Основные параметры варисторов

1. Классификационный ток I кл – ток, при котором определяются основные параметры варистора, соответствует рабочей области ВАХ. У большинства варисторов I кл лежит в пределах 2 … 20 мА, у высоковольтных равен 0,05 мА.

2. Классификационное напряжение U кл – это напряжение на варисторе, соответствующее классификационному току I кл. Разработано множество варисторов с U кл в диапазоне от 5 В до 25 кВ.

3. Асимметрия ВАХ du [%]. Оценивается на уровне классификационного тока и обычно не превышает ± (5 … 20)%.

, при заданном I кл.

4. Статическое сопротивление R – значение сопротивления варистора в заданном режиме при постоянных величинах тока и напряжения: .

5. Динамическое (дифференциальное) сопротивление r – сопротивление варистора малому переменному току:

.

Динамическое сопротивление r может быть определено по наклону ВАХ варистора в рассматриваемой рабочей точке.

6. Коэффициент нелинейности b – это отношение статического сопротивления к динамическому в рабочем режиме:

,

где Т – температура активных областей, Т ₀ – температура среды, окружающей активные области.

Максимальное значение коэффициента нелинейности определяется по формуле:

.

Из соотношения следует, что при В <4 Т ₀ должны наблюдаться нелинейные ВАХ с положительным коэффициентом нелинейности. Максимальный коэффициент нелинейности должен быть равен бесконечности при В = 4 Т ₀. Если В >4 Т ₀, то у варистора должно наблюдаться отрицательное дифференциальное сопротивление, коэффициент нелинейности тоже будет отрицательным.

На основе этих расчетов можно заключить, что температура активных областей варистора может превышать температуру окружающей среды на несколько сотен градусов. Следовательно, для изготовления варисторов со стабильными параметрами необходим термостойкий материал. Именно поэтому используют карбид кремния, одновременно он является очень дешевым.

Основными примесями в техническом карбиде кремния являются азот и алюминий. Энергия ионизации этих примесей в карбиде кремния невелика (особенно при большой концентрации основных и компенсирующих примесей), соответственно мала и величина коэффициента температурной чувствительности В.

Увеличение температуры окружающей среды должно привести к уменьшению коэффициента нелинейности и незначительному сдвигу максимума кривой β = f (U) по напряжению (рис. 4).

В справочниках величины b приводятся для U кл. В среднем в рабочей области напряжений у варисторов из карбида кремния b =3 … 6, но имеются варисторы с b ³ 2 (низковольтные) и с b = 5 … 10 (высоковольтные).

7. Диапазон рабочих температур варисторов лежит в пределах от
Т_min = -(40 … 60)⁰ С до Т _max = +(70 … 125)⁰ С.

В связи с нелинейностью ВАХ следует различать температурный коэффициент статического сопротивления, измеренные при постоянном напряжении или токе, а также температурные коэффициенты напряжения и тока варистора.

8. Температурные коэффициенты статического сопротивления:

,

при малых напряжениях на варисторе, когда β = 1, .

.

9. Температурные коэффициенты напряжения и тока:

,

.

Из приведенных уравнений следует, что у варисторов с большим значением максимального коэффициента нелинейности должны быть большие по абсолютной величине значения температурных коэффициентов сопротивления, тока и напряжения. Между максимальным коэффициентом нелинейности и температурными коэффициентами должна быть взаимосвязь, т.к. они зависят от коэффициента температурной чувствительности В:

TKI | U_{=co nst} = .

Экспериментально такая взаимосвязь наблюдается, но расчет дает несколько завышенные результаты. Это можно объяснить наличием добавочных сопротивлений, включенных последовательно и параллельно активным областям варистора, повышенной температурой активных областей варистора по сравнению с температурой всего варистора.

У варисторов, выпускаемых отечественной промышленностью. В диапазоне температур от -40 до +100ºС

,

10. Допустимая рассеиваемая мощность Р _РАСС – мощность, при которой варистор сохраняет свои параметры в заданных техническими условиями пределах в течение срока службы. Существуют варисторы с Р _РАСС от 10 мВт до
3 Вт.

11. Наибольшая начальная емкость С ₀ имеет величины от единиц до сотен пФ у различных типов варисторов (рис. 5).

Определяется только в области токов утечки, т.к. только там варистор проявляет диэлектрические свойства. Емкость зависит от габаритов варистора и материала.

Рис. 5. Частотная зависимость емкости варистора

12. Время запаздывания (быстродействие) ограничения перенапряжения при крутых фронтах импульсах напряжения в зависимости от используемых методик колеблется от 0,5 до 50 нс. Эффект запаздывания объясняется индуктивностью выводов.

Определение времени срабатывания варисторов представлено на рис. 6.

Рис. 6. Определение времени срабатывания варисторов

Дата добавления: 2014-01-20