Характеристики и параметры варисторов

Полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании зависимости электропроводности полупроводника от напряженности электрического поля, называют варистором. В качестве материала для изготовления варисторов используют керамики. Керамики представляют спеченные смеси оксидов, селенидов, жидкого стекла, органических лаков. Варисторы, изготавливаются на основе карбида кремния (обозначение этого типа варисторов - СН1), на основе селенидов (обозначение этого типа варисторов - СН2), а также на основе оксида цинка и других материалов. Варисторы представляют собой нелинейные полупроводниковые резисторы. Они получили широкое распространение в технике для защиты элементов маломощной и низковольтной аппаратуры от разрушающих переходных напряжений, которые возникают в системах за счет внутренних причин (например, при выключении индуктивных нагрузок) или в результате внешних воздействий – перенапряжений из-за вспышки молнии. Другие возможные применения - стабилизация напряжения, преобразование частоты и др. Варисторы на электрических принципиальных и функциональных схемах обозначаются как обычный резистор, традиционным позиционным обозначением и знаком, что величина сопротивления резистора изменяется в зависимости от напряжения (см. рис.3):

Рис. 3. Условное графическое обозначение на электрических принципиальных и функциональных схемах

Варисторы характеризуют вольтамперной (ВАХ) и температурной характеристиками, коэффициентом нелинейности b, температурным коэффициентом изменения тока d, температурным коэффициентом сопротивления a и др. Для низковольтных варисторов (от 3 до 200 В) в широком интервале температур выражение для ВАХ (зависимости тока от напряжения) имеет следующий вид:

,

где b- постоянная нелинейности, sо – электропроводность в слабых электрических полях, U – приложенное к резистору напряжение, Eg - ширина запрещенной зоны, с – коэффициент пропорциональности. Основными параметрами варистора являются:

статическое сопротивление – сопротивление варистора постоянному току:

динамическое сопротивление - сопротивление варистора переменному току в режиме малого сигнала:

Коэффициент нелинейности варистора – величина, показывающая, во сколько раз статическое сопротивление в одной и той же рабочей точке больше динамического сопротивления:

Если величина постоянна в некотором диапазоне приложенных напряжений, то для ВАХ варистора можно написать уравнение, справедливое для узкого диапазона токов и напряжений:

,

где – постоянная величина. Коэффициент нелинейности варистора можно найти посредством измерения тока и напряжения в двух точках ВАХ. Но чаще всего коэффициент нелинейности варистора является функцией приложенного напряжения и связан с постоянной нелинейности выражением вида:

Мощность, рассеиваемая варистором, определяется из уравнений:

При последовательном соединении нескольких одинаковых варисторов ВАХ этого соединения будет иметь вид:

.

ВАХ варистора является функцией частоты. При повышенных частотах на ВАХ появляется гистерезисная петля, т.к. при повышенных частотах сопротивление варистора перестает быть чисто активным и начинает сказываться реактивная (емкостная) составляющая, создающая петлю вольтамперной характеристики. При больших напряжениях одной и той же частоты гистерезисный шлейф получается более узким, т.к. с ростом напряжения начинает преобладать активный ток, а активное сопротивление уменьшается с ростом напряжения (уменьшается диффузионная емкость).