Работа варистора и устройство

Варистор в дословном переводе с английского означает переменный резистор, но на самом деле это полупроводник, сопротивление которого нелинейно зависит от уровня приложенного напряжения, то есть он обладает нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеет два вывода. Варистор обладает отличным свойством резко и существенно снижать свое сопротивление с единиц ГОм до десятков Ом при росте приложенного к его выводам напряжения выше порогового значения. При дальнейшем увеличении сопротивление варистора уменьшается еще больше. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении входного уровня напряжения, варистор является одним из главных элементов защиты электронных устройств от импульсных перенапряжений.

Принцип работы варистора

Давайте рассмотрим работу варистора при нормальном рабочем напряжении имеем следующие протекания токов:

Предположим, что в схеме установлен варистор, срабатывающий от 250 вольт. Пока уровень ниже данного значения, сопротивление варистора огромно, и сетевое питание 220 В питает схему, минуя варистор.

При подаче на варистор допустим 300 вольт в аварийной ситуации, сопротивление варистора резко падает, и он начинает принимать всю нагрузку только на себя. Благодаря этому, завышенный потенциал не пройдет на схему, тем самым, защищая ее.

Когда варистор срабатывает, то вся нагрузка идет на предохранитель, и он перегорает, тем самым спасая электронное устройство от перегрузки.

Схемы вкючения варисторов

Все варисторы подсоединяются параллельно нагрузке, правильнее всего их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления или нейтралью.

В трехфазной сети переменного тока, при подсоединение нагрузки «звездой», варисторы подключаются между каждой фазой и проводом заземления. А при соединении нагрузки «треугольником», варисторы подключены между фазами.

Маркировка варисторов

Чаще всего на корпусе варистора указана достаточно длинная маркировка, на примере 20D471K расшифруем ее и узнаем основные технические характеристики варистора.

Итак, разложим все по полочкам:

У некоторых производителей варисторов, маркировки отличаются друг от друга, но не существенно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных фирм: Epcos - S20K300, TVR -TVR20D471, Fenghua - FNR-20K471, JVR - JVR-20N471K, CNR - CNR20D471.

Как проверить варистор

Первым делом необходимо выполнить внешний осмотр варистора на схеме, пытаемся обнаружить на нем сколы и трещины, почернения и следы нагара. При выявлении таких проблем варистор нужно обязательно заменить, даже если он и пока исправный. Если нет нового можно на непродолжительное время даже выпаять его из схемы, она будет работать и без него. Но при всплеске напряжения выйдут из строя уже другие компоненты устройства и потребуется более дорогой ремонт электронного оборудования.

Если внешний осмотр дефектов не выявил, на всякий случай прозвоните варистор мультиметром, его сопротивление должно быть гораздо больше измерительного диапазана на вашем приборе.

При проверки варистора омметром прибор покажет величину статического сопротивления представляющего собой отношение постоянного напряжения, приложенного к варистору, к постоянному току, протекающему через варистор.

Секреты производства варисторов

Изготавливают варисторы технологическим способом методом спекания полупроводника при температуре около 1700 °C, обычно для этих целий используют порошкообразный карбид кремния или оксида цинка, и какого либо связующего вещества, например глина, жидкое стекло,и т.п. В завершающей стадии поверхность элемента металлизируют и припаивают к ней металлические выводы. Конструктивно варисторы изготавливаются в виде дисков, таблеток и стержней.

Варистор по внешнему виду напоминает конденсатор и его часто путают из-за этого с ним. Но, никакая емкость не способна подавлять скачки напряжения таким же образом. Ведь есле в схеме какогй-либо конструкции возникнет импульс высокого напряжения, то погорит огромное количество радиокомпонентов. Поэтому использование варистора играет огромную роль в реализации защиты чувствительных электронных компонентов от возможных скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов в электрических цепях. Всплески напряжения возможны в сетях как переменного так и постоянного тока. Они могут возникнуть и в самой конструкции. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать по амплитуде и доходить даже до потенциала в несколько тысяч вольт, и именно от этих импульсов необходимо защищать радиоэлементы схемы.

Источником подобных импульсов является индуктивный выброс, происходящий из-за переключения катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей, скачки от включения высоковольтных схем запуска люминесцентных ламп и т.п.

В нормальном режиме работы, варистор облодает очень высоким сопротивлением, поэтому его ВАХ (вольт-амперная характеристика) напоминает ВАХ стабилитрона. Но в тот момент, когда на варисторе напряжение превысит номинальный уровень, его эффективное сопротивление сильно снижается.

Как мы видим из графика варистор обладает симметричной двунаправленной характеристикой, то есть он работает в обоих направлениях, подобно стабилитрону

Из-за огромного внутреннего сопротивления, варистор не оказывает заметного влияние на схему питания, пока напряжение не привысило номинального уровня. При превышении уровня происходит переход из изолирующего состояния в электропроводящее состояние за счет лавинного эффекта в полупроводнике. При этом ток утечки, протекающий через него,скачкообразно возрастает, но напряжение на нем остается практически на том-же уровне.

Так как варистор, посоединяется к обоим выводам питания, то при нормальном уровни напряжения он обладает определенным значением емкости которая прямо пропорциональна площади и обратно пропорциональна толщине. В случае применения в цепях постоянного напряжения, емкость варистора остается более-менее постоянной.

Выпускаемые электронной промышленностью варисторы имеют широкий диапазон от 10 вольт и до нескольких тысяч, но их лучше выбирать с небольшим запасом, так для стандартных 230 вольт необходимо выбрать варистор на 250-260 вольт.

Варистор – это надежный и недорогой радио элемент. Может прекрасно работать в различных условиях (постоянные и переменные цепи, при высокой частоте), варистор способен с легкостью выдерживать большие перегрузки. Он используется практически во всех нишах связанных с электроникой и не только в роли эффективного защитника от перенапряжения. Варистор в схемах электроники применяют также как: регулятор и стабилизатор, в роли ограничителя напряжения. Из недостатков варисторов, можно отметить: высокий шум на низких частотах, так же со временем, он может незначительно изменять свои параметры работы.