варисторов помогает повысить надежность и долговечность электронных устройств.

Варистор | это… Что такое Варистор?

Обозначение на схеме

Вари́стор (англ. vari(able) (resi)stor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В русскоязычной литературе часто применяется термин разрядник

[источник не указан 288 дней] для обозначения варистора или устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) на основе варистора.

Содержание

1 Изготовление
2 Свойства
3 Применение
4 Параметры
5 Литература
6 Ссылки

Изготовление

Изготавливают варисторы спеканием при температуре около 1700 °C полупроводника — преимущественно порошкообразного карбида кремния SiC или оксида цинка ZnO, и связующего вещества (глина, жидкое стекло, лаки, смолы и др. ). Далее поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы.

Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы. Широкое распространение получили стержневые подстроечные варисторы с подвижным контактом.

Вольт-амперные характеристики варисторов: синие — на основе ZnO, красные — на основе SiC.

Разные варисторы

Свойства

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.

Один из основных параметров варистора — коэффициент нелинейности λ — определяется отношением его статического сопротивления R к динамическому сопротивлению R_d:

где U и I — напряжение и ток варистора.

Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO.

Температурный коэффициент сопротивления варистора — отрицательная величина.

Применение

Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.

Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.

Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение — изменение параметров со временем и при колебаниях температуры.

Параметры

Вольт-амперная характеристика
Классификационное напряжение, В — напряжение при определённом токе (обычно изготовители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет.
Рабочее напряжение (Operating voltage) В (для пост. тока Vdc и Vrms — для переменного) — диапазон — от нескольких В до нескольких десятков кВ; данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях.
Рабочий ток (Operating Current), А — диапазон — от 0,1 мА до 1 А
Максимальный импульсный ток (Peak Surge Current ), А
Поглощаемая энергия (Absorption energy), Дж
Коэффициент нелинейности
Температурные коэффициенты (статич. сопротивления, напряжения, тока) — для всех типов варисторов не превышает 0,1 % на градус

Литература

В. Г. Герасимов, О. М. Князьков, А. Е. Краснопольский, В. В. Сухоруков (Под ред. В. Г. Герасимова). Основы промышленной электроники: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1978.
В. Г. Колесников (главный редактор). Электроника: Энциклопедический словарь. — 1-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1991. — С. 54. — ISBN 5-85270-062-2

Ссылки

Устройства защиты от импульсных перенапряжений. Компонентная база УЗИП

что это такое, принцип работы, применение, обозначение на схемах

Содержание:

Варистор — что это такое, принцип работы, применение, обозначение на схемах

Варистор — это полупроводниковый элемент, который предназначен для защиты электронных схем от скачков напряжения. По сути, варистор — это тот же самый резистор, основным параметром которого является сопротивление, которое зависит от поступающего на него напряжения.

Основным предназначением варисторов является защита радиоэлектронных цепей от перенапряжения. Основной характеристикой варисторов является вольт-амперная составляющая. Именно она и будет изменяться в зависимости от величины напряжения, которое проходит через варистор.

Таким образом, становится понятно, как именно работает варистор и для чего он нужен. В этой статье сайта САМ Электрик ИНФО https://samelektrikinfo.ru/ будет рассказано о том, что такое варистор, как он работает и устроен, а также, какое имеет обозначение на схемах. Данная статья носит ознакомительный характер и предназначена она в первую очередь для начинающих радиолюбителей.

Что такое варистор

Варистор — это полупроводник, резистор, по сути, проводимость которого всецело зависит от проходящего напряжения. Варисторы служат для защиты электронных элементов на плате от сильных скачков напряжения. Любой варистор имеет два вывода, а основным его параметром является нелинейная вольт-амперная характеристика, обозначающаяся в виде «ВАХ».

Стабилизация напряжения — вот главная задача варистора. Происходит это благодаря одной маленькой особенности, поскольку варисторы умеют автоматически менять своё сопротивления в зависимости от напряжения в цепи. И если вдруг в цепи возникает большое перенапряжение, то варистор просто замкнёт цепь и, не даёт тем самым выйти из строя другим элементам на плате.

Виды варисторов

Существует два принципиально разных вида варисторов, это высоковольтные и низковольтные варисторы. Высоковольтные варисторы рассчитаны на работу в цепях до 20 кВ, а низковольтные варисторы работают в цепях от 3 до 200 Вольт.

