Varistor – co to je, princip fungování, označení a schéma zapojení

Varistor je radioelektronický prvek používaný v obvodech k ochraně elektronických zařízení před přepětím v síti.

Jedná se o polovodičový rezistor s nelineární voltampérovou charakteristikou. Odpor varistoru se pohybuje od stovek Mohmů do desítek Ohmů v závislosti na aplikovaném napětí.

V napájecím obvodu elektronických zařízení je paralelně s pojistkou zapojen polovodičový rezistor, který tlumí dopady přepětí v síti.

Symbol varistoru na diagramu je symbol rezistoru přeškrtnutý přerušovanou čarou, což naznačuje nelinearitu.

Princip činnosti varistoru

В нормальном режиме работы polovodičový rezistor má vysoký odpor, ale když napětí překročí nominální hodnotu, jeho odpor prudce klesá a proud se v důsledku lavinového efektu zvyšuje. Napětí na něm zůstává na úrovni mírně vyšší než nominální hodnota, jinými slovy, v tomto režimu funguje jako Zenerova dioda.

Připojeno ke vstupu napájecích obvodů, polovodičový rezistor vnáší do obvodu vlastní kapacitu, což je nutné zohlednit při návrhu, aby byl zajištěn stabilní provoz zařízení. Hodnota kapacity je přímo úměrná ploše a nepřímo úměrná tloušťce.

Pro správný výběr prvku pro ochranu proti přetížení napájecích obvodů elektronického zařízení je nutné znát vstupní odpor zdroje a výkon impulsů, které se vyskytují během přechodových procesů.

Trvání a doba opakování emisí Napětí určuje maximální proud, který varistor může propouštět. Pokud je maximální (špičková) hodnota nízká, dojde k přehřátí a selhání.

To znamená, že aby prvek fungoval bez poruch, musí efektivně rozptýlit energii přechodového impulsu s návratem do původního stavu.

Tento článek bude zajímavý pro mistry všech řemesel s diagramy termostatů pro svépomocnou montáž inkubátorů.

Klasifikace, výhody a nevýhody

Podle provozního napětí Polovodičové rezistory se dělí na:

• pro vysoké napětí (pracovní napětí do 20 kV);
• nízké napětí (od 3 do 200 V).

Vysokonapěťové se používají k ochraně před přepětím v elektrických sítích a elektrických instalacích a nízkonapěťové k ochraně napájecích obvodů elektronických zařízení a přístrojů.

Mezi pozitivní vlastnosti polovodičového rezistoru patří:

• schopnost pracovat při vysokých frekvencích s velkým zatížením;
• nízké náklady;
• široká použitelnost;
• spolehlivost;
• snadnost použití.

Jeho nevýhody se projevují ve vytváření zvýšeného nízkofrekvenčního šumu a v závislosti jejich voltampérových charakteristik na teplotě.

Výrobní technologie

Varistory se vyrábějí z prášků oxidu zinečnatého a karbidu křemíku pomocí technologie zvané „keramika“. Technologie se skládá z v lisování prvků z prášků s jejich vypalováním ve vysokoteplotní peci a potahováním tělesa elektricky izolačním a vlhkostvzdorným lakem.

Standardní technologie umožňuje výrobu polovodičových rezistorů na zakázku.

Parametry

Polovodičové rezistory se vyznačují následujícími parametry:

• jmenovité klasifikační napětí (V) – napětí, při kterém varistor propouští proud 1 mA;
• maximální přípustné střídavé napětí (V) je hodnota střídavého napětí, při které se proud varistoru prudce zvyšuje a varistor plní své ochranné funkce;
• maximální přípustné konstantní napětí (V) – hodnota konstantního napětí, při které se varistor stejně jako v předchozím případě přepne do ochranného režimu;
• maximální mezní napětí (V) – maximální napětí, které varistor snese bez poškození; pokud je překročeno, selže: praskne, shoří nebo se rozbije na kusy;
• Maximální absorbovaná energie (J) je maximální energie pulzu, kterou varistor rozptýlí jako teplo bez zničení;
• Doba odezvy (ns) – doba potřebná k přechodu z vysokoodporového stavu do nízkoodporového stavu; u většiny varistorů jsou to desítky nanosekund;
• Přípustná odchylka je hodnota odchylky od kvalifikačního napětí (%). Vyjádřená jako standardizovaná řada ±5 %, ±10 %, ±20 % atd.

Označení varistoru, označení

Na těle každého prvku je označení písmen a číslic, jejichž dekódování bude informovat o vlastnostech elektronického prvku.

První písmena v označení označují typ prvku: SN – nelineární odpor.

Následující číslo označuje materiál, ze kterého je prvek vyroben, například 1 znamená, že materiálem je karbid křemíku.

