Что такое варистор?
Варистор представляет собой особый тип нелинейного полупроводникового резистора. Его название образовано от английских слов «variable» (переменный) и «resistor» (резистор), что отражает ключевую особенность этого компонента. Уникальность варистора заключается в том, что его электрическое сопротивление резко уменьшается при превышении определённого порогового напряжения, причём эта характеристика симметрична для напряжений как положительной, так и отрицательной полярности.
Производство и конструкция
Основой для создания варисторов служит полупроводниковый материал, чаще всего карбид кремния или оксид цинка. Технологический процесс начинается с порошкообразного полупроводника, который смешивают со связующими веществами — глиной, смолами, лаками или жидким стеклом. Эту смесь прессуют в форму диска или шайбы и подвергают высокотемпературному обжигу (около 1700 °C). После спекания элемент заключают в металлический корпус, припаивают выводы и наносят защитные покрытия, обеспечивающие электроизоляцию и стойкость к влаге. В зависимости от области применения выпускают как низковольтные, так и высоковольтные модели.
Принцип действия и применение
Основное предназначение варистора — защита электронного оборудования от опасных импульсных перенапряжений (например, вызванных грозовыми разрядами или коммутационными процессами в сети). Механизм защиты прост и эффективен: варистор подключается параллельно защищаемому устройству. В нормальном режиме работы, при штатном напряжении, он обладает очень высоким сопротивлением и практически не влияет на схему, выполняя роль изолятора. Как только возникает опасный импульс, превышающий пороговое значение («напряжение срабатывания»), сопротивление варистора практически мгновенно падает на несколько порядков. Это позволяет ему «закорачивать» импульсный ток на себя, рассеивая его энергию в виде тепла. После гашения всплеска напряжения варистор автоматически возвращается в состояние с высоким сопротивлением, готовый к следующему воздействию. На практике для трёхфазных сетей часто применяют схемы соединения варисторов в виде «звезды» или «треугольника».
Современные типы варисторов
С развитием микроэлектроники появились более совершенные многослойные варисторы (MLV — Multilayer Varistors), например, на основе оксида цинка. Они обладают симметричной вольт-амперной характеристикой и компактными размерами. Такие компоненты стали стандартом для защиты бытовой электроники, телекоммуникационного оборудования, систем передачи электроэнергии и бортовой электроники транспортных средств. Особенно миниатюрные и быстродействующие модели, предназначенные для поверхностного монтажа (SMD), получили название чип-варисторов.
Дополнительные функции и характеристики
Современные варисторы проектируются с учётом разнообразных требований. Важной характеристикой является собственная ёмкость компонента, которая определяет дополнительные области его применения:
- Варисторы с низкой ёмкостью используются в цепях высокочастотных сигналов и при создании низкочастотных фильтров.
- Варисторы со средней ёмкостью обеспечивают защиту от импульсов и могут выполнять роль конденсаторов, что позволяет экономить место на печатной плате.
- Варисторы с высокой ёмкостью эффективно поглощают электромагнитные помехи широкого спектра.
Достоинства и недостатки
К основным преимуществам варисторов относятся высокая надёжность, способность выдерживать значительные импульсные токи и простота интеграции в схему. Однако они имеют и некоторые ограничения: могут генерировать низкочастотный шум, а их ключевые параметры (например, напряжение срабатывания) могут необратимо меняться со временем под воздействием множества срабатываний или значительных перепадов температуры.