Именно низковольтные варисторы и получили наибольшую популярность в различных радиоустройствах, которыми мы привыкли пользоваться на сегодняшний день. Изготавливаются варисторы из карбида кремния и оксида цинка, с последующим покрытием данных элементов металлом.

Основные характеристики варисторов

Все варисторы имеют следующие характеристики, которые важно брать во внимание каждому начинающему радиолюбителю:

рабочее напряжение варистора, оно может быть от двух Вольт и заканчиваться десятками киловольт;
время срабатывания варистора, оно измеряется в наносекундах;
емкость варистора, всецело зависит от напряжения в цепи;

полная энергия поглощения, которая измеряется в Джоулях;
максимальный импульсный ток, который измеряется в Амперах.

Также любой варистор имеет такую характеристику, как допустимое отклонение, которое измеряется в процентах. Далее рассмотрим, как обозначается варистор на схемах, какую маркировку он имеет.

Маркировка и обозначение варисторов на схемах

Варисторы имеют как графическое, так и буквенное обозначение, которое наносится прямо на их корпус.

Обычно на корпусе варисторов указываются определенные характеристики этого полупроводника, такие как:

форм-фактор варистора;
допустимое отклонение;
максимальное рабочее напряжение;
диаметр варистора.

Также на корпусе может быть указан тип варистора, оксидно-цинковый или металлооксидный. При этом стоит заметить, что каждый производитель варисторов имеет право устанавливать свою собственную маркировку этого устройства.

Принцип работы варистора

Варистор работает следующим образом. Его сопротивление при работе в обычном режиме большое. При значительном повышении напряжения сопротивление варистора начинает снижаться. Таким образом, происходит регулировка и защита электронной цепи.

Следует учитывать, что при установке на входе в электроцепи варистор добавляет свою емкость к уже существующей емкости. Поэтому данную особенность важно учитывать при проектировании всей линии.

Варистор — что это такое, принцип работы, применение, обозначение на схемах

Поделиться с друзьями

Что такое варистор? (с картинками)

Наука

Факт проверен

Варистор, также иногда называемый «зависимым от напряжения резистором», представляет собой часть электрической схемы, которая помогает направлять и отклонять напряжение, чтобы поддерживать постоянные уровни энергии, протекающие через него. Понимание специфики того, что он делает и как он функционирует, может быть сложным. Однако на самом общем уровне эти компоненты работают как внутренние устройства защиты от перенапряжений и помогают удерживать электрические токи внутри данного устройства. Обычно они изготавливаются из металлических композитов, специально разработанных для поглощения и проведения электричества на определенных уровнях, хотя обычно они не считаются настоящими проводниками. Почти все современные электроприборы содержат их, и они, пожалуй, наиболее очевидны и наиболее важны в таких вещах, как генераторы и трансформаторы, которые получают регулярные скачки тока высокого напряжения.

Что он делает

Слово «варистор» представляет собой комбинацию слов «переменный» и «резистор», и, говоря простым языком, это именно то, что делает этот компонент: он сопротивляется электричеству в зависимости от того, сколько энергии проходит мимо, и интенсивности этой энергии. Его основная роль заключается в том, чтобы действовать как более или менее искровой разрядник, который защищает печатные платы от неконтролируемого напряжения. Без них электрические токи могли бы свободно проходить через систему на высоких уровнях. Это может быть опасно для человека, а также может привести к «поджариванию» или повреждению самой печатной платы.

Эти компоненты часто очень малы, хотя их размер обычно зависит от типа устройства или устройства, с которыми возникает проблема. В небольших устройствах, таких как персональные компьютеры или домашняя электроника, они обычно не превышают 0,4 дюйма (1 см) в поперечнике, но в генераторах и трансформаторах они могут быть намного больше. Большинство из них круглые, и у них обычно есть два контакта или штифта, которые выходят из них в печатную плату того, что они защищают. Многие из самых маленьких экземпляров имеют круглую форму и часто напоминают маленькие монеты или крошечные батарейки, хотя распространены и модели квадратной формы. Когда дело доходит до внешнего вида, существует много различий, и во многом это связано со спецификой использования. Небольшие личные устройства обязательно имеют другие потребности, чем более крупные и мощные устройства, такие как телекоммуникационные узлы и компьютерные серверы.

