ネットワークに接続された各電子デバイスは、電流または電圧のしきい値を超えないように保護する必要があります。電流保護にはさまざまなヒューズやサーキット ブレーカが使用されますが、過電圧保護にはバリスタが最も一般的に使用されます。この記事では、バリスタの動作原理、その特性、この電子部品の長所と短所について検討します。
バリスタとは何か、どこで使用するか
バリスタ - バリスタは、半導体材料で作られた可変抵抗器で、印加される電圧に応じて電気抵抗を変化させることができます。
この電子部品の動作原理は、通常の抵抗器やポテンショメータとは異なります。標準 抵抗器 回路内の電圧に関係なく、いつでも一定の抵抗を持ちます。ポテンショメータは、コントロールノブを回すことで手動で抵抗を変更できます。一方、バリスタは非線形対称電圧電流特性を持ち、その抵抗は回路電圧に完全に依存します。
この特性により、バリスタは、電圧の種類に関係なく、電気ネットワーク、機械および機器、ならびに無線電子部品、ボードおよびチップを保護するために広く効果的に使用されています。それらは製造価格が低く、使用中の信頼性が高く、高負荷に耐えることができます。
バリスタは、電圧リミッタとして、最大 20 kV の高電圧アプリケーションと 3 ～ 200 V の低電圧アプリケーションの両方で使用されます。同時に、AC ネットワークと DC ネットワークの両方で動作できます。それらは、電流と電圧の調整と安定化、および過電圧保護デバイスで使用されます。それらは、電源フィルター、電源、携帯電話、 サージプロテクター およびその他のデバイス。
種類と動作原理
通常の状態では、バリスタには大きな抵抗があり、電圧がしきい値を超えると減少する可能性があります。つまり、回路内の電圧が大きく上昇すると、バリスタは絶縁状態から導電状態に遷移し、半導体のアバランシェ効果により、バリスタ自身に大量の電流を流して電圧を安定させます。
バリスタは高電圧と低電圧で動作できるため、同じ動作原理を持つ2つのデバイスグループに分けられます。
- 高電圧: 最大 20 kV の電流値の回路で動作可能 (ネットワークおよび機器の保護システム、サージ電圧保護デバイスで使用)。
- 低電圧: このタイプのコンポーネントの定格電圧は 3 ～ 200 V の範囲です (0.1 ～ 1 A の電流で電子デバイスおよび機器コンポーネントを保護するために使用され、電源の入力または出力に取り付けられます)。
バリスタの動作時間 電圧ジャンプ は約 25 ns で、これは優れた値ですが、場合によっては不十分です。そのため、電子部品メーカーは、応答時間が 0.5 ns 以上の smd 抵抗器を製造する技術を開発しました。
バリスタはすべて、炭化ケイ素または酸化亜鉛をバインダー（樹脂、粘土、ガラス）とともに高温で焼結したものです。半導体素子が得られた後、接続用の金属リードをはんだ付けすることにより、両面にメタライズが行われます。
マーキング、基本特性およびパラメータ
バリスタの各メーカーは、特定の方法で製品をマークしているため、指定とその解読にはかなりのバリエーションがあります。最も一般的なロシアのバリスタは K275 で、人気のある外国製のコンポーネントは 7n471k、kl472m などです。
バリスタ CNR-10d751k の名称を次のように解読します。 CNR - 金属酸化物バリスタ; d - コンポーネントがディスクの形状であることを意味します。 10 - ディスクの直径です。 751 - は、このデバイスの応答電圧です (計算は、最初の 2 桁に 10 を 3 桁目に乗じて計算します。つまり、10 の 750 V 乗を 75 倍します)。 k - 定格電圧の許容偏差。どちらの方向にも 10% です (l - 15%、M - 20%、P - 25%)。
バリスタの主な特徴は次のとおりです。
分類電圧 - バリスタを流れる電流の特定の値での電圧（この値は通常 1 mA です。）。このパラメーターは相対的であり、デバイスの選択には影響しません。
最大許容電圧 - 電圧範囲 (実効値または実効値) バリスタがその抵抗を減少させ始める時点;
最大吸収エネルギー - バリスタが散逸するエネルギー量を示し、単一パルスを受けたときに故障しない特性 (ジュールで測定);
最大インパルス電流 - 電流パルスの立ち上がり時間と持続時間を正規化します (アンペアで測定);
キャパシタンス - 閉じた状態で特定の周波数で測定される非常に重要なパラメータです (大電流がバリスタに印加されるとゼロに低下します);
許容偏差 - 両方向の公称電位差からの偏差 (パーセンテージで与えられます).
トリップ時間 - バリスタが閉じた状態から開いた状態に変化する時間間隔 (通常は数十ナノ秒).
バリスタの長所と短所
非線形抵抗器 (バリスタ) の重要な利点は、高周波および高負荷での安定した信頼性の高い性能です。 3 V から 20 kV の電圧で動作する多くのデバイスで使用されており、製造が比較的簡単で安価であり、動作が効果的です。その他の重要な利点は次のとおりです。
- 高速応答 (ナノ秒);
- 長寿命;
- 電圧降下を追跡する機能 (慣性フリー方式)。
この電子部品には多くの利点があるという事実にもかかわらず、さまざまなシステムでのアプリケーションに影響を与える欠点もあります。それらには次のものを含めることができます。
- 動作中の低周波ノイズ;
- コンポーネントの経年変化 (経時的なパラメータの損失);
- 高静電容量：電圧と要素の種類に依存し、70〜3200 pFの範囲であり、デバイスの性能に影響します。
- 最大電圧での電力損失はありません - 最大電圧が長引くと、著しく過熱して故障します。
バリスタの選択
特定のデバイスに適したバリスタを選択するには、その電源の特性 (抵抗と過渡パルス電力) を知る必要があります。最大許容電流値は、露出時間と繰り返し回数によって決定されるため、バリスタを取り付けると、ピーク電流値が低くなると、すぐに故障します。つまり、デバイスを効果的に保護するには、公称値に対して余裕のある電圧のバリスタを選択する必要があります。
このような電子部品が問題なく動作するためには、吸収された熱エネルギーの放散速度と、通常の動作状態にすばやく戻る能力も非常に重要です。
バリスタの回路図シンボルと接続バリアント
で 回路 バリスタは通常 は通常指定されています。通常の抵抗と同じですが、スラッシュの横に U の文字が追加されています。このスラッシュは、この要素が回路電圧に抵抗値を依存していることを図で示しています。また、 配線図 このコンポーネントには、序数 (RU1、RU2 ... など) を持つ 2 つの文字 R と U が付けられています。
バリスタの接続には多くのバリエーションがありますが、すべての方法に共通するのは、このコンポーネントが電源回路に並列に接続されていることです。したがって、危険な電圧パルスがない場合、バリスタを流れる電流は小さく (抵抗値が大きいため)、システムの性能には影響しません。過電圧が発生すると、バリスタの抵抗が小さな値に変化し、負荷がバイパスされ、吸収されたエネルギーが周囲の空間に放散されます。
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