Varistores - princípio de operação, tipos e aplicação

Um varistor é um componente semicondutor que pode alterar sua resistência ativa de forma não linear, dependendo da magnitude da tensão aplicada a ele. Na verdade, é um resistor com essa característica de corrente-tensão, cuja seção linear é limitada a uma faixa estreita, à qual a resistência do varistor chega quando uma tensão acima de um determinado limite é aplicada a ele.

Nesse ponto, a resistência do elemento muda bruscamente em várias ordens de magnitude - diminui das dezenas iniciais de MΩ para unidades de Ohm. E quanto mais a tensão aplicada aumenta, menor e menor se torna a resistência do varistor. Esta propriedade torna o varistor um elemento básico dos modernos dispositivos de proteção contra surtos.

Conectado em paralelo com a carga protegida, o varistor absorve a corrente de perturbação e a dissipa como calor. E ao final desse evento, quando a tensão aplicada diminui e volta acima do limite, o varistor restaura sua resistência inicial e está novamente pronto para realizar uma função de proteção.

Podemos dizer que o varistor é um análogo semicondutor de uma centelha de gás, apenas em um varistor, ao contrário de uma centelha de gás, a alta resistência inicial é restaurada mais rapidamente, praticamente não há inércia e a faixa de tensões nominais começa em 6 e atinge 1000 e mais volts.

Por esta razão, os varistores são amplamente utilizados em circuitos de proteção. interruptores semicondutores, em circuitos com elementos indutivos (para extinção de faíscas), bem como elementos independentes de proteção eletrostática dos circuitos de entrada de dispositivos eletrônicos.

O processo de fabricação de um varistor consiste em sinterizar um semicondutor em pó com um aglutinante a uma temperatura de cerca de 1700 ° C. Semicondutores como óxido de zinco ou carboneto de silício são usados ​​aqui. O aglutinante pode ser vidro de água, argila, verniz ou resina. Sobre o elemento em forma de disco obtido por sinterização, são aplicados eletrodos por metalização aos quais são soldados os fios de montagem do componente.

Além da tradicional forma de disco, os varistores podem ser encontrados na forma de hastes, esferas e filmes. Os varistores ajustáveis ​​são feitos na forma de hastes com um contato móvel. Materiais semicondutores tradicionais utilizados na fabricação de varistores à base de carboneto de silício com diferentes ligações: tirita, willita, letine, silite.

O princípio interno de operação do varistor é que as bordas de pequenos cristais semicondutores dentro da massa de ligação estão em contato umas com as outras, formando circuitos condutores. Quando uma corrente de certa magnitude passa por eles, ocorre o superaquecimento local dos cristais e a resistência dos circuitos diminui. Este fenômeno explica a não linearidade CVC do varistor.

Um dos principais parâmetros do varistor, juntamente com a tensão de resposta rms, é o coeficiente de não linearidade, que indica a razão entre a resistência estática e a resistência dinâmica. Para varistores à base de óxido de zinco, esse parâmetro varia de 20 a 100. Quanto ao coeficiente de temperatura de resistência do varistor (TCR), geralmente é negativo.

Os varistores são compactos, confiáveis ​​e funcionam bem em uma ampla faixa de temperaturas de operação.Em placas de circuito impresso e em SPDs, você pode encontrar pequenos varistores de disco com um diâmetro de 5 a 20 mm. Para dissipar potências mais altas, são utilizados varistores de bloco com dimensões totais de 50, 120 e mais milímetros, capazes de dissipar quilojoules de energia em um pulso e passar por eles correntes de dezenas de milhares de amperes, sem perder eficiência.

Um dos parâmetros mais importantes de qualquer varistor é o tempo de resposta. Embora o tempo típico de ativação de um varistor não exceda 25 ns, e em alguns circuitos isso seja suficiente, em alguns lugares, por exemplo, para proteção contra eletrostática, é necessária uma resposta mais rápida, não mais que 1 ns.

Em conexão com esta necessidade, os principais fabricantes mundiais de varistores direcionam seus esforços para aumentar seu desempenho. Uma maneira de atingir esse objetivo é reduzir o comprimento (respectivamente, a indutância) dos terminais dos componentes multicamadas. Esses varistores CN já ocuparam um lugar de destaque na proteção contra saída estática de circuitos integrados.

A tensão nominal do varistor DC (1mA) é um parâmetro condicional, nesta tensão a corrente através do varistor não excede 1mA.A tensão nominal é indicada na marcação do varistor.

ACrms é a resposta de tensão ca eficaz do varistor. DC — Atuação da tensão DC.

Além disso, a tensão máxima permitida em uma determinada corrente é padronizada, por exemplo V @ 10A. W é a dissipação de potência nominal do componente. J é a energia máxima de um único pulso absorvido, que determina o tempo durante o qual o varistor poderá dissipar a potência nominal mantendo-se em boas condições. Ipp - a corrente de pico do varistor, normalizada pelo tempo de subida e a duração do pulso absorvido, quanto mais longo o pulso, menor a corrente de pico permitida (medida em quiloampères).

Para obter maior dissipação de energia, é permitida a conexão paralela e em série de varistores. Quando conectado em paralelo, é importante escolher varistores o mais próximo possível dos parâmetros.