Варисторы принцип действия основные характеристики и параметры: принцип работы, типы и применение

обозначение и основные характеристики, маркировка и принцип действия, сферы применения и проверка

Принцип работы варистораСреди радиолюбителей большой популярностью пользуются варисторы. Они применяются практически во всех электронных устройствах и позволяют усовершенствовать некоторые приборы. Для использования в схемах следует понять принцип работы варистора, а также знать его основные характеристики. Кроме того он, как и любая деталь, обладает своими достоинствами и недостатками, которые нужно учитывать при построении и расчете электрических схем.

Содержание

Общие сведения

Варистор (varistor) является полупроводниковым резистором, уменьшающим величину своего сопротивления при увеличении напряжения. Условное графическое обозначение (УГО) представлено на рисунке 1, на котором изображена зависимость сопротивления радиокомпонента от величины напряжения. На схемах обозначается znr. Если их больше одного, то обозначается в следующем виде: znr1, znr2 и т. д.

 УГО варистор

Рисунок 1 — УГО варистора.

Многие начинающие радиолюбители путают переменный резистор и варистор. Принцип действия, основные характеристики и параметры этого элемента отличаются от переменного резистора. Кроме того, распространенной ошибкой составления электрических принципиальных схем является неверное его УГО. Варистор выглядит как конденсатор и распознается только по маркировке.

Виды и принцип работы

Полупроводниковые резисторы классифицируются по напряжению, поскольку от этого зависит их сфера применения. Их всего 2 вида:

  1. Высоковольтные с рабочим напряжением до 20 кВ.
  2. Низковольтные, напряжение которых находится в диапазоне от 3 до 200 В.

Все они применяются для защиты цепей от перегрузок: первые — для защиты электросетей, электрических машин и установок; вторые служат для защиты радиокомпонентов в низковольтных цепях. Принцип работы варисторов одинаков и не зависит от его вида.

Низковольтные варисторы

В исходном состоянии он обладает высоким сопротивлением, но при превышении номинального значения напряжения оно падает. В результате этого, по закону Ома для участка цепи, значение силы тока возрастает при уменьшении величины сопротивления. Варистор при этом работает в режиме стабилитрона. При проектировании устройства и для корректной его работы следует учитывать емкость варистора, значение которой прямо пропорционально площади и обратно пропорционально его толщине.

Для того чтобы правильно подобрать элемент для защиты от перегрузок в цепях питания устройства, следует знать величину сопротивления источника на входе, а также мощность импульсов, образующихся при коммутации. Максимальное значение силы тока, пропускаемое варистором, определяет величину длительности и периода повторений выбросов амплитудных значений напряжения.

Маркировка и основные параметры

Маркировка варисторов отличается, поскольку каждый производитель этих радиокомпонентов имеет право устанавливать ее самостоятельно. Это, прежде всего, связано с его техническими характеристиками. Например, различия по напряжениям и необходимым уровням тока для его работы.

Среди отечественных наиболее распространенным является К275, а среди импортных — 7n471k, 14d471k, kl472m и ac472m. Наибольшей популярностью пользуется варистор, маркировка которого — CNR (бывают еще hel, vdr, jvr). Кроме того, к ней прикрепляется цифробуквенный индекс 14d471k, и расшифровывается этот вид обозначения следующим образом:

  1. Варистор, маркировка которого — CNR CNR — металлооксидный тип.
  2. 14 — диаметр прибора, равный 14 мм.
  3. D — радиокомпонент в форме диска.
  4. 471 — максимальное значение напряжения, на которое он рассчитан.
  5. К — допустимое отклонения классификационного напряжения, равное 10%.

Существуют технические характеристики, необходимые для применения в схеме. Это связано с тем, что для защиты различных элементов цепи следует использовать различный тип полупроводникового сопротивления.

Их основные характеристики:

  1. Напряжение классификации — значение разности потенциалов, взятое с учетом того, что сила тока, равная 1 мА, протекает через варистор.
  2. Максимальная величина переменного напряжения — является среднеквадратичным значением, при котором он открывается и, следовательно, величина его сопротивления понижается.
  3. Значение постоянного максимального напряжения, при котором варистор открывается в цепи постоянного тока. Как правило, оно больше предыдущего параметра для тока переменной амплитуды.
  4. Допустимое напряжение (напряжение ограничения) является величиной, при превышении которой происходит выход элемента из строя. Указывается для определенной величины силы тока.
  5. Поглощаемая максимальная энергия измеряется в Дж (джоулях). Эта характеристика показывает величину энергии импульса, которую может рассеять варистор и при этом не выйти из строя.
  6. Время реагирования (единица измерения — наносекунды, нс) — величина, требуемая для перехода из одного состояния в другое, т. е. изменение величины сопротивления с высокой величины на низкую.
  7. Погрешность напряжения классификации — отклонение от номинального его значения в обе стороны, которое указывается в % (для импортных моделей: К = 10%, L = 15%, M = 20% и Р = 25%).

