Varistores- un medio fiable para Supresión de sobretensiones en circuitos eléctricos primarios. Compañía pequeño fusible produce una amplia gama de estos productos, que consta de varias series, incluidos los líderes de la industria en disipación de energía, varistores industriales de la serie C-III.
Para tener confianza en el funcionamiento fiable del dispositivo que se está desarrollando, es necesario pensar en la supresión de las sobretensiones en las primeras etapas de desarrollo. Esta puede ser una tarea compleja porque los componentes electrónicos son muy sensibles a los transitorios. El diseñador debe determinar el tipo de peligro que podría causar sobretensiones y qué estándares debe cumplir el dispositivo en función de su aplicación. Los varistores se utilizan con mayor frecuencia para suprimir sobretensiones en circuitos primarios. Hay muchas empresas fabricantes de varistores en el mercado. Consideremos diferentes tipos de varistores, analicemos su esencia física y comparemos los varistores del líder en el mercado de componentes de protección: la empresa pequeño fusible– con varistores de otros fabricantes conocidos – Epcos Y Fenghua.
Un varistor es un dispositivo electrónico cuya resistencia cambia de forma no lineal con los cambios en el voltaje que se le suministra; su característica corriente-voltaje (CV) es similar a la característica corriente-voltaje de los diodos Zener bidireccionales. El varistor se compone principalmente de óxido de zinc ZNO con pequeñas cantidades de bismuto, cobalto, magnesio y otros elementos. Un varistor de óxido metálico (MOV) se sinteriza durante el proceso de fabricación en un semiconductor cerámico con una microestructura cristalina que permite disipar energías muy grandes, razón por la cual los varistores se utilizan a menudo para proteger contra sobretensiones causadas por rayos, transitorios y Cargas inductivas, descargas electrostáticas en circuitos AC y DC, así como en líneas eléctricas industriales. Además, los varistores se utilizan en redes de tensión constante, como fuentes de alimentación de baja tensión o circuitos de automoción. El proceso de producción de los varistores permite darles diversas formas. Sin embargo, el factor de forma más común de los varistores es un disco con conductores radiales.
Características del varistor
El cuerpo del varistor es una estructura granular isotrópica de óxido de zinc ZnO (Figura 1). Los gránulos están separados entre sí y su límite de separación tiene una característica corriente-voltaje similar a una unión pn en semiconductores. Estos límites a bajos voltajes tienen una conductividad muy baja, que aumenta de manera no lineal al aumentar el voltaje a través del varistor.
En la Figura 2 se muestra una característica simétrica de corriente-voltaje. Gracias a ella, el varistor hace un excelente trabajo al suprimir las sobretensiones. Cuando aparecen en el circuito, la resistencia del varistor disminuye muchas veces: de un estado casi no conductor a un estado altamente conductor, reduciendo el pulso de voltaje a un valor seguro para el circuito. De este modo, la energía del impulso de tensión de entrada, potencialmente peligrosa para los elementos del circuito, es absorbida por el varistor y protege los componentes sensibles a las sobretensiones.
En los puntos de contacto entre las microperlas del varistor se produce un efecto de conducción. Dado que el número de gránulos en el volumen del varistor es muy grande, la energía absorbida por el varistor excede significativamente la energía que puede pasar a través de una única unión p-n en los diodos Zener. Durante el paso de la corriente a través del varistor, toda la carga que pasa se distribuye uniformemente por todo el volumen. Por tanto, la cantidad de energía que puede absorber un varistor depende directamente de su volumen. El voltaje de funcionamiento del varistor y la corriente máxima dependen de la distancia entre los electrodos, entre los cuales se encuentran los gránulos de óxido de zinc. Sin embargo, hay muchos otros aspectos tecnológicos que determinan estos parámetros eléctricos: tecnología de granulación y sinterización, que influye en el tamaño de los gránulos y su área de contacto, conexión de cables metálicos, recubrimiento de varistores, aditivos de aleación. Por ejemplo, el rango de temperatura de funcionamiento de los varistores de disco depende del tipo de recubrimiento del disco: para varistores recubiertos de epoxi el rango es -55...85 °C, para un recubrimiento de fenol, que se encuentra en los varistores de la serie Littelfuse C-III, este rango se ha ampliado a 125°C. Además, la mayoría de las series de varistores de montaje superficial tienen un rango de temperatura de funcionamiento ampliado.
Echemos un vistazo más de cerca al principio de funcionamiento de un varistor.
En su cuerpo, entre los contactos metálicos, se encuentran gránulos de tamaño medio d (Figura 3).
Arroz. 3. Representación esquemática de la microestructura de un varistor de óxido metálico.
Los gránulos conductores de óxido de zinc con un tamaño de gránulo medio d están separados entre sí por límites intergranulares.