Číslo v označení mezi dvěma pomlčkami označuje typ konstrukce: 1 – tyč, 2 – disk.

Následující čísla v řádku označení označují jmenovité napětí a přípustnou odchylku v procentech.

Funguje varistor správně, jak ho zkontrolovat?

Použitelnost prvku lze ověřit několika způsoby:

• Vizuální kontrola za účelem zjištění spálenin, prasklin v pouzdře, ztmavnutí pouzdra, které naznačují možnou poruchu prvku;
• Měřením odporu pomocí ohmmetru nebo multimetru.

Závěr

V tomto článku jsme se dozvěděli, co je varistor – je rezistor vyrobený z polovodičového materiálu s nelineární voltampérovou charakteristikou, což je spolehlivý a jednoduchý způsob ochrany elektronických zařízení před pulzním přetížením.

V případě prudkého překročení jmenovitého napájecího napětí, polovodičový rezistor prudce snižuje svůj odpor, přepíná napájecí obvod a přebírá zátěž prudce zvýšeného proudu.

Každé elektronické zařízení, které je připojeno k síti, potřebuje ochranu před překročením prahových hodnot proudu nebo napětí. Pro proudovou ochranu se používají různé pojistky a jističe, ale k ochraně zařízení před přepětím se nejčastěji používají varistory. V tomto článku se podíváme na princip činnosti varistoru, jeho vlastnosti, výhody a nevýhody této elektronické součástky.

Co je to varistor a kde se používá?

Varistor je proměnný rezistor vyrobený z polovodičového materiálu, který je schopen měnit svůj elektrický odpor v závislosti na napětí, které je na něj aplikováno.

Princip činnosti takové elektronické součástky se liší od běžného odporu a potenciometru. Standardní odpor má konstantní hodnotu odporu kdykoli, bez ohledu na napětí v obvodu, potenciometr umožňuje ručně měnit odpor otáčením ovládacího knoflíku. Ale varistor má nelineární symetrickou charakteristiku proud-napětí a jeho odpor zcela závisí na napětí v obvodu.

Díky této vlastnosti jsou varistory široce a efektivně využívány k ochraně elektrických sítí, strojů a zařízení, ale i radioelektronických součástek, desek a mikroobvodů bez ohledu na typ napětí. Mají nízkou výrobní cenu, jsou spolehlivé při používání a snesou vysoké zatížení.

Varistory se používají jak ve vysokonapěťových instalacích do 20 kV, tak v nízkonapěťových instalacích od 3 do 200 V jako omezovač napětí. Navíc mohou pracovat v sítích se střídavým i stejnosměrným proudem. Používají se k regulaci a stabilizaci proudu a napětí a také v přepěťových ochranách. Používají se při konstrukci přepěťových ochran, napájecích zdrojů, mobilních telefonů, přepěťových ochran a dalších přepěťových ochran.

Čtěte také: Popis charakteristik, účel svorek a příklady schémat zapojení pro lineární stabilizátor napětí LM317

Typy a princip fungování

Při provozu za normálních podmínek má varistor obrovský odpor, který se může snížit, když napětí překročí prahovou hodnotu. To znamená, že pokud se napětí v obvodu výrazně zvýší, varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého a vlivem lavinového efektu v polovodiči stabilizuje napětí tím, že jím prochází velký proud.

Varistory mohou pracovat s vysokým a nízkým napětím, a proto jsou rozděleny do dvou skupin zařízení, která mají stejný princip činnosti:

1. Vysoké napětí: schopné provozu v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používané v ochranných systémech sítí a zařízení, přepěťových ochranách).
2. Nízké napětí: jmenovité napětí pro komponenty tohoto typu se pohybuje od 3 do 200 V (používá se k ochraně elektronických zařízení a komponent zařízení s proudem 0,1 – 1A a je instalován na vstupu nebo výstupu napájecího zdroje).

Doba odezvy varistoru při napěťovém rázu je cca 25 ns, což je výborná hodnota, v některých případech však nedostačující. Proto výrobci elektronických součástek vyvinuli technologii výroby SMD rezistoru, který má dobu odezvy 0,5 ns.

Varistory všech typů jsou vyráběny z karbidu křemíku nebo oxidu zinečnatého slinováním tohoto materiálu s pojivem (pryskyřice, jíl, sklo) při vysoké teplotě. Po přijetí polovodičového prvku je tento oboustranně pokoven připájením kovových vývodů pro spojení.

Značení, hlavní charakteristiky a parametry

Každý výrobce varistorů označuje svůj produkt určitým způsobem, takže možností označení a jejich interpretací je poměrně velké množství. Nejběžnějším ruským varistorem je K275 a oblíbené komponenty zahraniční výroby jsou 7n471k, kl472m a další.