Импортные варисторы

После описания принципа работы, особенностей маркировки и основных характеристик следует рассмотреть сферы применения варисторов.

Применение приборов

Варисторы применяются для защиты электронных устройств от скачкообразного напряжения, амплитуда которого превышает номинальное значение питания. Благодаря применению в блоках питания полупроводникового резистора, появляется возможность избежать множества поломок, которые могут вывести электронику из строя. Широкое применение варистор получил и в схеме балласта, который применяется в элементах освещения.

В некоторых стабилизаторах величин напряжения и тока также используются специализированные полупроводниковые резисторы, а варисторы-разрядники с напряжением более 20 кВ применяются для стабилизации питания в линиях электропередач. Его можно подключить также и в схему проводки (схема 1), защитив ее от перегрузок и недопустимых амплитудных значений тока и напряжения. При перегрузке проводки происходит ее нагрев, который может привести к пожару.

Подключение варистора для сети 220В.

Схема 1 — Подключение варистора для сети 220В.

Низковольтные варисторы работают в диапазоне напряжения от 3 В до 200 В с силой тока от 0,1 до 1 А. Они применяются в различной аппаратуре и ставятся преимущественно на входе или выходе источника питания. Время их срабатывания составляет менее 25 нс, однако этой величины для некоторых приборов недостаточно и в этом случае применяются дополнительные схемы защиты.

Однако технология их изготовления не стоит на месте, поскольку фирма «S+М Eрсоs» создала радиоэлемент с временем срабатывания менее 0,5 нс. Этот полупроводниковый резистор изготовлен по smd-технологии. Конструкции дискового исполнения обладают более высоким временем срабатывания. Многослойные варисторы (CN) являются надежной защитой от статического электричества, которое может вывести из строя различную электронику. Примером использования является производство мобильных телефонов, которые подвержены воздействию статических разрядов. Этот тип варисторов также получили широкое применение в области компьютерной технике, а также в высокочувствительной аппаратуре.

Достоинства и недостатки

Для использования варистора следует ознакомиться с его положительными и отрицательными сторонами, поскольку от этого зависит защита электроники. К положительным качествам следует отнести следующие:

  1. Применение приборовВысокое время срабатывания.
  2. Отслеживание перепадов при помощи безинерционного метода.
  3. Широкий диапазон напряжений: от 12 В до 1,8 кВ.
  4. Длительный срок службы.
  5. Низкая стоимость.

У варистора, кроме его достоинств, существуют серьезные недостатки, на которые следует обратить внимание при разработке какого-либо устройства. К ним относятся:

  1. Большая емкость.
  2. Не рассеивают мощность при максимальном значении напряжения.

Емкость полупроводникового прибора находится в пределах от 70 до 3200 пФ и, следовательно, существенно влияет на работу схемы. Эта величина зависит от конструкции и типа прибора, а также от напряжения. Однако в некоторых случаях этот недостаток является достоинством при использовании его в фильтрах. Значение большей емкости ограничивает величину напряжения.

При максимальных значениях напряжения для рассеивания мощности следует применять варисторы-разрядники, поскольку обыкновенный полупроводниковый прибор перегреется и выйдет из строя. Каждому радиолюбителю следует знать алгоритм проверки варистора, поскольку при обращении в сервисные центры существует вероятность заплатить за ремонт больше, чем он стоит в действительности.

Проверка на исправность

Для поиска неисправностей необходима схема устройства. Для примера следует обратиться к схеме 2, в которой применяется варистор. В ней будет рассмотрен только вариант выхода из строя полупроводникового резистора. Основным этапом поиска неисправностей является подготовка рабочего места и инструмента, которая позволяет сосредоточиться на выполнении ремонта и произвести его качественно. Для ремонтных работ

потребуется следующий инструмент:

  1. Отвертка.
  2. Щетка, которая нужна для очистки платы от пыли. Следует производить очистку постоянно, поскольку она является проводником электричества. В результате этого может произойти выход из строя определенного элемента схемы или короткое замыкание.
  3. Паяльник, олово и канифоль.
  4. Мультиметр для диагностики радиокомпонентов.
  5. Увеличительное стекло для просмотра маркировки.

