Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
В електроніці можна виділити групу компонентів, завдання яких обмеження сплесків напруги. Один з таких елементів - варістор. Найчастіше даний апарат можна зустріти в більшості хороших блоків живлення. У цій статті ми поговоримо про те, як працюють і де застосовуються варистори.Принцип дії
Варистор - це напівпровідниковий прилад із симетричною нелінійної вольтамперної характеристикою. За її формі можна зробити висновок про те, що варістор працює і в змінному і в постійному струмі. Розглянемо її докладніше.
У нормальному стані струм через варистор гранично малий, його називають струмом витоку. Його можна розглядати як діелектричний компонент з певною електричної ємністю і можна говорити, що він не пропускає струм. Але, при певній напрузі (на зображенні це + - 60 Вольт) він починає пропускати струм.
Іншими словами, принцип роботи варістора в захисних ланцюгах нагадує розрядник, тільки в напівпровідниковому приладі не виникає дугового розряду, а змінюється його внутрішній опір. При зменшенні опору, струм з одиниць мікроампер зростає до сотень або тисяч Ампер.
Умовне графічне зображення варістора в схемах:
Позначення елемента на схемах нагадує звичайний резистор, але перекреслений по діагоналі лінією, на якій може бути нанесена буква U. Щоб знайти на платі або в схемі цей елемент - звертайте увагу на підписи, найчастіше вони позначаються, як RU або VA.
Зовнішній вигляд варістора:
Варистор встановлюють паралельно ланцюга для її захисту. Тому при імпульсі напруги захищається ланцюга - енергія надходить не в пристрій, а розсіюється у вигляді тепла на варисторі. Якщо енергія імпульсу занадто велика - варістор згорить. Але поняття згорить розмазано, варіанти розвитку два. Або варістор просто розірве на частини, або його кристал зруйнується, а електроди замкнуться накоротко. Це призведе до того, що вигорить доріжки і провідники, чи відбудеться загоряння елементів корпусу та інших деталей.
Щоб цього уникнути перед варистором, послідовно з усією ланцюгом на сигнальний або провід живлення встановлюють запобіжник. Тоді в разі сильного імпульсу напруги і довготривалого спрацьовування або перегорання варістора згорить і запобіжник, розірвавши ланцюг.
Якщо сказати коротко, для чого потрібен такий компонент - його властивості дозволяють захистити електричний ланцюг від згубних сплесків напруги, які можуть виникати як на інформаційних лініях, так і на електричних лініях, наприклад, при комутації потужних електроприладів. Ми обговоримо це питання трохи нижче.
Пристрій
Варистори влаштовані досить просто - всередині є кристал напівпровідникового матеріалу, найчастіше це Оксид цинку (ZiO) або Карбід кремнію (SiC). Пресований порошок цих матеріалів піддають високотемпературній обробці (запікають) і покривають діелектричної оболонкою. Зустрічаються або у виконанні з аксіальним висновками, для монтажу в отвори на друкованій платі, а також в SMD-корпусі.
На малюнку нижче наочно зображено внутрішній устрій варістора:
Основні параметри
Щоб правильно підібрати варістор, потрібно знати його основні технічні характеристики:
- Класифікаційне напруга, може позначатися як Un. Це таке напруга, при якому через варістор починає протікати струм силою в 1 мА, при подальшому перевищенні струм лавиноподібно збільшується. Саме цей параметр вказують у маркуванні варістора.
- Номінальна потужність розсіювання P. Визначає, скільки може розсіяти елемент зі збереженням своїх характеристик.
- Максимальна енергія одиночного імпульсу W. Вимірюється в Джоулях.
- Максимальний струм Ipp імпульсу. При тому що фронт наростає протягом 8 мкс, а загальна його тривалість - 20 мкс.
- Ємність в закритому стані - Co. Так як в закритому стані варістор являє собою подобу конденсатора, адже його електроди розділені непровідним матеріалом, то у нього є певна ємність. Це важливо, коли пристрій застосовується в високочастотних ланцюгах.
