Iga elektroonikaseade, mis on võrku ühendatud, vajab kaitset voolu või pinge läviväärtuste ületamise eest. Voolukaitseks kasutatakse erinevaid kaitsmeid ja kaitselüliteid, kuid ülepingekaitseks kasutatakse enim varistoreid. Selles artiklis käsitleme varistori tööpõhimõtet, selle elektroonilise komponendi omadusi, eeliseid ja puudusi.
Sisu
Mis on varistor ja kus seda kasutada
Varistor - Varistor on pooljuhtmaterjalist muutuv takisti, mis on võimeline muutma oma elektritakistust olenevalt sellele rakendatavast pingest.
Selle elektroonilise komponendi tööpõhimõte erineb tavalise takisti või potentsiomeetri omast. Standard takisti omab konstantset takistust igal ajal sõltumata pingest vooluringis, võimaldab potentsiomeeter takistust käsitsi muuta juhtnuppu keerates. Varistoril on seevastu mittelineaarne sümmeetriline volt-voolu karakteristik ja selle takistus sõltub täielikult vooluahela pingest.
Selle omaduse tõttu kasutatakse varistoreid laialdaselt ja tõhusalt elektrivõrkude, masinate ja seadmete, aga ka raadioelektrooniliste komponentide, plaatide ja kiipide kaitsmiseks, sõltumata pinge tüübist. Neil on madal tootmishind, need on töökindlad ja taluvad suuri koormusi.
Varistoreid kasutatakse nii kõrgepinge rakendustes kuni 20 kV kui ka madalpinge rakendustes 3 kuni 200 V pinge piirajana. Samal ajal võivad need töötada nii vahelduv- kui alalisvooluvõrkudes. Neid kasutatakse voolu ja pinge reguleerimiseks ja stabiliseerimiseks, samuti ülepingekaitseseadmetes. Neid kasutatakse võrgufiltrite, toiteallikate, mobiiltelefonide, ÜLEJELINGEKAITSMED ja muud seadmed.
Tüübid ja tööpõhimõte
Tavatingimustes on varistoril tohutu takistus, mis võib väheneda, kui pinge ületab läviväärtuse. See tähendab, et kui pinge ahelas oluliselt tõuseb, läheb varistor isoleerivast olekust üle elektrit juhtivasse olekusse ja pooljuhi laviiniefekti tõttu stabiliseerib pinget, juhtides endast läbi suure hulga voolu.
Varistorid võivad töötada nii kõrge kui ka madalpingega ning vastavalt sellele jagunevad kahte seadmerühma, millel on sama tööpõhimõte:
- Kõrgepinge: võimeline töötama vooluahelates kuni 20 kV (kasutatakse võrkude ja seadmete kaitsesüsteemides, liigpingekaitseseadmetes).
- Madalpinge: seda tüüpi komponentide nimipinged on vahemikus 3 kuni 200 V (kasutatakse elektroonikaseadmete ja seadmete komponentide kaitsmiseks vooluga 0,1 kuni 1 A ning paigaldatakse toiteallika sisendisse või väljundisse).
Varistori tööaeg juhul pinge hüpe on umbes 25 ns, mis on suurepärane väärtus, kuid mõnel juhul ebapiisav.Seetõttu on elektroonikakomponentide tootjad välja töötanud tehnoloogia smd takisti tootmiseks, mille reaktsiooniaeg on 0,5 ns või parem.
Igat tüüpi varistorid on valmistatud ränikarbiidist või tsinkoksiidist, paagutades seda materjali kõrgel temperatuuril sideainega (vaik, savi, klaas). Pärast pooljuhtelemendi saamist metalliseeritakse see mõlemalt poolt, jootes ühendamiseks metalljuhtmed.
Märgistus, põhiomadused ja parameetrid
Iga varistoride tootja märgistab oma toodet teatud viisil, seega on tähistuste ja nende dešifreerimise variante üsna palju. Kõige levinumad vene varistorid on K275 ja populaarsed välismaised komponendid on 7n471k, kl472m ja teised.