После подготовки рабочего места и инструмента следует аккуратно разобрать сетевой фильтр, а затем при необходимости произвести очистку от пыли и мусора.

Схема электрическая принципиальная сетевого фильтра на 220 вольт

Схема 2 — Схема электрическая принципиальная сетевого фильтра на 220 вольт и его доработка.

Найти варистор и произвести его визуальный осмотр. Корпус должен быть целым и без трещин. Если было обнаружено нарушение целостности корпуса, то его необходимо выпаять и произвести замену на такой же или выбрать аналог. Необходимо отметить, что полярность подключения варистора в цепь не имеет значения. Если механические повреждения не обнаружены, то следует перейти к его диагностике, которая производится двумя способами:

  1. Измерение сопротивления.
  2. Поиск неисправности, исходя из технических характеристик элемента.

В первом случае деталь выпаивается из платы и замеряется значение ее сопротивления при помощи мультиметра. Переключатель ставится в положение максимального диапазона измерений (2 МОм достаточно). При замере не следует касаться руками варистора, поскольку прибор покажет сопротивление тела. Если мультиметр показывает высокие значения, то радиокомпонент исправен, а при других значениях его следует заменить. После замены следует собрать корпус и произвести включение сетевого фильтра.

Характеристика варистораСуществует и другой способ выявления неисправного варистора, основанный на анализе характеристик элемента. Его, как правило, используют в том случае, если замер величины сопротивления не дал необходимых результатов. Для этого следует обратиться к техническим характеристикам варистора, согласно которым можно выявить его неисправность.

Следует проверить силу тока, при которой он работает, поскольку ее значение может быть меньше необходимой. В этом случае он не будет работать. Также нужно проверить величину напряжения, на которую он рассчитан. Если по каким-либо причинам эти показатели меньше допустимых, то полупроводниковый резистор не откроется.

Таким образом, варистор получил широкое применение в различных устройствах защиты от перепадов напряжения и блоках питания, а также статического электричества. Современные технологии позволяют получить низкие показатели времени срабатывания, благодаря которому сферы применения этого радиоэлемента расширяются.

принцип работы, характеристики, применение и схемы

В данной статье мы подробно разберем что такое варистор. Опишем принцип его работы и конструкцию, области применения, характеристики, а так же типы.

Описание и принцип работы

В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, который обеспечивает защиту от перегрузки по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения посредством фиксации напряжения аналогично стабилитрону. Купить варистор на Алиэкспресс:

Слово «варистор» представляет собой сочетание слов VARI-able resi-STOR, используемыми для описания их режима работы еще в первые дни развития, который является немного неверным, так как варистор не может вручную изменять как, например потенциометр или реостат.

фотография варисторафотография варистора

Но в отличие от переменного резистора, значение сопротивления которого можно вручную изменять между его минимальным и максимальным значениями, варистор автоматически изменяет значение своего сопротивления при изменении напряжения на нем, что делает его нелинейным резистором, зависящим от напряжения, или сокращенно VDR.

В настоящее время резистивный корпус варистора изготовлен из полупроводникового материала, что делает его типом полупроводникового резистора с неомическими симметричными характеристиками напряжения и тока, подходящими как для переменного, так и для постоянного напряжения.

Во многих отношениях варистор по размеру и конструкции похож на конденсатор, и его часто путают с ним. Однако конденсатор не может подавить скачки напряжения так же, как варистор. Когда к цепи прикладывается скачок высокого напряжения, результат обычно катастрофичен для цепи, поэтому варистор играет важную роль в защите чувствительных электронных схем от пиков переключения и перенапряжений.

Переходные скачки происходят из множества электрических цепей и источников независимо от того, работают ли они от источника переменного или постоянного тока, поскольку они часто генерируются в самой цепи или передаются в цепь от внешних источников. Переходные процессы в цепи могут быстро возрастать, увеличивая напряжение до нескольких тысяч вольт, и именно эти скачки напряжения должны быть предотвращены в чувствительных электронных схемах и компонентах.

Одним из наиболее распространенных источников переходных напряжений является эффект L (di / dt), вызываемый переключением индуктивных катушек и намагничивающими токами трансформатора, приложениями переключения двигателей постоянного тока и скачками напряжения при включении цепей флуоресцентного освещения или других скачков напряжения питания.

