15. Варисторы. Их вольт-амперные характеристики.
Варистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода.
Рис. 1. Вольт-амперные характеристики варисторов: синие — на основе ZnO, красные — на основе SiC
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.
Конструктивно
варисторы выполняются обычно в виде
дисков, таблеток, стержней; существуют
бусинковые и плѐночные варисторы.
Широкое распространение получили
стержневые подстроечные варисторы с
подвижным контактом.
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.
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 отперенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.
Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.
Терморезистор—
полупроводниковый резистор, в котором
используется зависимость электрического
сопротивления полупроводникового
материала от температуры.
Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени
Коэффициент температурной чувствительности и постоянную А можно легко определить, если перестроить температурную зависимость сопротивления терморезистора (1) в спрямляющих координатах (1/T, lnRT). Очевидно, что наклон полученной прямой будет определяться значением коэффициента B, а точка ее пересечения с осью ординат (1/Т = 0) — значением постоянной А. Для большинства типов терморезисторов значения коэффициента В лежат в пределах 3000-16000 К. Важной характеристикой терморезистора является также его статическая вольтамперная характеристика (ВАХ). Она имеет ярко выраженный нелинейный характер (рис. 3). Статическая вольтамперная характеристика терморезистора
ВАХ терморезистора
можно разделить на три основных участка:
ОА, АВ и ВС.
На начальном участке ОА
характеристика линейна, так как при
малых токах мощность, выделяющаяся в
терморезисторе, мала и температура
терморезистора изменяется незначительно.
На участке АВ линейность характеристики
нарушается. С ростом тока рассеиваемая
мощность увеличивается, температура
терморезистора заметно повышается, а
его сопротивление уменьшается. При
дальнейшем увеличении тока уменьшение
сопро- тивления оказывается столь
сильным, что напряжение на терморезисторе
уменьшается, и появляется участок ВАХ
с отрицательным дифференциальным
сопротивлением (участок ВС на рис. 3).
Нелинейность — вольт-амперная характеристика — варистор
Cтраница 1
| Вольт-амперная характеристика варистора. [1] |
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на контактах между кристаллами карбида кремния. Приводящие к нелинейности явления на контактах можно свести к эффектам сильного поля и к тепловым эффектам.
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния: увеличение в сильных электрических полях проводимости поверхностных потенциальных барьеров или окисных пленок на кристаллах карбида кремния и увеличение проводимости точечных контактов между кристаллами из-за разогрева в связи с выделяющейся на контактах мощностью.
[3]
| Вольт-амперные характеристики двух варисторов. [4] |
Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с процессами, происходящими на контактах и поверхности кристаллов при протекании тока. Кристаллы имеют разнообразную форму. При малом приложенном напряжении ток протекает через участки соприкосновения кристаллов. С возрастанием напряжения пропорционально увеличивается ток через эти участки и начинает протекать ток через участки с малыми зазорами между кристаллами. Чем выше напряжение, тем с большими зазорами между кристаллами подключаются участки. Новые проводящие цепочки включаются параллельно. В результате эффективное сечение, по которому протекает ток, возрастает, сопротивление уменьшается. Электропроводность такой структуры связана с несколькими механизмами: с замыканием кристаллов карбида кремния, с пробоем оксидных поверхностных пленок на кристаллах и с нагревом контактирующих точек между кристаллами.
В первом приближении можно считать, что нелинейность вольт-амперной характеристики варистора зависит от степени нагрева точечных контактов. В области этих контактов, имеющих малое сечение, проходят токи большой плотности, что приводит к их местному перегреву. Типичной особенностью этой характеристики является ее симметричность. Дополнительная нелинейность характеристики имеет место из-за влияния эффекта лавинного пробоя областей объемного заряда на поверхности кристаллов. [6]
Считая, что одним из основных процессов, приводящих к нелинейности вольт-амперной характеристики варисторов в рабочем диапазоне изменения напряжений и токов, является нагрев точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варисторов. [7]
Необходимо различать статический ( ( 5СТ) и динамический ( 0Д) коэффициенты нелинейности вольт-амперной характеристики варистора.