Označení varistoru CNR-10d751k lze dešifrovat následovně: CNR – varistor z oxidu kovu; d – znamená, že součást má tvar disku; 10 – je průměr disku; 751 – odezvové napětí pro toto zařízení (výpočet se provádí vynásobením prvních dvou číslic 10 na výkon rovnající se třetí číslici, tj. 75 vynásobený 10 na první výkon, dostanete 750 V); k – přípustná odchylka jmenovitého napětí, která se rovná 10 % v libovolném směru (l – 15 %, M – 20 %, P – 25 %).

Hlavní charakteristiky varistorů jsou následující parametry:

Klasifikační napětí – napětí při určitých hodnotách proudu protékajícího varistorem (Obvykle je tato hodnota 1 mA). Tento parametr je podmíněný a neovlivňuje výběr zařízení;

Maximální přípustné napětí – rozsah napětí (střední kvadratická nebo efektivní hodnota), kdy varistor začíná snižovat svůj odpor;

Maximální absorpční energie je charakteristika, která ukazuje hodnotu energie, kterou varistor rozptýlí a neselže, když je vystaven jedinému pulzu (měřeno v joulech);

Maximální pulzní proud – normalizuje dobu náběhu a dobu trvání aktuálního pulzu (měřeno v ampérech);

Kapacita je velmi důležitý parametr, který se měří v zavřeném stavu a při dané frekvenci (klesne na nulu, pokud je do varistoru přiveden vysoký proud);

Přípustná odchylka – odchylka od jmenovitého rozdílu potenciálu v obou směrech (uvedeno v procentech).

Doba odezvy je časový úsek, během kterého varistor přejde z uzavřeného stavu do otevřeného stavu (obvykle několik desítek nanosekund).

Výhody a nevýhody varistorů

Důležitými výhodami nelineárního rezistoru (varistoru) je jeho stabilní a spolehlivý provoz s vysokými frekvencemi a velkým zatížením. Používá se v mnoha zařízeních pracujících s napětím od 3 V do 20 kV, je poměrně jednoduchý a levný na výrobu a je účinný v provozu. Další důležité výhody jsou:

• vysoká rychlost odezvy (nanosekundy);
• dlouhá životnost;
• schopnost sledovat poklesy napětí (metoda bez setrvačnosti).

Navzdory skutečnosti, že tato elektronická součástka má mnoho výhod, má také nevýhody, které ovlivňují její použití v různých systémech. Patří sem:

• nízkofrekvenční hluk během provozu;
• stárnutí součásti (ztráta parametrů v průběhu času);
• vysoká kapacita: závisí na napětí a typu prvku, pohybuje se od 70 do 3200 pF a ovlivňuje výkon zařízení;
• při maximálních hodnotách napětí se výkon neztrácí – výrazně se přehřívá a při delších maximálních hodnotách napětí selhává.

Výběr varistoru

Chcete-li vybrat správný varistor pro konkrétní zařízení, musíte znát vlastnosti jeho napájecího zdroje: odpor a přechodný pulzní výkon. Maximální přípustná hodnota proudu je určena mimo jiné délkou jeho působení a počtem opakování, proto pokud nainstalujete varistor s nízkou špičkovou hodnotou proudu, rychle selže. Stručně řečeno, pro účinnou ochranu zařízení je nutné zvolit varistor s napětím, které má malou rezervu vůči jmenovitému.

Pro bezporuchový provoz takové elektronické součástky je také velmi důležitá rychlost rozptylu absorbované tepelné energie a schopnost rychlého návratu do stavu normálního provozu.

Označení na schématu a možnosti připojení varistoru

Na schématech je varistor obvykle označen jako běžný rezistor, ale s přidáním písmene U vedle lomítka. Tato vlastnost ve schématech naznačuje, že tento prvek má závislost odporu na napětí v obvodu. Také na elektrickém schématu je tento prvek označen dvěma písmeny R a U s doplněním sériového čísla (RU1, RU2 . atd.).

Možností připojení varistorů je velké množství, ale pro všechny způsoby je společné to, že tato součástka je zapojena paralelně k napájecímu obvodu. Proto při absenci nebezpečných hodnot napěťových impulzů je proud, který protéká varistorem, malý (kvůli velkým hodnotám odporu) a žádným způsobem neovlivňuje výkon systému. Když dojde k přepětí, varistor změní odpor na malé hodnoty, zátěž se posune a absorbovaná energie se rozptýlí do okolního prostoru.

Co je to rezistor a k čemu slouží?

SPD – co to je, popis a schémata připojení v soukromém domě

Jak správně vypočítat rezistor pro LED?

Co je napěťové relé a proč je potřeba v bytě

Princip činnosti a schéma zapojení tepelného relé

Výpočet a minimalizace úbytku napětí v kabelovém vedení