Al diseñar un varistor para una tensión nominal determinada Vn, el parámetro principal es el número de gránulos n contenidos entre los contactos, lo que a su vez afecta el tamaño del varistor. En la práctica, su material se caracteriza por un gradiente de tensión V/mm, medido en dirección colineal con la normal al plano del varistor. Para controlar la composición y las condiciones de producción, el gradiente debe ser constante. Dado que las dimensiones físicas de un varistor tienen ciertos límites, la combinación de impurezas en el dispositivo permite alcanzar un tamaño de gránulo determinado y el resultado deseado.
Una propiedad fundamental de un varistor de ZnO es su caída de tensión casi constante en los límites de los granos en todo el volumen. Las observaciones muestran que, independientemente del tipo de varistor, la caída de tensión en los límites de contacto de los gránulos es siempre de 2...3 V. La caída de tensión en los límites de los gránulos no depende del tamaño de los propios gránulos. Así, si omitimos los diferentes métodos de producción y aleación del óxido de zinc, el voltaje del varistor dependerá de su espesor y del tamaño de los gránulos. Esta dependencia se puede expresar fácilmente de la siguiente forma (fórmula 1):
donde d es el tamaño medio de los gránulos.
Considerando
,
obtenemos los datos presentados en la tabla 1.
Tabla 1. Dependencia de los parámetros estructurales del varistor del voltaje
voltaje del varistor Vn– este es el voltaje en la característica corriente-voltaje, donde se produce una transición de un estado de baja conductividad en la sección lineal del gráfico al modo no lineal de un estado de alta conductividad. Por acuerdo general, se eligió una corriente de 1 mA para estandarizar las mediciones.
Aunque los varistores pueden absorber grandes cantidades de energía en unos pocos microsegundos, no pueden permanecer conductores por mucho tiempo. Por lo tanto, en algunos casos, cuando, por ejemplo, el voltaje en la red aumenta durante mucho tiempo hasta el nivel de activación, el varistor comienza a calentarse mucho. Su sobrecalentamiento puede provocar un incendio (Figura 4). Para protegerse contra esto, se utilizaron termistores. Un varistor con termistor incorporado está protegido contra el sobrecalentamiento, lo que prolonga su vida útil y protege el dispositivo de posibles incendios.
Realicemos un análisis comparativo de los varistores más populares producidos por Littelfuse, Epcos y Fenghua con voltajes de funcionamiento de 250 y 275 V (CA rms) y diámetros de disco de 10, 14 y 20 mm.
Como puede verse en la Tabla 2, la energía disipada por un varistor depende no sólo de su tamaño, sino también de la tecnología de producción y los materiales utilizados para producir la serie. Tenga en cuenta que la serie de grado industrial C-III Producida por Littelfuse obtuvo el primer lugar, la serie UltraMOV también mostró un rendimiento muy alto, estando al nivel de sus competidores: la serie Avanzado producción Epcos. También se puede observar que los varistores C-III, con un tamaño más pequeño (D = 14 mm), tienen una mayor disipación de energía que la serie estándar de competidores, que tienen dimensiones más grandes (D = 20 mm), y la diferencia en la disipación de energía entre varistores de alta calidad en la carcasa es D = 20 mm y los varistores estándar en la carcasa D = 10 mm pueden diferir en un orden de magnitud.
Tabla 2. Análisis comparativo de los varistores más populares producidos por Littelfuse, Epcos y Fenghua
| Nombre | Fabricante | Serie | D, mm | VRM, V | Imáx (8/20 µs), A | Wmáx (2 ms), J |
| pequeño fusible | C-III | 20 | 275 | 10000 | 320 | |
| pequeño fusible | C-III | 20 | 250 | 10000 | 300 | |
| , | Epcos | Avanzado | 20 | 275 | 10000 | 215 |
| , | Epcos | Avanzado | 20 | 250 | 10000 | 195 |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 20 | 275 | 6500 | 190 | |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 20 | 250 | 6500 | 170 | |
| , | Epcos | Estándar | 20 | 275 | 8000 | 151 |
| pequeño fusible | C-III | 14 | 275 | 6500 | 145 | |
| Fenghua | General | 20 | 275 | 6500 | 140 | |
| , | Epcos | Estándar | 20 | 250 | 8000 | 140 |
| pequeño fusible | C-III | 14 | 250 | 6500 | 135 | |
| Fenghua | General | 20 | 250 | 6500 | 130 | |
| , | Epcos | Avanzado | 14 | 275 | 6000 | 110 |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 14 | 275 | 4500 | 110 | |
| , | Epcos | Avanzado | 14 | 250 | 6000 | 100 |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 14 | 250 | 4500 | 100 | |
| Fenghua | General | 14 | 275 | 4500 | 75 | |
| , | Epcos | Estándar | 14 | 275 | 4500 | 71 |
| Fenghua | General | 14 | 250 | 4500 | 70 | |
| pequeño fusible | C-III | 10 | 275 | 3500 | 70 | |
| , | Epcos | Estándar | 14 | 250 | 4500 | 65 |
| pequeño fusible | C-III | 10 | 250 | 3500 | 60 | |
| , | Epcos | Avanzado | 10 | 275 | 3500 | 55 |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 10 | 275 | 2500 | 55 | |
| , | Epcos | Avanzado | 10 | 250 | 3500 | 50 |
| pequeño fusible | UltraMOV® | 10 | 250 | 2500 | 50 | |
| Fenghua | General | 10 | 275 | 2500 | 45 | |
| , | Epcos | Estándar | 10 | 275 | 2500 | 43 |
| Fenghua | General | 10 | 250 | 2500 | 40 | |
| , | Epcos | Estándar | 10 | 250 | 2500 | 38 |
En la Tabla 3 se presenta una descripción general de los varistores producidos por Littelfuse, desglosados en series y áreas de aplicación.