Наиболее распространенное использование

Большинство устройств, использующих электричество, нуждаются в подавлении напряжения, а это означает, что почти каждое электронное устройство, от будильника до промышленного оборудования, нуждается в переменном резисторе. В небольших бытовых приборах этот компонент часто не очень заметен и часто работает в сочетании с другими мерами проверки напряжения, чтобы обеспечить базовую защиту от перенапряжения. Сетевые фильтры — длинные полосы розеток, которые подключаются к настенным розеткам, — одни из самых распространенных мест, где можно найти эти резисторы в доме. Однако более крупные машины, как правило, более явно зависят от них.

Такие вещи, как трансформаторы, телефонные коммутаторы и крупногабаритные механические устройства, часто зависят от мощных резисторов, чтобы предотвратить полное расплавление и опасные условия труда. Варисторы в этих настройках имеют тенденцию быть немного более мощными и часто имеют возможность вызвать отключение всего устройства в случае обнаружения чрезмерно высоких напряжений. Обычно это требует немедленного ремонта и возможной замены сенсорного устройства, но в большинстве случаев может спасти устройство в целом.

Как это работает

На общем уровне эти компоненты функционируют путем шунтирования токов через ряд заряженных ионами частиц, зажатых между двумя противоположными металлическими пластинами для создания барьеров и соединений, эффективно направляющих токи в определенные места. Наиболее распространенный тип известен как варистор на основе оксида металла или MOV. В примерах этой категории используются зерна оксида цинка для поглощения и более или менее улавливания протекающих токов, и заставляют эти токи течь только в одном направлении. Когда потоки возвращаются сами к себе, возникает повышенный риск возникновения проблем.

Зерна обычно сами по себе несут электрический заряд, что помогает, когда речь идет как о поглощении, так и о направлении тока. В большинстве случаев это также приводит к повышению адаптивности. Небольшие токи с напряжением от низкого до среднего проходят через пластины и обычно не требуют особых действий. Однако токи высокого напряжения могут подавлять обычные диодные переходы, что приводит в действие резисторы. В результате можно сказать, что MOV имеет высокое сопротивление при низких напряжениях, но низкое сопротивление при высоких напряжениях. Другими словами, он гибок в различных настройках.

Важность сдерживания энергии

Основная роль такого устройства — направлять и шунтировать энергию, но оно не является отказоустойчивым. Чрезмерно мощные всплески энергии могут повредить или даже уничтожить его. Удары молнии, например, часто разрушают такие резисторы или вызывают их плавление.

Тем не менее, большинство проблем можно предвидеть, и в большинстве случаев резисторы способны предотвратить серьезные проблемы. Двумя наиболее важными параметрами являются время отклика, то есть время, необходимое устройству для выхода из строя, а также максимальный ток и заданное напряжение пробоя, которые устанавливают ограничения на приемлемые уровни энергии. Различные виды использования имеют разные потребности в емкости и спецификации.

Что такое варистор? — Работа, применение и характеристики

Определение: Термин Варистор образован комбинацией двух слов Переменная 9. 0044 и Резистор. Значит переменное сопротивление. Сопротивление варисторов зависит от приложенного напряжения. Сопротивление показывает нелинейное поведение с приложенным напряжением.

Варисторы защищают цепь , пропуская через них избыточный ток и предотвращая повреждение цепи.

Вы, должно быть, думаете, что если варистор показывает переменное сопротивление, то он должен быть похож на потенциометр и реостат. Но это неправда. Потенциометр и реостат полностью отличаются от варистора. Хотя потенциометр и реостат также показывают переменное сопротивление, сопротивление потенциометра и реостата можно изменять вручную между минимальным и максимальным значениями.

Наоборот, сопротивление варисторов зависит от приложения напряжения. В связи с этим возникает вопрос, почему использовать переменный резистор или варистор? Каково его значение? Варисторы важны в приложениях, где чрезмерный ток в цепи может привести к разрушению всей схемы.

Процесс производства варисторов

Кристаллы полупроводникового материала, такого как карбид кремния , используются с керамическим связующим, и оба запрессовываются между электродами, и весь кристалл спекается при более высокой температуре. Температура изготовления и температура спекания играют жизненно важную роль в формировании электрических характеристик варисторов.

