Varistor

En varistor er en elektrisk komponent som er preget av en motstand som er avhengig av den elektriske spenningen . Over en viss terskelspenning, som er typisk for den respektive varistoren, blir differensialmotstanden brått mindre. Polariteten til spenning og strøm spiller ingen rolle; en likerettereffekt som med en diode forekommer ikke. Begrepet varistor er et av de engelske ordene " var iable res istor composite" portmanteau word . En varistor er også kjent som en VDR , forSpenningsavhengig motstand , dvs. spenningsavhengig motstand . Forkortelsen MOV er vanligfor metalloksidvaristorer .

Hovedapplikasjonen til en varistor er overspenningsbeskyttelse , for hvilket formål den er koblet parallelt med komponenten som skal beskyttes.

konstruksjon

I dag er varistorer for det meste laget på basis av sinkoksid (ZnO). Sammen med andre metalloksider som vismutoksid , kromoksid eller manganoksid presses pulveret til tablettform og sintres . Emnet er i kontakt med sølv eller aluminium på to sider og forsynt med tilkoblinger. Tidligere ble varistorer laget av silisiumkarbid (SiC). Disse varistorer blir nå ansett som foreldede, da deres nåværende spenningskarakteristikk over terskelspenningen er betydelig flatere enn for ZnO-varistorer.

funksjonalitet

Sinkoksydvaristoren består av mange små korn av sinkoksid med ulik ledningsevne. Det dannes sperrelag mellom sinkoksydkornene ved kontaktpunktene. En påført spenning skaper et elektrisk felt som delvis nedbryter sperrelagene. Jo høyere påført spenning, desto flere sperrelag brytes ned og motstanden avtar. Terskelspenningen kan varieres via tykkelsen på varistorskivene: jo tykkere varisterskiven er, jo flere sinkoksidkorn er koblet i serie og jo høyere terskelspenning.

Strømspenningskarakteristikk

Karakteristikken er gitt i to typer representasjoner:

• lineær (se motsatt), der symmetri og terskelspenning blir tydelig, eller
• dobbel logaritmisk (se nettlenker), der karakteristiske detaljer blir tydelige.

Den reaksjon spenning , terskelspenningen eller en varistor er spenningen vanligvis gitt i datablad som spenningsfallet ved en strømstyrke på . Denne spenningen er ganske mye i begynnelsen av nedbrytningsområdet der beskyttelsesadferden er effektiv. Karakteristikken i sammenbruddsområdet er tilnærmet med ${\ displaystyle U _ {\ mathrm {V}}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {V}} = {\ text {1 mA}}}$

${\ displaystyle | I | = I _ {\ mathrm {V}} \ cdot \ left ({\ frac {| U |} {U _ {\ mathrm {V}}}} \ right) ^ {\ gamma} \ quad {\ text {or}} \ quad | U | = U _ {\ mathrm {V}} \ cdot \ left ({\ frac {| I |} {I _ {\ mathrm {V}}}} \ høyre ) ^ {\ beta}}$

med og . ${\ displaystyle U \ cdot I \ geq 0}$${\ displaystyle \ beta = 1 / \ gamma}$

Eksponenten bestemmer hellingen til karakteristikken. For sinkoksidvaristorer er det vanligvis i området 30… 70 eller 25… 50, for SiC-varistorer i området 3… 7 eller 5… 7. ${\ displaystyle \ gamma}$${\ displaystyle \ gamma}$

Under nedbrytningsområdet endres den karakteristiske kurven til et lekkasjestrømområde med strømintensiteter vanligvis <1 μA. Varistoren betjenes der så lenge den ikke griper inn beskyttende. En ohmsk komponent er lagt over nedbrytningsområdet. I dette høyspenningsområdet utover en strømspenning spesifisert i databladet, kan en varistor bare betjenes en gang.

I kontinuerlig drift må en direkte spenning og toppverdien til en vekselspenning forbli under . I tillegg finnes det en rekke spenningsverdiene over flere tierpotenser med en prøve varians ofte på 10%. ${\ displaystyle U _ {\ mathrm {V}}}$

Design

Følgende design er mest brukt:

• i skiveform med tilkoblingsledninger
• som en SMD- modul
• klippet til kontaktorer

Når det brukes i elektroniske kretser, bestemmes størrelsen fortrinnsvis

• i kontinuerlig drift av en strøm av varme som skal leveres elektrisk kraft
• i tilfelle individuelle interferenstopper på grunn av den kortsiktige energien som skal lagres

oppførsel

Oppførselen til en varistor i nedbrytningen regionen til et eksempel , , blir forklart. ${\ displaystyle U, I> 0}$${\ displaystyle U _ {\ mathrm {V}} = {\ text {30 V}}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {V}} = {\ text {1 mA}}}$${\ displaystyle \ gamma = 40}$

Spenning - strømstyrke

Hvis spenningen er 10% høyere, er strømstyrken høyere av faktoren . ${\ displaystyle (1 + 10 \, \%) ^ {\ gamma} = 1 {,} 1 ^ {40} \ ca. 45}$

Hvis strømmen er 10% høyere, økes spenningen med faktoren eller i tillegg med 2,4 ‰. ${\ displaystyle (1 + 10 \, \%) ^ {\ beta}}$

Hvis strømstyrken er 1000 ganger større, økes spenningen med faktoren eller i tillegg med 19%. ${\ displaystyle 1000 ^ {1/40} \ ca 1 {,} 19}$

Stor signalmotstand

Dette er motstanden når det gjelder total spenning og strøm.