Tabla 3. Áreas de aplicación de los varistores Littelfuse
| Segmento | Aplicaciones típicas y ejemplos | Serie | Tecnología | Montaje SMD |
| Equipos de baja tensión, dispositivos de placa única. | Dispositivos portátiles y portátiles, controladores, equipos de medición, computadoras, sensores remotos, puertos e interfaces de E/S, equipos médicos | CH | MOVIMIENTO | + |
| MA, ZA, RA, UltraMOV, CIII | MOVIMIENTO | |||
| ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Redes eléctricas, protectores contra sobretensiones. | Fuentes de alimentación ininterrumpida, medidores de potencia, fuentes de alimentación de CA, controladores LED, fuentes de alimentación, fuentes de alimentación industriales, disyuntores, protectores contra sobretensiones, electrónica de consumo, administración de energía | TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RA | MOVIMIENTO | – |
| SM20, SM7, CH | MOVIMIENTO | + | ||
| Electrónica automotriz | ABS, buses de datos, controladores de motor, servos, airbags, control de espejos, elevalunas eléctricos, escobillas | SM7, CH | MOVIMIENTO | – |
| ZA, LV UltraMOV | MOVIMIENTO | – | ||
| AUML, ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Equipos de telecomunicaciones | Teléfonos móviles y DECT, enrutadores, módems, tarjetas de red, protección de equipos de abonado, T1/E1/ISDN, protección de bus de datos | SM7, CH | MOVIMIENTO | – |
| ZA, LV UltraMOV | MOVIMIENTO | – | ||
| SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Potentes equipos industriales | Relés de potencia, solenoides, controladores de motores, fuentes de alimentación, robots, motores/bombas/compresores grandes | DA/DB, BA/BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOV | MOVIMIENTO | – |
Literatura
- http://www.littelfuse.com/.
- Guía de selección de productos de protección de circuitos electrónicos.
- http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_product_selection_guide.pdf.pdf.
- Varistores de óxido metálico (MOV).
- http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_varistor_catalog.pdf.pdf.
Para garantizar la protección de los circuitos eléctricos, los especialistas utilizan una amplia variedad de dispositivos. Uno de esos dispositivos es un varistor. Se activa cuando se producen sobretensiones graves en el sistema, regulando así su funcionamiento. Como cualquier otro dispositivo, un varistor requiere controles periódicos de su estado técnico. Desde este artículo podrás conocer la información más importante relacionada con su funcionamiento.
¿Qué es un varistor?
Primero, veamos qué es este dispositivo.
- Este dispositivo es resistencia semiconductora, cuyo nivel de conductividad depende de un indicador como la magnitud del voltaje aplicado.
- Además, pertenece a tipos de dispositivos no lineales.
El principio de funcionamiento de un varistor es sencillo. Si hay un nivel de voltaje normal en el circuito eléctrico, el varistor pasa una pequeña corriente a través de sí mismo. Si el sistema alcanza, por las circunstancias, los valores máximos de tensión, El varistor se abre y deja pasar todas las fuerzas actuales.. Así, se ajusta el funcionamiento del circuito eléctrico.
Actualmente, cada fabricante fija su propio etiquetado para este tipo de dispositivos. Esto se explica por el hecho de que los dispositivos producidos tienen diferentes características técnicas. Por ejemplo, el voltaje máximo permitido o el nivel de corriente requerido para el funcionamiento.
Las marcas más comunes son la designación de tipo CNR, que se complementa con elementos como 07D390K. Las designaciones tienen el siguiente significado:
- CNR – serie de varistores. Los dispositivos con esta designación son óxidos metálicos.
