Varistors - nguyên tắc hoạt động, loại và ứng dụng
Varistor là một thành phần bán dẫn có thể thay đổi điện trở hoạt động của nó một cách phi tuyến tính tùy thuộc vào độ lớn của điện áp đặt vào nó. Trên thực tế, nó là một điện trở có đặc tính dòng điện-điện áp như vậy, tiết diện tuyến tính của nó được giới hạn trong một phạm vi hẹp, mà điện trở của varistor xuất hiện khi một điện áp trên một ngưỡng nhất định được đặt vào nó.
Tại thời điểm này, điện trở của phần tử thay đổi mạnh theo một số bậc độ lớn — nó giảm từ hàng chục MΩ ban đầu xuống đơn vị Ohm. Và điện áp đặt vào càng tăng thì điện trở của varistor càng ngày càng nhỏ. Đặc tính này làm cho varistor trở thành một thành phần chính của các thiết bị chống đột biến hiện đại.
Được kết nối song song với tải được bảo vệ, biến trở hấp thụ dòng điện nhiễu và tiêu tán nó dưới dạng nhiệt. Và khi kết thúc sự kiện này, khi điện áp đặt vào giảm và trở lại trên ngưỡng, varistor khôi phục điện trở ban đầu và lại sẵn sàng thực hiện chức năng bảo vệ.
Chúng ta có thể nói rằng varistor là một chất bán dẫn tương tự của khe đánh lửa khí, chỉ trong một varistor, không giống như tia lửa khí, điện trở cao ban đầu được phục hồi nhanh hơn, thực tế không có quán tính và dải điện áp danh định bắt đầu từ 6 trở lên. đạt 1000 vôn trở lên.
Vì lý do này, biến trở được sử dụng rộng rãi trong các mạch bảo vệ. công tắc bán dẫn, trong các mạch có phần tử cảm ứng (để dập tắt tia lửa), cũng như các phần tử bảo vệ tĩnh điện độc lập của mạch đầu vào của thiết bị điện tử.
Quá trình sản xuất một varistor bao gồm thiêu kết chất bán dẫn dạng bột với chất kết dính ở nhiệt độ khoảng 1700 ° C. Các chất bán dẫn như oxit kẽm hoặc cacbua silic được sử dụng ở đây. Chất kết dính có thể là thủy tinh nước, đất sét, vecni hoặc nhựa. Trên phần tử hình đĩa thu được bằng cách thiêu kết, các điện cực được áp dụng bằng phương pháp kim loại hóa mà các dây lắp ráp của bộ phận được hàn vào đó.
Ngoài dạng đĩa truyền thống, các biến trở có thể được tìm thấy ở dạng thanh, hạt và màng. Biến trở điều chỉnh được chế tạo ở dạng thanh có tiếp điểm di động. Vật liệu bán dẫn truyền thống được sử dụng trong sản xuất varistors dựa trên silicon carbide với các liên kết khác nhau: thyrite, willite, lethine, silite.
Nguyên lý hoạt động bên trong của varistor là các cạnh của các tinh thể bán dẫn nhỏ bên trong khối liên kết tiếp xúc với nhau, tạo thành các mạch dẫn điện. Khi một dòng điện có cường độ nhất định đi qua chúng, quá nhiệt cục bộ của các tinh thể xảy ra và điện trở của mạch giảm. Hiện tượng này giải thích tính phi tuyến CVC của varistor.
Một trong những thông số chính của varistor, cùng với điện áp đáp ứng rms, là hệ số phi tuyến tính, cho biết tỷ lệ của điện trở tĩnh so với điện trở động. Đối với các varistor dựa trên oxit kẽm, tham số này thay đổi từ 20 đến 100. Đối với hệ số nhiệt độ điện trở của varistor (TCR), nó thường là âm.
Biến trở nhỏ gọn, đáng tin cậy và hoạt động tốt trong nhiều dải nhiệt độ hoạt động.Trên bảng mạch in và trong SPD, bạn có thể tìm thấy biến trở dạng đĩa nhỏ có đường kính từ 5 đến 20 mm. Để tiêu tán năng lượng cao hơn, người ta sử dụng các khối varistor có kích thước tổng thể từ 50, 120 mm trở lên, có khả năng tiêu tán một kilojoules năng lượng trong một xung và truyền dòng điện hàng chục nghìn ampe qua chúng mà không làm giảm hiệu suất.
Một trong những thông số quan trọng nhất của bất kỳ varistor nào là thời gian đáp ứng. Mặc dù thời gian kích hoạt điển hình của một varistor không vượt quá 25 ns và trong một số mạch, điều này là đủ, tuy nhiên, ở một số nơi, chẳng hạn như để bảo vệ chống tĩnh điện, cần có phản ứng nhanh hơn, không quá 1 ns.
Liên quan đến nhu cầu này, các nhà sản xuất varistor hàng đầu thế giới hướng nỗ lực của họ để tăng hiệu suất của chúng. Một cách để đạt được mục tiêu này là giảm độ dài (tương ứng là độ tự cảm) của các cực của các thành phần nhiều lớp. Các biến trở CN như vậy đã chiếm một vị trí xứng đáng trong việc bảo vệ chống lại đầu ra tĩnh của các mạch tích hợp.
Điện áp định mức của biến trở DC (1mA) là một tham số có điều kiện, ở điện áp này, dòng điện qua biến trở không vượt quá 1mA.Điện áp định mức được chỉ định trên nhãn hiệu của varistor.
ACrms là đáp ứng điện áp xoay chiều rms của varistor. Truyền động điện áp DC - DC.
Ngoài ra, điện áp tối đa cho phép ở một dòng điện nhất định được tiêu chuẩn hóa, ví dụ V @ 10A. W là công suất tiêu tán định mức của linh kiện. J là năng lượng tối đa của một xung hấp thụ đơn lẻ, xác định thời gian trong đó biến trở có thể tiêu tán công suất định mức trong khi vẫn ở tình trạng tốt. Ipp — dòng điện cực đại của varistor, được chuẩn hóa bằng thời gian tăng và thời lượng của xung hấp thụ, xung càng dài thì dòng điện cực đại cho phép (được đo bằng kiloampe) càng thấp.
Để đạt được mức tiêu thụ năng lượng lớn hơn, cho phép kết nối song song và nối tiếp các biến trở. Khi được kết nối song song, điều quan trọng là chọn các biến trở càng gần với các tham số càng tốt.