Varistors: principi de funcionament, tipus i aplicació
Un varistor és un component semiconductor que pot canviar la seva resistència activa de manera no lineal en funció de la magnitud de la tensió aplicada. De fet, es tracta d'una resistència amb aquesta característica de corrent-tensió, la secció lineal de la qual es limita a un rang estret, a la qual arriba la resistència del varistor quan se li aplica una tensió per sobre d'un determinat llindar.
En aquest punt, la resistència de l'element canvia bruscament en diversos ordres de magnitud: disminueix des de les desenes inicials de MΩ a unitats d'ohm. I com més augmenta la tensió aplicada, més i més petita és la resistència del varistor. Aquesta propietat fa que el varistor sigui un element bàsic dels moderns dispositius de protecció contra sobretensions.
Connectat en paral·lel amb la càrrega protegida, el varistor absorbeix el corrent pertorbador i el dissipa en forma de calor. I al final d'aquest esdeveniment, quan la tensió aplicada disminueix i torna per sobre del llindar, el varistor restaura la seva resistència inicial i torna a estar a punt per realitzar una funció protectora.
Podem dir que el varistor és un anàleg semiconductor d'una espurna de gas, només en un varistor, a diferència d'una espurna de gas, l'alta resistència inicial es restaura més ràpidament, pràcticament no hi ha inèrcia i el rang de tensions nominals comença des de 6 i arriba als 1000 i més volts.
Per aquest motiu, els varistors s'utilitzen àmpliament en circuits de protecció. interruptors de semiconductors, en circuits amb elements inductius (per a l'extinció d'espurnes), així com elements independents de protecció electrostàtica dels circuits d'entrada dels dispositius electrònics.
El procés de fabricació d'un varistor consisteix a sinteritzar un semiconductor en pols amb un aglutinant a una temperatura d'uns 1700 ° C. Aquí s'utilitzen semiconductors com l'òxid de zinc o el carbur de silici. L'aglutinant pot ser de vidre d'aigua, argila, vernís o resina. A l'element en forma de disc obtingut per sinterització, s'apliquen elèctrodes per metal·lització a la qual es solden els cables de muntatge del component.
A més de la forma de disc tradicional, els varistors es poden trobar en forma de varetes, perles i pel·lícules. Els varistors ajustables es fabriquen en forma de barres amb un contacte mòbil. Materials semiconductors tradicionals utilitzats en la fabricació de varistors a base de carbur de silici amb diferents enllaços: tirita, willita, letina, silita.
El principi intern de funcionament del varistor és que les vores dels petits cristalls semiconductors dins de la massa d'enllaç estan en contacte entre si, formant circuits conductors. Quan un corrent de certa magnitud els passa, es produeix un sobreescalfament local dels cristalls i la resistència dels circuits disminueix. Aquest fenomen explica la no linealitat CVC del varistor.
Un dels paràmetres principals del varistor, juntament amb la tensió de resposta rms, és el coeficient de no linealitat, que indica la relació entre la resistència estàtica i la resistència dinàmica. Per als varistors basats en òxid de zinc, aquest paràmetre varia de 20 a 100. Pel que fa al coeficient de temperatura de resistència del varistor (TCR), sol ser negatiu.
Els varistors són compactes, fiables i funcionen bé en una àmplia gamma de temperatures de funcionament.A les plaques de circuits impresos i als SPD podeu trobar varistors de disc petits amb un diàmetre de 5 a 20 mm. Per dissipar potències superiors, s'utilitzen varistors de bloc amb dimensions totals de 50, 120 i més mil·límetres, capaços de dissipar quilojoules d'energia en un pols i de passar corrents de desenes de milers d'amperes a través d'ells, sense perdre eficiència.
Un dels paràmetres més importants de qualsevol varistor és el temps de resposta. Encara que el temps d'activació típic d'un varistor no supera els 25 ns, i en alguns circuits això és suficient, no obstant això, en alguns llocs, per exemple, per a la protecció contra l'electrostàtica, es requereix una resposta més ràpida, no més d'1 ns.
En relació amb aquesta necessitat, els principals fabricants mundials de varistors dirigeixen els seus esforços per augmentar el seu rendiment. Una manera d'aconseguir aquest objectiu és reduir la longitud (respectivament, la inductància) dels terminals dels components multicapa. Aquests varistors CN ja han ocupat un lloc digne en la protecció contra la sortida estàtica dels circuits integrats.
La tensió nominal del varistor de CC (1 mA) és un paràmetre condicional, a aquesta tensió el corrent a través del varistor no supera 1 mA.La tensió nominal s'indica a la marca del varistor.
ACrms és la resposta de tensió de CA rms del varistor. DC — Actuació de tensió DC.
A més, la tensió màxima permesa a un corrent donat està estandarditzada, per exemple V @ 10A. W és la potència dissipada nominal del component. J és l'energia màxima d'un sol pols absorbit, que determina el temps durant el qual el varistor serà capaç de dissipar la potència nominal mentre es manté en bon estat. Ipp: el pic de corrent del varistor, normalitzat pel temps de pujada i la durada del pols absorbit, com més llarg sigui el pols, més baix serà el pic de corrent admissible (mesurat en kiloamperes).
Per aconseguir una major dissipació de potència, es permet la connexió en paral·lel i en sèrie de varistors. Quan es connecten en paral·lel, és important triar varistors el més propers possible als paràmetres.