Varistors - αρχή λειτουργίας, τύποι και εφαρμογή
Ένα βαρίστορ είναι ένα εξάρτημα ημιαγωγού που μπορεί να αλλάξει την ενεργή του αντίσταση μη γραμμικά ανάλογα με το μέγεθος της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό. Στην πραγματικότητα, είναι μια αντίσταση με ένα τέτοιο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης, το γραμμικό τμήμα του οποίου περιορίζεται σε ένα στενό εύρος, στο οποίο η αντίσταση του βαρίστορ έρχεται όταν εφαρμόζεται τάση πάνω από ένα ορισμένο όριο.
Σε αυτό το σημείο, η αντίσταση του στοιχείου αλλάζει απότομα κατά αρκετές τάξεις μεγέθους — μειώνεται από τις αρχικές δεκάδες MΩ σε μονάδες Ohm. Και όσο περισσότερο αυξάνεται η εφαρμοζόμενη τάση, τόσο μικρότερη και μικρότερη γίνεται η αντίσταση του βαρίστορ. Αυτή η ιδιότητα καθιστά το βαρίστορ βασικό στοιχείο των σύγχρονων συσκευών προστασίας από υπερτάσεις.
Συνδεδεμένο παράλληλα με το προστατευμένο φορτίο, το βαρίστορ απορροφά το ρεύμα διαταραχής και το διαχέει ως θερμότητα. Και στο τέλος αυτού του συμβάντος, όταν η εφαρμοζόμενη τάση μειώνεται και επιστρέφει πάνω από το όριο, το βαρίστορ αποκαθιστά την αρχική του αντίσταση και είναι και πάλι έτοιμο να εκτελέσει μια προστατευτική λειτουργία.
Μπορούμε να πούμε ότι το βαρίστορ είναι ένα ανάλογο ημιαγωγών ενός διακένου σπινθήρα αερίου, μόνο σε ένα βαρίστορ, σε αντίθεση με έναν σπινθήρα αερίου, η αρχική υψηλή αντίσταση αποκαθίσταται ταχύτερα, δεν υπάρχει πρακτικά αδράνεια και το εύρος των ονομαστικών τάσεων ξεκινά από 6 και φτάνει τα 1000 και περισσότερα βολτ .
Για το λόγο αυτό, τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως σε προστατευτικά κυκλώματα. διακόπτες ημιαγωγών, σε κυκλώματα με επαγωγικά στοιχεία (για την κατάσβεση σπινθήρων), καθώς και ανεξάρτητα στοιχεία ηλεκτροστατικής προστασίας των κυκλωμάτων εισόδου ηλεκτρονικών συσκευών.
Η διαδικασία κατασκευής ενός βαρίστορ συνίσταται στη σύντηξη ενός ημιαγωγού σε σκόνη με ένα συνδετικό σε θερμοκρασία περίπου 1700 ° C. Εδώ χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί όπως οξείδιο ψευδαργύρου ή καρβίδιο του πυριτίου. Το συνδετικό υλικό μπορεί να είναι γυαλί νερού, πηλός, βερνίκι ή ρητίνη. Στο δισκοειδές στοιχείο που λαμβάνεται με πυροσυσσωμάτωση, εφαρμόζονται ηλεκτρόδια με επιμετάλλωση στα οποία συγκολλούνται τα καλώδια συναρμολόγησης του εξαρτήματος.
Εκτός από την παραδοσιακή μορφή δίσκου, τα βαρίστορ μπορούν να βρεθούν με τη μορφή ράβδων, σφαιριδίων και μεμβρανών. Τα ρυθμιζόμενα βαρίστορ κατασκευάζονται με τη μορφή ράβδων με κινητή επαφή. Παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή βαρίστορ με βάση το καρβίδιο του πυριτίου με διαφορετικούς δεσμούς: θυρίτης, γουιλίτης, λεθίνη, σιλίτης.
Η εσωτερική αρχή λειτουργίας του βαρίστορ είναι ότι οι άκρες των μικρών κρυστάλλων ημιαγωγών μέσα στη συνδετική μάζα βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους, σχηματίζοντας αγώγιμα κυκλώματα. Όταν τους διέρχεται ρεύμα συγκεκριμένου μεγέθους, συμβαίνει τοπική υπερθέρμανση των κρυστάλλων και μειώνεται η αντίσταση των κυκλωμάτων. Αυτό το φαινόμενο εξηγεί τη μη γραμμικότητα CVC του βαρίστορ.