- 07 – el tamaño del dispositivo en diámetro (7 milímetros).
- D – dispositivo de disco.
- 390 es el nivel de voltaje máximo permitido.
Ajustes principales
Parámetros principales de dicho dispositivo son:
- Valor de voltaje.
- Nivel máximo permitido de tensión alterna.
- Nivel de tensión CC máximo permitido.
- La máxima absorción de energía posible, expresada en julios.
- Tiempo de respuesta.
- Errores permitidos en la operación.
Para realizar diagnósticos de dispositivos, se utilizan dispositivos especiales llamados probadores. Para realizar la prueba, el probador debe estar encendido y cambiado al modo de resistencia. En caso de que el estado técnico del dispositivo sometido a prueba cumple con todos los requisitos necesarios, entonces los datos del probador diferirán en un valor muy grande.
Si decide revisar su dispositivo, también debe asegurarse de que tenga la apariencia adecuada. Mire atentamente para ver si hay grietas en el dispositivo y si está quemado en algún lugar. No debe ignorar este consejo y menospreciar el papel de la apariencia del dispositivo; según los expertos, una inspección visual minuciosa del dispositivo ayuda a evitar muchas situaciones desagradables.
Aplicación de varistores
En el mundo moderno, este tipo de dispositivo tiene una gama bastante amplia de aplicaciones. Son indispensables en áreas como la producción industrial: se instalan en equipos. A menudo indispensable en el uso doméstico. Estas separaciones realizan una serie de funciones importantes:
- Proporcionar protección confiable de dispositivos semiconductores– varios tipos de tiristores, diodos y estabilizadores.
- Crean un alto nivel de protección electrostática para las entradas de varios tipos de equipos de radio.
- Previene los efectos negativos de las sobretensiones electromagnéticas en dispositivos con alta potencia inductiva.
- Usado como elemento para extinguir chispas en interruptores y otros equipos.
Ventajas
Este tipo de dispositivo tiene una serie de ventajas invaluables en comparación con los descargadores y muchos otros dispositivos.
al principal beneficios puede ser atribuido:
Defectos
Sin embargo, además de muchas ventajas sobre otros dispositivos, el dispositivo también tiene algunas desventajas. Entre ellos se encuentran puntos tales como:
En primer lugar, siempre debes recordar que a veces los llamados condiciones criticas– es probable que provoquen una explosión del dispositivo. Para evitar explosiones, se diseñan dispositivos especiales: pantallas protectoras. Albergan toda la estructura del varistor.
En segundo lugar, no debemos olvidar que los varistores de silicio tienen características técnicas significativamente inferiores a los de óxido. Por tanto, la mejor opción es adquirir un varistor de óxido.
Los varistores son dispositivos semiconductores cuya resistencia disminuye drásticamente (en varios órdenes de magnitud) cuando el voltaje que se les aplica excede un cierto valor umbral. Esta característica de estos dispositivos determina su uso en sistemas de protección de circuitos eléctricos contra sobretensiones (conectando un varistor en paralelo al circuito protegido). La característica corriente-voltaje de los varistores es simétrica, por lo que limitan el voltaje independientemente de su polaridad, incluida la capacidad de operar en circuitos de voltaje alterno.
Generalmente se trata de óxido metálico u óxido de zinc. Si observa las características corriente-voltaje de un varistor, notará que tiene una forma simétrica no lineal, es decir, puede funcionar no solo con voltaje continuo, sino también con voltaje alterno. Un elemento de este tipo está conectado en paralelo a la carga. ¿Cómo funciona un varistor?
Cuando aumenta el voltaje en la red, la corriente no pasa por el equipo, sino por el varistor. Un dispositivo de este tipo es capaz de distribuir energía en forma de calor. Sus principales características son su uso repetido y su rápido tiempo de recuperación, por lo que su resistencia es la misma cuando se quita la tensión.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de un varistor? La pieza no se diferencia de una resistencia normal, es decir, durante el funcionamiento normal de la electrónica, tiene una resistencia óhmica. Entonces, veamos el principio de funcionamiento de un varistor.
El indicador de dicha resistencia es bastante alto y puede llegar a 100.000 ohmios. Cuando se enciende el voltaje, puede disminuir tan pronto como surja la necesidad de protección de nivel. La resistencia cae de 100.000 ohmios a 100. Si el valor cae a un límite bajo o es igual a cero, entonces puede ocurrir: cuando se encuentra en el circuito eléctrico frente al varistor, falla. Después de esto, se cierra el circuito eléctrico y se corta completamente el voltaje.
Como se mencionó anteriormente, en ausencia de voltaje, el varistor se puede restaurar completamente y funcionar en su modo anterior. Para que funcione es necesario reemplazarlo, entonces el dispositivo electrónico funcionará correctamente. Un varistor está conectado en paralelo a la fuente de alimentación. Consideremos el principio de funcionamiento de un varistor usando el ejemplo de una computadora personal normal. Al tener dos terminales, la conexión se realiza en paralelo con fase y cero.