Металлооксидные варисторы

Недостатком использования полупроводникового кристалла является то, что величина тока утечки в цепи больше. Причина этого в том, что каждый полупроводниковый кристалл имеет переход, и из-за наличия этого перехода проблема накопления заряда становится доминирующей.

Таким образом, когда устройство переключается из режима прямого смещения в режим обратного смещения, заряду, хранящемуся в переходе, требуется некоторое время, чтобы полностью разрядиться. Таким образом, ток течет в течение короткого времени даже в режиме обратного смещения.

Этот недостаток полупроводникового варистора можно преодолеть, если использовать металлооксидный варистор. В случае металлооксидных варисторов используются зерна оксида цинка или оксиды других металлов. Как правило, 90% зерен состоят из оксида цинка , а 10% зерен состоят из других металлов, таких как висмут, кобальт, марганец.

Эти зерна смешаны с зернистым слоем; этот слой действует как связующее вещество. Он удерживает зерна и зернистый слой нетронутыми между двумя электродами. Металлические контакты предназначены для облегчения смещения.

Обратный ток утечки в случае металлооксидных варисторов меньше по сравнению с полупроводниковым. Основной причиной этого является конструктивная структура металлооксидных варисторов.

В варисторах из оксидов металлов мелкие зерна оксидов металлов действуют как группа большого количества диодов. Таким образом, это можно рассматривать как большое количество небольших диодов, соединенных параллельно. Из-за этого переход, образованный крошечными диодами, мал, и при подаче напряжения на каждом диоде возникает небольшое напряжение.

Таким образом, из-за меньшего напряжения, которое появляется на переходе, образованном зернами оксида металла, генерируемый обратный ток утечки также минимален.

Работа варистора

При прямом смещении варистор обеспечивает высокое сопротивление на пути тока и, таким образом, очень малую величину тока, проходящего через устройства. Напряжение в этой точке называется номинальным напряжением варистора.

Когда приложенное напряжение увеличивается дальше и становится выше номинального напряжения варистора, сопротивление устройства начинает резко падать и токи начинают проходить через варистор.

Когда приложенное напряжение ниже номинального напряжения, варистор ведет себя как конденсатор и накапливает носитель заряда. Таким образом, сопротивление переменных резисторов показывает нелинейные характеристики с приложенным напряжением.

Сопротивление варистора

Из диаграммы ниже видно, что сопротивление начинает падать с увеличением напряжения.

ВАХ варисторов

ВАХ варисторов показаны на диаграмме ниже. Из диаграммы ниже видно, что ток зависит от приложенного напряжения нелинейно. В типичном резисторе ток изменяется линейно в зависимости от приложенного напряжения, т. е. подчиняется закону Ома, в то время как варисторы не подчиняются закону Ома.

Первоначально при приложении напряжения ток не показывает значительного увеличения, но через некоторое время небольшое изменение приложенного напряжения вызывает значительное увеличение значения тока. Напряжение, выше которого начинает резко возрастать ток, называется номинальным напряжением варисторов.

Применение варисторов

Защита электрических и электронных цепей: Варисторы защищают электрические и электронные цепи, пропуская через них чрезмерный ток. Варисторы подключаются параллельно электрическому или электронному компоненту в цепи. Когда в цепи появляется напряжение, варисторы действуют как короткое замыкание и оказывают незначительное сопротивление.

Благодаря этому избыточный ток проходит по пути наименьшего сопротивления, т. е. проходит через варисторы вместо прохождения через компоненты и защищает компонент от повреждения.

В электронной схеме варисторы также соединены параллельно транзисторам, так что в случае появления в устройстве чрезмерного напряжения или тока весь ток протекает через варисторы.

Характеристики варисторов

Электрические свойства: Соотношение между напряжением (V) и током (I) варистора можно понять с помощью приведенного ниже уравнения.

V = CI ^β

где C и β — константы

Значение сопротивления (I тока: напряжение): , а отношение сопротивления (R) может быть определено как отношение сопротивления (R).

R = V/I = CI ^β /I

Рассеиваемая мощность: Рассеиваемая мощность в варисторе равна произведению напряжения и тока.