Varistors (назва утворена від двох слів Variable Resistors – змінюються опору) – це напівпровідникові (металооксидних або оксідноцінковие) резистори, що володіють властивістю різко зменшувати свій опір з 1000 МОм до десятків Ом при збільшенні на них напруги вище порогової величини. У цьому випадку опір стає тим менше, чим більше діє напруга. Типова вольт-амперна характеристика варистора має різко виражену нелінійну симетричну форму (рис. 1.4), тобто він може працювати і на змінній напрузі.

Рис. 1.4. Вольт-амперна характеристика варистора

Варистори під’єднують паралельно навантаженню, і при кидку вхідної напруги основний струм перешкоди протікає через них, а не через апаратуру.

Таким чином, варистори розсіюють енергію перешкоди у вигляді тепла. Так само, як і газоразряднік, варистор є елементом багаторазового дії, але значно швидше відновлює своє високе опір після зняття напруги.

   Перевагою варисторів, В порівнянні з газряднікамі, є:

+ Більшу швидкодію;

+ Безінерційною відстеження перепадів напруг;

+ Випускаються на більш широкий діапазон робочих напруг (від 12 до 1800 В); про тривалий термін експлуатації;

+ Мають більш низьку вартість.

Вони широко застосовуються в промисловому устаткуванні і приладах побутового призначення:

а) для захисту напівпровідникових приладів: тиристорів, сімісторов, транзисторів, діодів, стабілітронів;

б) для електростатичного захисту входів радіоапаратури;

в) для захисту від електромагнітних сплесків в потужних індуктивних елементах;

г) як елемент іскрогасіння в електромоторах і перемикачах.

Типове значення часу спрацьовування варисторів при впливі перенапруги становить не більше 25 не, але для захисту деяких видів обладнання його може виявитися недостатньо (для електростатичного захисту необхідно не більше 1 не). Тому вдосконалення технології виготовлення варисторів у всьому світі спрямовано на підвищення їх швидкодії. Так, наприклад, фірмі “S + M Epcos “, завдяки застосуванню при виготовленні варисторів багатошарової структури SIOV-CN і їх SMD-виконання (безвиводная конструкція для поверхневого монтажу), вдається домогтися часу спрацьовування менше 0,5 не (при розташуванні таких елементів на друкованій платі для отримання зазначеного швидкодії вже необхідно мінімізувати індуктивності зовнішніх сполучних провідників). В дискової конструкції варисторів за рахунок індуктивності висновків час спрацьовування збільшується до декількох наносекунд.

Малий час спрацьовування, висока надійність, відмінні пікові електричні характеристики в широкому діапазоні робочої температури при малих розмірах ставлять багатошарові варистори на перше місце при виборі елементів захисту від статичних зарядів.

Рис. 1.5. Зовнішній вигляд варисторів

Наприклад, у галузі виробництва стільникових телефонів багатошарові варистори можна вважати вже стандартом у захисті від статичної електрики. CN-варистори можуть надійно захищати від статичних розрядів: клавіатури, роз’єми для підключення факсу і модему, з’єднувачі зарядних пристроїв, входи інтегральних аналогових мікросхем, висновки мікропроцесорів.

Основними параметрами, які використовують при описі характеристик варисторів, є:

Un – класифікаційне напруга, зазвичай вимірюється при струмі 1 мА, – це умовний параметр, який вказується при маркуванні елементів;

Um – максимально допустимий чинне змінне

напруга (середньоквадратичне);

Um = – максимально допустимий постійна напруга;

Р – номінальна середня розсіює потужність, це та, яку варистор може розсіювати протягом усього терміну служби при збереженні параметрів у встановлених межах;

W – максимальна допустима поглинута енергія в джоулях (Дж), при впливі одиночного імпульсу. Від цієї величини залежить, як довго може діяти перевантаження (з максимальною потужністю Рт) без небезпеки пошкодити варистор, тобто:

Ipp – максимальний імпульсний струм, для якого час наростання / тривалість імпульсу: 8/20 мкс;

Со – ємність, виміряна в закритому стані, при роботі її значення залежить від прикладеної напруги, і коли вари-стор пропускає через себе великий струм, вона падає до нуля.

Для застосування робоча напруга в варисторов вибирається виходячи з допустимої енергії розсіювання і максимально допустимої амплітуди напруги. Напруга обмеження приблизно дорівнює кваліфікаційним напрузі (Un) варистора. Для орієнтовних розрахунків рекомендується, щоб на змінній напрузі воно не перевищувало Uвх < = 0,6 Un, а на постійному - Uвх <0,85 Un.

Для мережі з чинним напругою 220 В (50 Гц) зазвичай встановлюють варистори з класифікаційним напругою не нижче 380 … 430 В. Для варистора з класифікаційною напругою 430 В при імпульсі струму 100 А напруга буде обмежено на рівні близько 600 В.