¿Cómo se ve el elemento?
Un dispositivo como un varistor, cuya foto se encuentra en nuestro artículo, se parece a una resistencia común, es decir, tiene la forma de un rectángulo. Pero todavía tiene una ligera diferencia.
Por su centro pasa una diagonal cuyo extremo es curvo.
¿Cómo se marca un varistor?
Hoy en día puedes encontrar diferentes designaciones para estos dispositivos. Cada fabricante tiene derecho a instalarlo de forma independiente. Las marcas se diferencian porque las características técnicas de los varistores difieren entre sí. Los ejemplos incluyen indicadores tales como el voltaje permitido o el nivel de corriente requerido.
Actualmente, cada fabricante fija su propio etiquetado para este tipo de dispositivos. Esto se debe al hecho de que los dispositivos producidos tienen diferentes características técnicas. Por ejemplo, el voltaje máximo permitido o el nivel de corriente requerido para el funcionamiento. La marca más popular es CNR, a la que se le atribuye una designación como 07D390K. ¿Qué quiere decir esto? Entonces, la designación CNR en sí misma indica el tipo de dispositivo. En este caso el varistor es de óxido metálico.
Parámetros básicos de varistores.
Estos parámetros incluyen:
- estándar de voltaje;
- corriente CA y CC máxima permitida;
- absorción máxima de energía;
- posibles errores;
- tiempo de funcionamiento del elemento.
Diagnóstico
Para probar este dispositivo electrónico se utiliza un equipo especial llamado probador. Por lo tanto, para realizar la prueba necesitará un varistor, cuyo principio es cambiar los parámetros de resistencia, y un dispositivo de prueba. Antes de comenzar, debe encender el dispositivo y cambiar al modo de resistencia. Sólo entonces el dispositivo cumplirá todos los requisitos técnicos necesarios y la cantidad de resistencia será enorme.
Antes de comenzar las pruebas, es necesario verificar el estado técnico del dispositivo. En primer lugar, debes fijarte en su apariencia. El dispositivo no debe presentar grietas ni signos de quemado. No debe inspeccionar el dispositivo con negligencia, ya que cualquier avería menor puede provocar circunstancias desagradables.
Varistores: aplicación
Estos dispositivos desempeñan un papel importante en la vida humana.
De todo lo anterior, podemos decir que un varistor, cuyo principio es proteger los componentes electrónicos del alto voltaje en la red, ayuda a prevenir averías de muchos aparatos eléctricos y a mantener la integridad del cableado. La ubicación principal son los circuitos eléctricos de diversos equipos. Se encuentran, por ejemplo, en los elementos de arranque de iluminación, también llamados balastos. En los circuitos eléctricos también se instalan varistores especiales, cuyo uso es necesario para estabilizar el voltaje y la corriente.
Estos dispositivos también se utilizan en líneas eléctricas. Pero allí se les llama descargadores, cuyo voltaje de funcionamiento es de más de veinte mil voltios.
Los varistores pueden funcionar en un amplio rango de voltaje, que comienza desde un valor muy pequeño de 3 V y termina en 200 V. En cuanto a la corriente del elemento, el rango es de 0,1 a 1 A. Estos indicadores de corriente son válidos sólo para baja tensión. equipo técnico.
Aspectos positivos de los varistores.
Este tipo de dispositivo tiene muchas cualidades positivas en comparación con otros dispositivos, por ejemplo, con descargador de chispas. Estas importantes ventajas incluyen:
- alta velocidad del elemento;
- la capacidad de monitorear las caídas de corriente utilizando un método sin inercia;
- posibilidad de uso a niveles de tensión que oscilan entre 12 y 1800 V;
- larga vida útil;
- Costo relativamente bajo debido a la simplicidad del diseño.
Lados negativos
Junto a tantas ventajas respecto a otros dispositivos, también existen importantes desventajas, entre las que se encuentran las siguientes.
- Los varistores tienen una enorme capacitancia, lo que afecta el funcionamiento de la red eléctrica. Este indicador puede oscilar entre 80 y 3000 pF. Depende de muchos puntos: el diseño y tipo de varistor, así como el nivel máximo de tensión. Vale la pena señalar que, en algunos casos, un inconveniente tan importante puede convertirse en una gran ventaja. Pero esto es posible en muy raras ocasiones, por ejemplo, si se utiliza un varistor en los filtros. En tal situación, una gran capacidad servirá como red de calidad.
- En comparación con los descargadores, los varistores no pueden disipar energía a niveles máximos de voltaje.
