Varistori - principio di funzionamento, tipi e applicazione

Un varistore è un componente semiconduttore che può cambiare la sua resistenza attiva in modo non lineare a seconda dell'entità della tensione applicata ad esso. Si tratta infatti di un resistore con tale caratteristica corrente-tensione, la cui sezione lineare è limitata ad un intervallo ristretto, al quale arriva la resistenza del varistore quando ad esso viene applicata una tensione superiore ad una certa soglia.

A questo punto, la resistenza dell'elemento cambia bruscamente di diversi ordini di grandezza: diminuisce dalle decine iniziali di MΩ a unità di Ohm. E più aumenta la tensione applicata, più piccola diventa la resistenza del varistore. Questa proprietà rende il varistore un punto fermo dei moderni dispositivi di protezione contro le sovratensioni.

Collegato in parallelo al carico protetto, il varistore assorbe la corrente di disturbo e la dissipa sotto forma di calore. E al termine di questo evento, quando la tensione applicata diminuisce e torna sopra la soglia, il varistore ripristina la sua resistenza iniziale ed è di nuovo pronto a svolgere una funzione protettiva.

Possiamo dire che il varistore è un analogo a semiconduttore di uno spinterometro a gas, solo in un varistore, a differenza di una scintilla a gas, l'elevata resistenza iniziale viene ripristinata più velocemente, non c'è praticamente inerzia e l'intervallo di tensioni nominali parte da 6 e raggiunge 1000 e più volt.

Per questo motivo, i varistori sono ampiamente utilizzati nei circuiti di protezione. interruttori a semiconduttore, in circuiti con elementi induttivi (per l'estinzione di scintille), nonché elementi indipendenti di protezione elettrostatica dei circuiti di ingresso dei dispositivi elettronici.

Il processo di produzione di un varistore consiste nella sinterizzazione di un semiconduttore in polvere con un legante a una temperatura di circa 1700 ° C. Qui vengono utilizzati semiconduttori come l'ossido di zinco o il carburo di silicio. Il legante può essere acqua di vetro, argilla, vernice o resina. Sull'elemento discoidale ottenuto per sinterizzazione vengono applicati degli elettrodi per metallizzazione ai quali vengono saldati i fili di assemblaggio del componente.

Oltre alla tradizionale forma a disco, i varistori possono essere trovati sotto forma di aste, sfere e pellicole. I varistori regolabili sono realizzati sotto forma di aste con contatto mobile. Materiali semiconduttori tradizionali utilizzati nella produzione di varistori a base di carburo di silicio con diversi legami: tirite, willite, letina, silite.

Il principio di funzionamento interno del varistore è che i bordi di piccoli cristalli semiconduttori all'interno della massa di legame sono in contatto tra loro, formando circuiti conduttivi. Quando una corrente di una certa entità li attraversa, si verifica un surriscaldamento locale dei cristalli e la resistenza dei circuiti diminuisce. Questo fenomeno spiega la non linearità CVC del varistore.

Uno dei parametri principali del varistore, insieme alla tensione di risposta rms, è il coefficiente di non linearità, che indica il rapporto tra la resistenza statica e la resistenza dinamica. Per i varistori a base di ossido di zinco, questo parametro varia da 20 a 100. Per quanto riguarda il coefficiente di temperatura della resistenza del varistore (TCR), è solitamente negativo.

I varistori sono compatti, affidabili e funzionano bene in un'ampia gamma di temperature di esercizio.Sui circuiti stampati e negli SPD è possibile trovare varistori a disco di piccole dimensioni con un diametro da 5 a 20 mm. Per dissipare potenze superiori vengono utilizzati varistori a blocchi con dimensioni complessive di 50, 120 e più millimetri, in grado di dissipare kilojoule di energia in un impulso e far passare attraverso di essi correnti di decine di migliaia di ampere, senza perdere efficienza.

Uno dei parametri più importanti di qualsiasi varistore è il tempo di risposta. Sebbene il tempo di attivazione tipico di un varistore non superi i 25 ns, e in alcuni circuiti questo sia sufficiente, tuttavia in alcuni punti, ad esempio per la protezione dall'elettricità statica, è richiesta una risposta più rapida, non più di 1 ns.

In relazione a questa esigenza, i principali produttori mondiali di varistori indirizzano i loro sforzi per aumentare le loro prestazioni. Un modo per raggiungere questo obiettivo è ridurre la lunghezza (rispettivamente, l'induttanza) dei terminali dei componenti multistrato. Tali varistori CN hanno già preso un posto degno nella protezione contro l'uscita statica dei circuiti integrati.

La tensione nominale del varistore CC (1mA) è un parametro condizionale, a questa tensione la corrente attraverso il varistore non supera 1mA.La tensione nominale è indicata sulla marcatura del varistore.

ACrms è la risposta di tensione ca rms del varistore. CC — Azionamento con tensione CC.

Inoltre, la tensione massima consentita a una data corrente è standardizzata, ad esempio V @ 10A. W è la dissipazione di potenza nominale del componente. J è l'energia massima di un singolo impulso assorbito, che determina il tempo durante il quale il varistore sarà in grado di dissipare la potenza nominale rimanendo in buone condizioni. Ipp — la corrente di picco del varistore, normalizzata dal tempo di salita e dalla durata dell'impulso assorbito, più lungo è l'impulso, minore è la corrente di picco consentita (misurata in kiloampere).

Per ottenere una maggiore dissipazione di potenza, è consentito il collegamento in parallelo e in serie dei varistori. Quando sono collegati in parallelo, è importante scegliere varistori il più vicino possibile ai parametri.