Для изготовления варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варисто-ра почти вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами или зернами йолупроводника. При этом должна отсутствовать ионная составляющая элек-тропроводноети полупроводника, поскольку с ней связана нестабильность параметров вследствие / явлений электролиза, а значит, и постоянного изменения состава полупроводника при прохождении тока.
Для варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варистора практически вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами полупроводника.
По расчетам перегрев активных областей достигает нескольких сотен градусов. При этом особо важное значение приобретает требование, согласно которому должна отсутствовать ионная составляющая электропроводности полупроводникового материала, поскольку с ней связана нестабильность параметров вследствие явлений электролиза, а значит, и постоянного изменения состава материала при прохождении тока.
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов обусловлена явлениями на контактах между кристаллами карбида кремния. Приводящие к нелинейности явления на контактах можно свести к эффектам сильного поля и к тепловым эффектам. Эффекты сильного поля проявляются в виде лавинного или туннельного пробоя областей объемного заряда либо оксидных пленок на поверхности кристаллов карбида кремния, тепловые эффекты — в виде нагрева точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния.
Через эти активные области кристаллов проходят токи большой плотности, что влечет за собой локальный разогрев. При повышении температуры сопротивление активных областей уменьшается, что вызывает нелинейность вольт-амперной характеристики варистора. Следует отметить, что нагрев активных областей практически не приводит к повышению температуры всего варистора в целом. При этом инерционность тепловых процессов, протекающих в очень малых объемах активных областей, может быть сравнима с инерционностью электронных процессов.
[11]
Цепь стабилизации режима работы лампы Л1 выполняет одновременно функции стабилизации размера изображения по горизонтали. Импульсное напряжение, снимаемое со строчного трансформатора, через разделительный конденсатор GS подается на варистор Re, работающий в качестве детектора. Под действием импульсов обратного хода конденсатор Cz заряжается через варистор, сопротивление которого мало при воздействии высокого напряжения. В промежутках между импульсами сопротивление варистора возрастает и соответственно увеличивается постоянная времени разряда конденсатора Cz.
Увеличение постоянной времени разряда приводит к тому, что конденсатор не успевает разрядиться к моменту появления следующего импульса, вновь заряжающего его. Таким образом, за счет нелинейности вольт-амперной характеристики варистора в процессе последовательных зарядов и разрядов конденсатора Cz на нем накапливается остаточный заряд, величина напряжения которого зависит от амплитуды импульсов обратного хода. Положительное смещение, подаваемое с делителя напряжения вольто-добавки Ri — Rb, компенсирует часть вырабатываемого схемой отрицательного напряжения.
[12]
Страницы: 1
Что такое варистор? — Работа, применение и характеристики
Определение: Термин Варистор образован комбинацией двух слов Переменная 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. Вольт-амперные характеристики варистора также имеют нелинейные характеристики.
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 на 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 и 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, благодаря меньшему напряжению, возникающему 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 ток: ток) и отношение сопротивления (R) может быть определено как Сопротивление (R).
R = V/I = CI β /I
- Рассеиваемая мощность: Рассеиваемая мощность в варисторе равна произведению напряжения и тока.
P = V*I = V*(V/ C) 1/ β
Связь между током утечки и частотой
x C = 1/ (2πfc)
. — частота, C — емкость, X c — реактивное сопротивление.
Таким образом, если частота сигнала увеличивается, реактивное сопротивление уменьшается и, следовательно, ток утечки через устройства начинает увеличиваться.