У Росії найбільшим виробником варисторів (СН2-1, BP-1, СН2-2) є завод «Прогрес» (м. Ухта). Параметри деяких з них наведено в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Основні параметри варисторів вітчизняного виробництва

Тип

   Un,

   Um~,

   Um=,

   W,

варистора

В

В

В

Дж

ВР-1-1

   10

   6

   8

   0,18

ВР-1-1

   15

   9

   12

   0,26

ВР-1-1

   22

   14

   18

   0,56

ВР-1-1

   27

   17

   22

   0,64

ВР-1-1

   33

   20

   26

   0,71

СН2-1а

СН2-16

СН2-1В

   180

   115

   150

   37,8

   18,0

   4,5

СН2-1а

СН2-16

СН2-1В

   200

   130

   170

   42.0

   20

   5.0

СН2-2А,

СН2-1а,

СН2-16

   390

   250

   320

   125

   81,9

   40

СН2-2А,

СН2-1а,

СН2-16

   430

   275

   350

   138

   90,3

   43

Примітка. Ємність для вітчизняних варисторів не вказується.

З усього розмаїття випускаються за кордоном варисторів параметри одного з типів, що мають дискову конструкцію, наведено в табл. 1.3 (інші типи мають близькі параметри). Вони випускаються на робочі напруги від 4 до 1500 В з невеликим кроком, але в продажу ви навряд чи знайдете всі номінали з ряду (в разі необхідності можна замовити їх виготовлення на будь-яку напругу для поставки великих партій), але зазвичай можна використовувати найближчі номінали з ряду в бік збільшення напруги.

Таблиця 1.3. Основні параметри дискових варисторів серії TVR

Тип

варистора

   Un,

В

   Um~,

В

   Um=,

В

   w,

Дж

   Co,

пФ

   TVR 05 180

   18

   11

   14

   0,4

   1600

   TVR 07 180

   18

   11

   14

   0,9

   3800

   TVR 10 180

   18

   11

   14

   2,1

   9000

   TVR 14180

   18

   11

   14

   4,0

   22000

   TVR 20 180

   18

   11

   14

   11,0

   44000

   TVR 05 270

   27

   17

   22

   0,6

   1260

   TVR 07 270

   27

   17

   22

   1,4

   2400

   TVR 10 270

   27

   17

   22

   3,0

   4800

   TVR 14 270

   27

   17

   22

   6,0

   12000

   TVR 20 270

   27

   17

   22

   18,0

   26000

   TVR 05 391

   390

   250

   320

   12

   85

   TVR 07 391

   390

   250

   320

   25

   160

   TVR 10 391

   390

   250

   320

   60

   270

   TVR 14 391

   390

   250

   320

   100

   500

   TVR 20 391

   390

   250

   320

   180

   1000

   TVR 05 431

   430

   275

   350

   13

   80

   TVR 07 431

   430

   275

   350

   28

   150

   TVR 10 431

   430

   275

   350

   65

   250

   TVR 14 431

   430 ‘

   275

   350

   115

   450

   TVR 20 431

   430

   275

   350

   190

   900

Для підвищення потужності, що розсіюється варистори можна включати послідовно (або паралельно, якщо підбирати їх по ідентичним параметрами). Розміри варисторів залежать від потужності, але так як такі елементи працюють при імпульсної перевантаження, частіше вказують рассеиваемую енергію в джоулях:

яка пов’язана з потужністю співвідношенням:

Для вибору варистора з необхідною енергією розсіювання для захисту навантажень, які споживають потужність більше 1 … 2 кВт, у практичних розрахунках можна керуватися наведеною в [21] формулою:

де W – максимальна миттєва енергія в джоулях;

Р – номінальна потужність навантаження, що припадає на одну фазу, Вт;

а – коефіцієнт нелінійності варистора;

f – частота змінної напруги, Гц;

n – ККД захищається навантаження.

Максимально допустиме значення розсіюваної енергії у застосованого варистора повинно перевищувати цю величину.

Так як перегрів варистора призводить до його пошкодження, випускаються такі елементи і з унікальними властивостями, наприклад, мають температурну захист – розмикаючими механічний контакт в захищається ланцюга, що значно підвищує надійність роботи вузла.

Порівняння основних характеристик варисторів різних типів можна знайти в Інтернет [Л 12]. Суть його полягає в тому, що вітчизняні виробники випускають компоненти з технічних параметрами не гірше, ніж це роблять за кордоном (правда, придбати їх радіоаматорові набагато складніше – у продажу частіше можна зустріти імпортні).

В якості основного недоліку варистора можна відзначити його велику власну ємність, яка вноситься в ланцюг. Залежно від конструкції, типу і номінального напруги ця ємність може становити від 80 до 30000 пФ. Втім, для деяких застосувань велика ємність може бути і гідністю, наприклад у фільтрі, який суміщає в собі функцію обмеження напруги (для таких застосувань можна замовити виготовлення варисторів з підвищеною ємністю). Другим недоліком є ​​менша максимальна допустима розсіює потужність в порівнянні з розрядниками (для збільшення потужності розсіювання виготовлювачі збільшують розміри корпусу варистора).

Література:
Радіоаматорам: корисні схеми, Книга 5. Шелестов І.П.