Μία από τις κύριες παραμέτρους του βαρίστορ, μαζί με την τάση απόκρισης rms, είναι ο συντελεστής μη γραμμικότητας, ο οποίος υποδεικνύει την αναλογία της στατικής αντίστασης προς τη δυναμική αντίσταση. Για τα βαρίστορ με βάση το οξείδιο του ψευδαργύρου, αυτή η παράμετρος κυμαίνεται από 20 έως 100. Όσον αφορά τον συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης του βαρίστορ (TCR), είναι συνήθως αρνητικός.
Τα βαρίστορ είναι συμπαγή, αξιόπιστα και έχουν καλή απόδοση σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας.Στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και σε SPD μπορείτε να βρείτε βαρίστορ μικρών δίσκων με διάμετρο 5 έως 20 mm. Για τη διάχυση υψηλότερων δυνάμεων, χρησιμοποιούνται βαρίστορ μπλοκ συνολικών διαστάσεων 50, 120 και περισσότερων χιλιοστών, ικανά να διαχέουν χιλιοτζάουλ ενέργειας σε έναν παλμό και να περνούν ρεύματα δεκάδων χιλιάδων αμπέρ μέσα από αυτά, χωρίς να χάνουν την απόδοση.
Μία από τις πιο σημαντικές παραμέτρους οποιουδήποτε βαρίστορ είναι ο χρόνος απόκρισης. Αν και ο τυπικός χρόνος ενεργοποίησης ενός βαρίστορ δεν υπερβαίνει τα 25 ns και σε ορισμένα κυκλώματα αυτό είναι αρκετός, εντούτοις σε ορισμένα σημεία, για παράδειγμα, για προστασία από ηλεκτροστατικά, απαιτείται ταχύτερη απόκριση, όχι περισσότερο από 1 ns.
Σε σχέση με αυτή την ανάγκη, οι κορυφαίοι κατασκευαστές βαρίστορ στον κόσμο κατευθύνουν τις προσπάθειές τους για να αυξήσουν την απόδοσή τους. Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος είναι να μειωθεί το μήκος (αντίστοιχα, η επαγωγή) των ακροδεκτών των πολυστρωματικών εξαρτημάτων. Τέτοια βαρίστορ CN έχουν ήδη λάβει επάξια θέση στην προστασία από τη στατική έξοδο των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Η ονομαστική τάση βαρίστορ συνεχούς ρεύματος (1mA) είναι παράμετρος υπό όρους, σε αυτήν την τάση το ρεύμα μέσω του βαρίστορ δεν υπερβαίνει το 1 mA.Η ονομαστική τάση υποδεικνύεται στη σήμανση του βαρίστορ.
Το ACrms είναι η απόκριση rms εναλλασσόμενης τάσης του βαρίστορ. DC — Ενεργοποίηση τάσης DC.
Επιπλέον, η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση σε ένα δεδομένο ρεύμα είναι τυποποιημένη, για παράδειγμα V @ 10A. W είναι η ονομαστική κατανάλωση ισχύος του εξαρτήματος. Το J είναι η μέγιστη ενέργεια ενός μόνο απορροφούμενου παλμού, που καθορίζει το χρόνο κατά τον οποίο το βαρίστορ θα είναι σε θέση να διαχέει την ονομαστική ισχύ ενώ παραμένει σε καλή κατάσταση. Ipp — το ρεύμα αιχμής του βαρίστορ, κανονικοποιημένο από τον χρόνο ανόδου και τη διάρκεια του απορροφούμενου παλμού, όσο μεγαλύτερος είναι ο παλμός, τόσο χαμηλότερο είναι το επιτρεπόμενο ρεύμα αιχμής (μετρούμενο σε κιλοαμπέρ).
Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη απαγωγή ισχύος, επιτρέπεται η παράλληλη και εν σειρά σύνδεση βαρίστορ. Όταν συνδέονται παράλληλα, είναι σημαντικό να επιλέγετε βαρίστορ όσο το δυνατόν πιο κοντά στις παραμέτρους.