Також виділяють і два види напруг:
- Um ~ - максимальне чинне або середньоквадратичне змінне;
- Um = - максимальне постійна.
Маркування і вибір варістора
На практиці, наприклад, при ремонті електронного пристрою доводиться працювати з маркуванням варістора, зазвичай вона виконана у вигляді:
20D 471K
Що це таке і як зрозуміти? Перші символи 20D - це діаметр. Чим він більший і чим товще - тим більшу енергію може розсіяти варістор. Далі 471 - це класифікаційне напруга.
Можуть бути присутні й інші додаткові символи, зазвичай вказують на виробника або особливість компонента.
Тепер давайте розберемося як правильно вибрати варістор, щоб він правильно виконував свою функцію. Щоб підібрати компонент, потрібно знати в ланцюзі з якою напругою і родом струму він буде працювати. Наприклад, можна припустити, що для захисту пристроїв, що працюють в ланцюзі 220В потрібно застосовувати варістор з класифікаційними напругою трохи вище (щоб спрацьовував при значних перевищення номіналу), тобто 250-260В. Це в корені не вірно.
Справа в тому, що в ланцюгах змінного струму 220В - це діюче значення. Якщо не заглиблюватися в подробиці, то амплітуда синусоїдального сигналу в корінь з 2 разів більше ніж діюче значення, тобто в 1, 41 рази. В результаті амплітудне напруга в наших розетках дорівнює 300-310 В.
240 * 1, 1 * 1, 41 = 372 В.
Де 1, 1 - коефіцієнт запасу.
При таких розрахунках елемент почне спрацьовування при стрибку чинного напруги більше 240 Вольт, значить його класифікаційне напруга повинна бути не менше 370 Вольт.
Нижче наведені типові номінали варисторів для мереж змінного струму з напругою в:
- 100В (100 ~ 120) - 271k;
- 200В (180 ~ 220) - 431k;
- 240В (210 ~ 250) - 471k;
- 240В (240 ~ 265) - 511k.
Застосування в побуті
Призначення варисторів - захист ланцюга при імпульсах і перенапруженнях на лінії. Це властивість дозволило розглядаються елементам знайти своє застосування в якості захисту:
- ліній зв'язку;
- інформаційних входів електронних пристроїв;
- силових ланцюгів.
У більшості дешевих блоків живлення не встановлюють ніяких захистів. А ось в хороших моделях по входу встановлюють варистори.
Крім того, всі знають, що комп'ютер потрібно підключатися до мережі через спеціальний подовжувач з кнопкою - мережевий фільтр. Він не тільки фільтрує перешкоди, в схемах нормальних фільтрів також встановлюють варистори.
Часто електрики рекомендують захистити китайські світлодіодні лампи, встановивши варістор паралельно патрону. Також захищають і інші пристрої, деякі монтують варістор в розетку або в вилку, щоб убезпечити підключається техніку.
Щоб захистити всю квартиру - ви можете встановити варістор на дин-рейку, в хороших пристроях в корпусі розташовані справжні потужні варистори діаметром з кулак. Прикладом такого пристрою є ОИН-1, який зображений на фото нижче:
На закінчення хотілося б відзначити, що призначення варистора - захистити будь-яку електричну ланцюг. Принцип роботи заснований на зміні опору напівпровідникової структури під впливом високої напруги. Напруга, при якому через елемент починає текти струм силою 1 мА називають класифікаційними. Це і діаметр елемента є основними параметрами при виборі. Мабуть, ми доступно пояснили, що таке варістор і для чого він потрібен, задавайте питання в коментарях, якщо вам щось незрозуміло.
Наостанок рекомендуємо переглянути корисні відео по темі статті:
Напевно ви не знаєте:
- Які бувають перешкоди в електромережі
- Принцип роботи УЗИП
- Як зробити мережевий фільтр своїми руками
- Як перевірити резистор в домашніх умовах