Dešifreerige varistori CNR-10d751k nimetus järgmiselt: CNR - metalloksiidvaristor; d - tähendab, et komponent on ketta kujuline; 10 - on ketta läbimõõt; 751 -on selle seadme reaktsioonipinge (arvutamiseks korrutatakse kaks esimest numbrit 10-ga kolmanda numbri võimsusega, st 75 korda 10 750 V võimsusega); k - nimipinge lubatud hälve, mis on 10% mõlemas suunas (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Varistorite peamised omadused on järgmised:
Klassifikatsioonipinge - Varistori kaudu voolava voolu teatud väärtusel pinge (see väärtus on tavaliselt 1 mA). See parameeter on suhteline ega mõjuta seadme valikut;
Maksimaalne lubatud pinge - pingevahemik (RMS või efektiivväärtus), mille juures varistor hakkab oma takistust vähendama;
Maksimaalne neeldumisenergia - karakteristik, mis näitab energia hulka, mida varistori hajutab ja mis ei katke ühe impulsi korral (mõõdetuna džaulides);
Maksimaalne impulssvool - normaliseerib vooluimpulsi tõusuaega ja kestust (mõõdetuna amprites);
Mahtuvus - on väga oluline parameeter, mida mõõdetakse suletud olekus ja etteantud sagedusel (langeb nullini, kui varistorile suunatakse suur vool);
Lubatud kõrvalekalle - kõrvalekalle nominaalpotentsiaali erinevusest mõlemas suunas (on antud protsendina).
Väljasõidu aeg - Ajavahemik, mille jooksul varistor lülitub suletud olekust avatud olekusse (Tavaliselt mõnikümmend nanosekundit).
Varistorite eelised ja puudused
Mittelineaarse takisti (varistori) olulised eelised on selle stabiilne ja usaldusväärne jõudlus kõrgetel sagedustel ja suurtel koormustel. Seda kasutatakse paljudes seadmetes, mis töötavad pingega 3 V kuni 20 kV, see on suhteliselt lihtne ja odav tootmises ning tõhus töös. Täiendavad olulised eelised on:
- Suur reageerimiskiirus (nanosekundites);
- pikk kasutusiga;
- pingelanguse jälgimise võimalus (inertsivaba meetod).
Hoolimata asjaolust, et sellel elektroonilisel komponendil on üsna palju eeliseid, on sellel ka puudusi, mis mõjutavad selle kasutamist erinevates süsteemides. Need võivad sisaldada:
- madala sagedusega müra töö ajal;
- komponendi vananemine (parameetrite kadumine aja jooksul);
- suur mahtuvus: sõltub pingest ja elemendi tüübist, on vahemikus 70 kuni 3200 pF ja mõjutab seadme jõudlust;
- ei kao võimsuse hajumist maksimaalsetel pingetel – kuumeneb oluliselt üle ja ebaõnnestub pikaajalise maksimumpinge korral.
Varistori valik
Konkreetse seadme jaoks õige varistori valimiseks on vaja teada selle toiteallika omadusi: takistust ja siirdeimpulsi võimsust. Maksimaalse lubatud vooluväärtuse määrab muuhulgas selle kokkupuute kestus ja korduste arv, nii et kui paigaldada varistor madalama tippvoolu väärtusega, siis see üsna kiiresti rikki läheb.Lühidalt, seadme tõhusaks kaitsmiseks on vaja valida varistor, mille pinge on nimiväärtusest väikese varuga.
Sellise elektroonikakomponendi tõrgeteta tööks on väga oluline ka neeldunud soojusenergia hajumise kiirus ja võime kiiresti normaalsesse tööolekusse naasta.
Variistori skemaatilised sümbolid ja ühendusvariandid
Kell ahelad varistorid on tavaliselt on tavaliselt määratud .Tavalise takistina, aga kaldkriipsu kõrvale lisatud U-tähega. See kaldkriips näitab diagrammidel, et selle elemendi takistus sõltub vooluahela pingest. Samuti peal juhtmestiku skeem see komponent on tähistatud kahe tähega R ja U koos järjekorranumbriga (RU1, RU2 ... jne).
Varistorite ühendamiseks on palju variante, kuid kõigile meetoditele on omane see, et see komponent on ühendatud paralleelselt toiteahelaga. Seetõttu on ohtlike pingeimpulsside puudumisel varistorit läbiv vool väike (suurte takistusväärtuste tõttu) ega mõjuta süsteemi jõudlust. Liigpinge tekkimisel muudab varistori takistust väikestele väärtustele, koormusest möödutakse ja neeldunud energia hajub ümbritsevasse ruumi.