Варистор для загара
Варистор — электронный компонент со значительной неомической вольт-амперной характеристикой. Название представляет собой портманто переменного резистора. Варисторы часто используются для защиты цепей от чрезмерных переходных напряжений путем включения их в цепь таким образом, что при срабатывании они будут шунтировать ток, создаваемый высоким напряжением, от чувствительных компонентов. Варистор также известен как резистор, зависящий от напряжения, или VDR. Функция варистора заключается в том, чтобы проводить значительно увеличенный ток при чрезмерном напряжении.
Изображения варистора
- Варистор ближнего света
- Варистор для поверхностного монтажа
Список варисторов
- TSV Варистор ближнего света
- TSVC Варистор для поверхностного монтажа
Хорошая поддержка чип-варистора
Suntan с очень хорошей поддержкой многослойного металлооксидного чип-варистора.
Эти продукты отличаются низким обжигом, диффузией ленты, сопротивлением зерна, электрическими свойствами и широко используются в сотовых телефонах и автомобильных электронных узлах.
Стандартная рабочая температура для этого продукта: -55~ +125°C; Рабочее напряжение составляет 3,3–68 В, низкий ток утечки, соответствует требованиям ROHS; Размеры включают 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2220.
Suntan также предлагает погружной варистор TSV. Код размера: TSV05D, TSV07D, TSV10D, TSV14D, TSV18D, TSV20D, TSV25D, TSV32D, TSV40D; Код товара: 182 К, 152 К, 112 К, 102 К, 911 К, 821 К, 781 К, 751 К, 681 К, 621 К, 561 К, 511 К, 471 К, 431 К, 391 К, 361 К, 331 К, 301 К, 271 К, 51 К, 81 К, 1 221 К , 121К, 101К, 820К, 680К, 560К, 470К, 390К, 330К, 270К, 220К, 180л.
Увеличился объем производства погружных варисторов Suntan
Suntan предлагает погружные варисторы различных размеров, и объем производства постоянно увеличивается. У нас есть коды 05D, 07D, 09D, 10D, 14D, 18D и 20D, и каждый из них имеет разное напряжение, диапазон напряжения варистора от 18 В до 1800 В.
Варистор с ближним светом быстро реагирует на быстрорастущее перенапряжение. Он с высокими характеристиками напряжения зажима. Таким образом, с этими характеристиками его можно применять для защиты транзисторов, диодов, интегральных схем, тиристоров и симисторных полупроводников; Защита от перенапряжения в бытовой электронике; Защита от перенапряжения в промышленной электронике; Защита от перенапряжения в коммуникационной, измерительной и регулирующей электронике; Защита от перенапряжения в электронных бытовых приборах, газовых и нефтяных приборах; Подавление электростатического разряда и шумовых всплесков; Реле и электромагнитный клапан поглощения перенапряжения.
Что такое варистор?
Варистор представляет собой тип резистора со значительно неомической вольт-амперной характеристикой. Название представляет собой сочетание переменного резистора *, что вводит в заблуждение, поскольку он не является постоянно изменяемым пользователем параметром, как потенциометр или реостат, и является не резистором, а фактически конденсатором.
Варисторы часто используются для защиты цепей от чрезмерного напряжения, действуя как искровой разрядник.
Наиболее распространенным типом варистора является металлооксидный варистор или MOV. Он содержит массу зерен оксида цинка в матрице из оксидов других металлов, зажатых между двумя металлическими пластинами (электродами). Граница между каждым зерном и его соседом образует диодный переход, который позволяет току течь только в одном направлении. Масса беспорядочно ориентированных зерен электрически эквивалентна сети пар встречно-параллельных диодов, каждая пара параллельна многим другим парам. Когда на электроды подается небольшое или умеренное напряжение, протекает лишь небольшой ток из-за обратной утечки через диодные переходы. При приложении большого напряжения переходы диода пробиваются из-за лавинного эффекта, и протекает большой ток. Результатом такого поведения является сильно нелинейная вольт-амперная характеристика, при которой MOV имеет высокое сопротивление при низких напряжениях и низкое сопротивление при высоких напряжениях.