Para aumentar la tasa de dispersión, es necesario aumentar el tamaño de los elementos, que es lo que están haciendo muchos fabricantes.
Si es necesario conectar un varistor a la red eléctrica, debe recordar los siguientes puntos importantes:
- Siempre debes tener en cuenta que este dispositivo no durará para siempre y surgirán condiciones que conducirán a su explosión. Para evitar que esto suceda, es necesario utilizar pantallas protectoras especiales en las que se pueda colocar todo el varistor.
- Cabe señalar que los dispositivos técnicos de pedernal tienen características significativamente inferiores a sus análogos de óxido. Por tanto, lo mejor es utilizar este tipo de varistor.
Conclusión
Varistor juega un papel importante en el funcionamiento de muchos circuitos eléctricos. Como se mencionó anteriormente, este tipo de resistencias semiconductoras sirven para reducir los valores de resistencia a medida que aumenta el voltaje o la corriente.
Gracias a esta característica, se instalan en muchos aparatos eléctricos. Durante las sobretensiones, un varistor, cuyo objetivo es cambiar la resistencia, evita que los dispositivos se rompan. También evita que el cableado se queme. Por lo tanto, estos elementos brindan una protección confiable durante las sobretensiones de la red.
La propiedad de los semiconductores de cambiar su conductividad eléctrica bajo la influencia de excitaciones externas se utiliza en la construcción de varios dispositivos semiconductores simples (sin conexiones), las llamadas resistencias semiconductoras.
Las resistencias semiconductoras son muchos tipos de resistencias fabricadas a partir de diversos materiales semiconductores y que utilizan la dependencia de su resistencia eléctrica de varios factores que afectan a la resistencia. En consecuencia, distinguen:
varistores (dependencia de R del voltaje U);
termistores (dependiendo de la temperatura T);
fotorresistores (del flujo luminoso F);
magnetorresistencias (del campo magnético B);
galgas extensométricas (de presión mecánica P).
Los símbolos de las resistencias semiconductoras se muestran en la Fig. 1.
La presencia de resistencias semiconductoras con una gama tan amplia de dependencias permite su uso en equipos electrónicos que se están desarrollando para resolver muchos problemas diferentes:
como sensores para medir el parámetro correspondiente (U, T, F, V, P);
en dispositivos para estabilizar parámetros de objetos;
en sistemas de alarma y protección contra sobrecargas;
en sistemas de regulación de cantidades físicas;
en sistemas de conversión de señales.
Varistores
Un varistor es una resistencia semiconductora cuya resistencia depende de forma no lineal del voltaje positivo y negativo aplicado. El varistor tiene dos terminales.
Actualmente, los varistores se utilizan ampliamente, principalmente como elementos de protección contra sobretensiones; además, debido a la simetría de la característica corriente-voltaje altamente no lineal con una estabilidad de pulso excepcionalmente alta, los varistores de semiconductores de óxido son actualmente prácticamente los únicos varistores de acción rápida reales y extendidos. medios para proteger sistemas semiconductores complejos y costosos para diversos fines.
La característica corriente-voltaje (CVC) del varistor es no lineal y simétrica (Fig. 2).
Arroz. 2. Característica voltamperio del varistor.
Los principales materiales utilizados para fabricar varistores son el carburo de silicio y el óxido de zinc.
Principio de funcionamiento de varistores basados en carburo de silicio.
Para tener este tipo de adicción I(Ud.) Los varistores están hechos principalmente de carburo de silicio SiC, cuyos granos en polvo de 20 ... 180 micrones de tamaño se mezclan con 10 ... 40% de un material aglutinante dieléctrico: arcilla, cerámica, se prensan y se cuecen a altas temperaturas. Como resultado, el interior del varistor es un conglomerado de granos con espacios y áreas de contacto de tamaños muy diferentes.
La no linealidad de la característica corriente-voltaje de este tipo de varistor se debe a un aumento en la conductividad de las barreras de potencial superficial o películas de óxido sobre cristales en campos eléctricos fuertes. Y también un aumento de la conductividad de los contactos puntuales entre cristales debido al calentamiento debido a la potencia liberada sobre ellos.
Dado que el espesor de las barreras de potencial superficiales y de las películas de óxido de los cristales de carburo de silicio es pequeño, incluso con tensiones de varistor bajas pueden surgir fuertes campos eléctricos, lo que conduce a la formación de túneles de portadores de carga a través de las barreras de potencial o de las finas películas de óxido. Por lo tanto, a bajos voltajes en el varistor, la no linealidad de la característica corriente-voltaje está asociada con la dependencia de la conductividad de las barreras de potencial superficial y las películas de óxido del valor del voltaje.