Ved 1 mA: ${\ displaystyle \ quad R ({\ text {1 mA}}) = \ venstre. {\ frac {U} {I}} \ høyre | _ {\ text {1 mA}} = {\ frac {U _ { \ mathrm {V}}} {I _ {\ mathrm {V}}}} = {\ text {30 k}} \ Omega}$

Ved 1 A: ${\ displaystyle \ qquad R ({\ text {1 A}}) = {\ frac {1 {,} 19 \; {U _ {\ mathrm {V}}}} {1000 \; I _ {\ mathrm { V}}}} \ ca 36 \; \ Omega}$

Dette betyr at den store signalmotstanden ved 1 A er rundt faktoren , dvs. nesten tre krefter på ti, mindre enn ved 1 mA. ${\ displaystyle {\ frac {1} {840}}}$

Liten signalmotstand

Dette er motstanden i tilfelle små endringer i spenning og strømstyrke og er den samme som differensialmotstanden . ${\ displaystyle r = {\ frac {\ mathrm {d} U} {\ mathrm {d} I}}}$

Han oppstår fra

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} U} {\ mathrm {d} I}} = U _ {\ mathrm {V}} \ cdot \ beta \ cdot \ left ({\ frac {I} {I_ {\ mathrm {V}}}} \ right) ^ {\ beta -1} \ cdot {\ frac {1} {I _ {\ mathrm {V}}}} = \ beta \; U _ {\ mathrm { V}} \; \ left ({\ frac {I} {I _ {\ mathrm {V}}}} \ right) ^ {\ beta} \ cdot {\ frac {I _ {\ mathrm {V}}} {I}} \; {\ frac {1} {I _ {\ mathrm {V}}}} = \ beta \; {\ frac {U} {I}}}$

Dette betyr at motstanden for lite signal er mindre enn motstanden for stor signal med en faktor for hver strømstyrke i nedbrytningsområdet . ${\ displaystyle r = {\ frac {1} {\ gamma}} \; {\ frac {U} {I}}}$${\ displaystyle {\ frac {1} {40}}}$

bruksområder

Varistorer er egnet for å beskytte mot overspenning . Ved normal drift er motstanden deres veldig høy, mens i tilfelle overspenning blir motstanden veldig liten nesten øyeblikkelig og utlades . De brukes både til å beskytte sensitive elektroniske kretser og innen kraftteknikk. Varistorer har responstid på mindre enn nanosekund og kan begrense korte overspenninger veldig raskt uten å bli ødelagt. Hvis varigheten er lengre, vil varistoren overopphetes fordi energien som kan absorberes avhenger av den totale massen.

En ulempe med ZnO-varistorer er at de "eldes" på grunn av flere mindre overspenninger, det vil si terskelspenningen blir lavere over tid og lekkasjestrømmen øker. Spesielt slutter beskyttelsen etter en enkelt belastning i høyspenningsområdet. Derfor bør du alltid bruke den med en sikring, for. B. Unngå brann. SiC-varistorer viste ikke denne typen aldring. Avhengig av utstyret kan overspenningsvern beskytte driftsstatusen og rapportere optisk (på bildet motsatt av fargen i det diamantformede vinduet) eller ved et elektrisk signal (på bildet ved hjelpekontakt bak de grønne terminalene) som varistoren må byttes ut.

Som et alternativ til varistorer brukes suppressordioder også i beskyttelseskretser . Suppressordioder ødelegges av lave energier i tilfelle overspenning, slik at de hovedsakelig brukes til lavere spenninger, som for eksempel de som forekommer i signallinjer. På den annen side eldres ikke suppressordioder i motsetning til varistorer. I applikasjoner der høyfrekvente signaler skal sendes, kan kapasitansen til varistorer, som er betydelig høyere enn for suppressordioder, forårsake ulovlig demping av det nyttige signalet.

Det er også gassutslippsrør og gnistgap som grove beskyttelseselementer. Disse kan absorbere veldig store energier i tilfelle overspenninger, men har en lengre responstid på opptil noen mikrosekunder sammenlignet med varistorer. Derfor brukes de ofte i kombinasjon med varistorer.

Varistorer brukes også som (etterspørsel) strømbroer for seriekobling av glødelamper i eventyrlys .

weblenker

• Teknisk introduksjon PDF-dokument. Hentet 15. juli 2018.
• Spenningsavhengige motstander PDF-dokument (367 KB)

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b} Erwin Böhmer, Dietmar Ehrhardt, Wolfgang Oberschelp: Elementer av anvendt elektronikk: Kompendium for trening og yrke. Vieweg + Teubner, 16. utg., S. 22
2. ↑ Michael Reisch: Elektroniske komponenter: funksjon, grunnleggende kretser, modellering med SPICE. Springer, 1998, s.87
3. ↑ ^{a b} Michael Reisch: Elektroniske komponenter: funksjon, grunnleggende kretser, modellering med SPICE. Springer, 1998, s. 84 f
4. ↑ Klaus Ellmer, Andreas Klein, Bernd Rech: Transparent Conductive Zink Oxide: Basics and Applications in Thin Film Solar Cells . Springer, 2008, s. 54
5. ↑ Herbert Tholl: Komponenter av halvlederelektronikk: Del 2 felteffekttransistorer, tyristorer og optoelektronikk . Teubner, 1978, s. 282
6. ↑ Waldemar Munch: elektriske og magnetiske egenskaper av materie . Springer / Teubner, 1987, s. 162
7. ↑ Dataark diskvaristor. (PDF) Hentet 15. juli 2018 . 
8. ↑ Dataark SMD-komponent. (PDF) Hentet 10. februar 2021 . 
9. ↑ Dataark industriell type. (PDF) Hentet 15. juli 2018 . 
10. ↑ Overspenningsavledere, s. 3. Tilgang 18. juli 2018 .