Con altos voltajes a través del varistor y, en consecuencia, con altas corrientes que pasan a través del varistor, la densidad de corriente en los contactos puntuales resulta ser muy alta. Todo el voltaje aplicado al varistor cae en los contactos puntuales. Por tanto, la potencia específica liberada en los contactos puntuales alcanza valores que no se pueden ignorar. El calentamiento de los contactos puntuales provoca una disminución de su resistencia y una no linealidad de la característica corriente-tensión.
Con una estructura de grano fino, estos mecanismos son prácticamente independientes de la polaridad del voltaje aplicado; en consecuencia, la característica corriente-voltaje del varistor resulta simétrica.
La resistencia de los contactos puntuales está determinada por la resistencia a la extensión, es decir la resistencia de pequeñas regiones activas del semiconductor debajo de los contactos puntuales. Debido a la pequeñez de las zonas activas, su calentamiento prácticamente no provoca un aumento de temperatura de todo el varistor. Además, los pequeños volúmenes de regiones activas garantizan una baja inercia de los procesos térmicos. Los cálculos teóricos muestran que la constante de tiempo térmica de las regiones activas puede ser de 10,6...1,7 s. Considerando que el calentamiento de las regiones activas es uno de los procesos principales que conducen a la no linealidad de la característica corriente-voltaje en el rango operativo de voltajes y corrientes de un varistor, se pueden obtener una serie de dependencias y características importantes del varistor.
La dependencia de la temperatura de la conductividad de los semiconductores corresponde a la ecuación: 
.
Resistencia a la propagación de dos cristales en contacto: 
,
Dónde d– diámetro del punto de contacto, B– coeficiente de sensibilidad a la temperatura de las capas superficiales del cristal.
Entonces la resistencia estática del varistor, que consta de norte Cadenas conectadas en paralelo que tienen su propio giro. norte'Cristales en contacto conectados en serie: 
.
Ecuación de balance térmico para las regiones activas del varistor:
Dónde norte– coeficiente de dispersión de las regiones activas, t– temperatura de las regiones activas, t– temperatura del ambiente que rodea las regiones activas.
La característica corriente-voltaje se puede representar aproximadamente mediante las ecuaciones:
,
,
Dónde Ud.,I– tensión y corriente del varistor, C,B,
,
– algunos coeficientes, y 
,
.
Parámetros y características de varistores a base de carburo de silicio.
Coeficiente de no linealidad 
caracteriza la no linealidad de la característica corriente-voltaje del varistor. Para resistencias lineales es igual a uno, para resistencias no lineales es significativamente más de uno y al aumentar 
aumenta la no linealidad de la característica corriente-voltaje. La expresión para calcular el coeficiente de no linealidad se puede obtener a partir de la relación entre las resistencias estática y dinámica del varistor en un cierto punto de la característica corriente-voltaje:
.
Característica I-V de un varistor en escala logarítmica doble (Fig.3):
LG Ud.=lg I+lg C
INSERTAR Word.Imagen.8 
Arroz. 3. Características I-V de un varistor en escala logarítmica doble
El coeficiente de no linealidad en este caso será numéricamente igual a la cotangente del ángulo de inclinación de la característica al eje actual: β = ctg 
= (registro I 2-lg I 1)/(lg Ud. 2-lg Ud. 1).
Para calcular la dependencia de la resistencia del varistor de la corriente que fluye a través de él o del voltaje aplicado, utilice la siguiente relación:
R =CIα-1/ B
A veces, en cálculos prácticos resulta inconveniente utilizar expresiones analíticas de la característica corriente-voltaje. En este caso, para un rango bastante amplio de voltajes, se puede utilizar la ecuación empírica: 
,
Dónde 
– conductividad eléctrica del fluido de trabajo del varistor en campos débiles, a- constante. La característica corriente-voltaje del varistor se muestra en la figura. 2.
Entonces el coeficiente de no linealidad β y la constante B tomarán la siguiente forma:
,
.
Las dependencias calculadas de β con respecto al voltaje externo se presentan en la Fig. 4.
Arroz. 4. Dependencia calculada del coeficiente de no linealidad del voltaje a varias temperaturas (V = 600 K)
Un varistor es un elemento radioelectrónico utilizado en circuitos que protegen los dispositivos electrónicos de sobretensiones en la red.
Es una resistencia semiconductora con una característica de corriente-voltaje no lineal. La resistencia del varistor varía desde cientos de megaohmios hasta decenas de ohmios dependiendo del voltaje aplicado.
Una resistencia semiconductora se conecta en paralelo con un fusible en el circuito de alimentación de dispositivos electrónicos para amortiguar los efectos de las sobretensiones en la red.
La designación de un varistor en el diagrama es la designación de una resistencia tachada por una línea discontinua, lo que implica no linealidad.
Durante el funcionamiento normal resistencia semiconductora Tiene alta resistencia, pero cuando el voltaje excede el voltaje nominal, su resistencia cae mucho y la corriente aumenta debido al efecto de avalancha. El voltaje en él se mantiene en un nivel ligeramente superior al nominal, es decir, en este modo funciona como un diodo zener.
Conectado a la entrada de los circuitos de potencia, resistencia semiconductora introduce su propia capacitancia en el circuito, que debe tenerse en cuenta durante el diseño para garantizar un funcionamiento estable del dispositivo. El valor de la capacidad es directamente proporcional al área e inversamente proporcional al espesor.
Para seleccionar correctamente un elemento de protección contra sobrecargas de los circuitos de alimentación de un dispositivo electrónico, es necesario conocer la impedancia de entrada de la fuente y la potencia de los pulsos que se producen durante los procesos transitorios.
Duración y período de repetición de las emisiones. El voltaje determina el valor máximo de corriente que puede pasar el varistor. Si el valor máximo (pico) es pequeño, se sobrecalentará y fallará.
Esto significa que para funcionar sin fallas, el elemento debe disipar efectivamente la energía del pulso transitorio y volver a su estado original.
Clasificación, ventajas y desventajas.
Según la tensión de funcionamiento Las resistencias semiconductoras se dividen en:
- para alta tensión (tensión de funcionamiento hasta 20 kV);
- baja tensión (de 3 a 200V).
Los de alto voltaje se utilizan para proteger contra sobretensiones en redes eléctricas e instalaciones eléctricas, y los de bajo voltaje, para proteger circuitos de potencia de dispositivos y dispositivos radioelectrónicos.
Las características positivas de una resistencia semiconductora incluyen:
- capacidad para trabajar a altas frecuencias con cargas pesadas;
- bajo costo;
- amplia aplicabilidad;
- fiabilidad;
- facilidad de uso.
Sus desventajas se manifiestan en la creación de un mayor ruido de baja frecuencia y la dependencia de sus características corriente-voltaje de la temperatura.
Tecnología de fabricación
Los varistores están hechos de polvos de óxido de zinc y carburo de silicio utilizando una tecnología llamada "cerámica". La tecnología es al prensar elementos a partir de polvos, cocerlos en un horno de alta temperatura y recubrir el cuerpo con barniz eléctricamente aislante y resistente a la humedad.
La tecnología estándar permite fabricar resistencias semiconductoras a medida.
Opciones
Las resistencias semiconductoras se caracterizan por los siguientes parámetros:
- voltaje de clasificación nominal (V): el voltaje al que el varistor pasa una corriente de 1 mA;
- la tensión alterna máxima permitida (V) es el valor de la tensión alterna en el que la corriente del varistor aumenta bruscamente y realiza sus funciones de protección;
- voltaje constante máximo permitido (V): el valor de voltaje continuo al cual, como en el caso anterior, el varistor entra en modo de protección;
- tensión límite máxima (V): el valor de la tensión máxima que el varistor puede soportar sin sufrir daños; si se excede, falla: se agrieta, se quema o se rompe en pedazos;
- La energía máxima absorbida (J) es la energía de pulso máxima que el varistor disipa en forma de calor sin destrucción;
- Tiempo de respuesta (ns): el tiempo durante el cual se pasa de un estado de alta resistencia a un estado de baja resistencia; para la mayoría de los varistores es de decenas de nanosegundos;
- Desviación permitida: el valor de la desviación del voltaje de calificación (%). Expresado como serie estandarizada ±5%, ±10%, ±20%, etc.
Marcas y designaciones de varistores.
En el cuerpo de cada elemento hay una marca de letras y números, cuya decodificación informará sobre las características del elemento electrónico.
Las primeras letras de la marca indican el tipo de elemento: CH - resistencia no lineal.
El número en la marca entre dos guiones indica el tipo de construcción: 1 – varilla, 2 – disco.
Los números siguientes en la fila de marcas indican la tensión nominal y la desviación permitida como porcentaje.
¿Está defectuoso el varistor? ¿Cómo comprobarlo?
La capacidad de servicio del elemento se puede comprobar de varias formas:
- Inspección visual para identificar quemaduras, grietas de la carrocería, oscurecimiento de la carrocería, que indiquen un posible mal funcionamiento del elemento;
- Medición de resistencia con un óhmetro o multímetro.
Conclusión
En este artículo aprendimos que es un varistor es una resistencia hecha de material semiconductor con una característica de corriente-voltaje no lineal, que es una forma confiable y sencilla de proteger dispositivos electrónicos contra sobrecargas de pulsos.
En caso de superación repentina de la tensión nominal de alimentación, resistencia semiconductora que reduce drásticamente su resistencia, desvía el circuito de potencia y asume la carga debido al fuerte aumento de corriente.