Переходные формы волны переменного тока

Переходные формы волны переменного токаПереходные формы волны переменного тока

Варисторы подключены в цепях через сеть питания либо между фазой и нейтралью, либо между фазами для работы от переменного тока, либо с положительного на отрицательный для работы от постоянного тока, и имеют номинальное напряжение, соответствующее их применению. Варистор также можно использовать для стабилизации напряжения постоянного тока и особенно для защиты электронных цепей от импульсов перенапряжения.

Варистор статического сопротивления

Варистор статического сопротивленияВаристор статического сопротивления

При нормальной работе варистор имеет очень высокое сопротивление, отсюда и его название, и работает аналогично стабилитрону, позволяя более низким пороговым напряжениям проходить без изменений.

Однако, когда напряжение на варисторе (любой полярности) превышает номинальное значение варисторов, его эффективное сопротивление сильно уменьшается с ростом напряжения, как показано выше.

Из закона Ома мы знаем, что вольт-амперные характеристики (IV) фиксированного резистора являются прямой линией при условии, что R поддерживается постоянным. Тогда ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но кривые IV варистора не являются прямой линией, так как небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока. Типичная нормализованная кривая зависимости напряжения от тока для стандартного варистора приведена ниже.

Кривая характеристик варистора

Кривая характеристик варистораКривая характеристик варистора

Из вышесказанного видно, что варистор обладает симметричными двунаправленными характеристиками, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоидальной формы волны, действуя аналогично двум стабилитронам, подключенным вплотную. Если не проводящая, кривая IV показывает линейную зависимость, так как ток, протекающий через варистор, остается постоянным и низким только при нескольких микроамперах тока утечки. Это связано с его высоким сопротивлением, действующим в качестве разомкнутой цепи, и остается постоянным до тех пор, пока напряжение на варисторе (любой полярности) не достигнет определенного «номинального напряжения».

Это номинальное или зажимное напряжение — это напряжение на варисторе, измеренное с указанным постоянным током 1 мА. То есть уровень постоянного напряжения, приложенного к его клеммам, который позволяет току 1 мА течь через резистивный корпус варисторов, который сам зависит от материалов, используемых в его конструкции. На этом уровне напряжения варистор начинает переходить из своего изоляционного состояния в проводящее состояние.

Когда переходное напряжение на варисторе равно или превышает номинальное значение, сопротивление устройства внезапно становится очень малым, превращая варистор в проводник из-за лавинного эффекта его полупроводникового материала. Ток небольшой утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но напряжение на нем ограничено уровнем чуть выше напряжения варистора.

Другими словами, варистор саморегулирует переходное напряжение через него, позволяя большему току течь через него, и из-за его крутой нелинейной кривой IV он может пропускать широко варьирующиеся токи в узком диапазоне напряжений, срезая любые скачки напряжения.

Значения емкостного сопротивления

Поскольку основная проводящая область варистора между двумя его выводами ведет себя как диэлектрик, ниже его напряжения зажима варистор действует как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет значение емкости, которое напрямую зависит от его площади и обратно пропорционально его толщине.

При использовании в цепях постоянного тока емкость варистора остается более или менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не увеличивается выше уровня напряжения зажима и резко падает вблизи своего максимального номинального постоянного напряжения постоянного тока.

Однако в цепях переменного тока эта емкость может влиять на сопротивление корпуса устройства в области непроводящей утечки его характеристик IV. Поскольку они обычно соединены параллельно с электрическим устройством для защиты от перенапряжения, сопротивление утечки варисторов быстро падает с увеличением частоты.

Это соотношение приблизительно линейно с частотой, и полученное в результате параллельное сопротивление, его реактивное сопротивление переменного тока Xc может быть рассчитано с использованием обычного 1 / (2πƒC), как для обычного конденсатора. Затем, когда частота увеличивается, увеличивается и ток утечки.

Но наряду с варисторами на основе кремниевых полупроводников были разработаны варисторы на основе оксидов металлов, чтобы преодолеть некоторые ограничения, связанные с их кузенами из карбида кремния.

Металлооксидный варистор

Металл — оксид варистор или MOV для краткости, это резистор, зависящий от напряжения, в котором материал сопротивления представляет собой оксид металла, в первую очередь оксид цинка (ZnO), прессуют в керамики подобного материала. Металлооксидные варисторы состоят из приблизительно 90% оксида цинка в качестве керамического основного материала плюс другие наполнители для образования соединений между зернами оксида цинка.

Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом устройства ограничения напряжения и доступны для использования в широком диапазоне напряжений и токов. Использование металлического оксида в их конструкции означает, что MOV чрезвычайно эффективны в поглощении кратковременных переходных напряжений и имеют более высокие возможности обработки энергии.

Как и в случае обычного варистора, металлооксидный варистор запускает проводимость при определенном напряжении и прекращает проводимость, когда напряжение падает ниже порогового напряжения. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV состоит в том, что ток утечки через материал из оксида цинка MOV очень мал, а при нормальных условиях эксплуатации его скорость срабатывания при переходных процессах зажима намного выше.

MOV обычно имеют радиальные выводы и твердое внешнее синее или черное эпоксидное покрытие, которое очень похоже на дисковые керамические конденсаторы и может быть физически установлено на печатных платах. Конструкция типичного металлооксидного варистора имеет вид:

Конструкция металлического оксидного варистора

Конструкция металлического оксидного варистораКонструкция металлического оксидного варистора

Чтобы выбрать правильное значение MOV для конкретного применения, желательно иметь некоторые знания об импедансе источника и возможной импульсной мощности переходных процессов. Для переходных процессов на входящей линии или фазе выбор правильного MOV немного сложнее, так как обычно характеристики источника питания неизвестны. В общем, выбор MOV для электрической защиты цепей от переходных процессов и скачков напряжения в сети часто не более чем обоснованное предположение.

Тем не менее, металлооксидные варисторы доступны в широком диапазоне напряжений варистора, от около 10 В до более 1000 В переменного или постоянного тока, поэтому выбор может быть полезен при знании напряжения питания. Например, при выборе MOV или кремниевого варистора в этом отношении его максимальное номинальное постоянное среднеквадратичное напряжение должно быть чуть выше максимального ожидаемого напряжения питания, скажем, 130 вольт среднеквадратичного значения для источника питания 120 вольт, и 260 вольт среднеквадратичного значения для напряжения 230 вольт.

Максимальное значение импульсного тока, которое будет принимать варистор, зависит от длительности переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно предположить ширину переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс). Если пиковый импульсный ток недостаточен, варистор может перегреться и повредиться. Таким образом, чтобы варистор работал без сбоев или ухудшений, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно вернуться в свое предимпульсное состояние.

Применение варистора на схеме

Варисторы имеют много преимуществ и могут использоваться во многих различных типах устройств для подавления переходных процессов в сети от бытовых приборов и освещения до промышленного оборудования на линиях электропередач переменного или постоянного тока. Варисторы могут быть подключены непосредственно к электросети и к полупроводниковым переключателям для защиты транзисторов, полевых МОП-транзисторов и тиристорных мостов.

применение варистора на схемеприменение варистора на схеме

Резюме варистора

В этой статье мы увидели, что основная функция резисторазависимого от напряжения, или варистора, заключается в защите электронных устройств и электрических цепей от скачков напряжения, например, вызванных переходными процессами индуктивного переключения.

Поскольку такие варисторы используются в чувствительных электронных схемах, чтобы гарантировать, что, если напряжение внезапно превысит заранее определенное значение, варистор фактически станет коротким замыканием, чтобы защитить цепь, которую он шунтирует от чрезмерного напряжения, поскольку они способны выдерживать пиковые токи в сотни ампер.

Варисторы относятся к типу резисторов с нелинейной неомической характеристикой напряжения тока и являются надежным и экономичным средством защиты от переходных переключений и перенапряжений.

Они достигают этого, выступая в качестве блокирующего устройства с высоким сопротивлением при более низких напряжениях и как хорошее проводящее устройство с низким сопротивлением при более высоких напряжениях. Эффективность варистора в защите электрической или электронной схемы зависит от правильного выбора варистора в отношении рассеяния напряжения, тока и энергии.

Металлооксидные варисторы, или MOV, как правило, изготавливаются из материала металлического оксида цинка в форме небольшого диска. Они доступны во многих значениях для определенных диапазонов напряжения. Номинальное напряжение MOV, называемое «напряжение варистора», представляет собой напряжение на варисторе, когда через устройство пропускается ток 1 мА. Этот уровень напряжения варистора, по существу, является точкой на характеристической кривой IV, когда устройство начинает проводить. Металлооксидные варисторы также могут быть подключены последовательно для повышения номинального напряжения зажима.

В то время как металлооксидные варисторы широко используются во многих цепях силовой электроники переменного тока для защиты от переходных перенапряжений, существуют также другие типы полупроводниковых устройств подавления напряжения, таких как диоды, стабилитроны и ограничители, которые все могут использоваться при некотором напряжении переменного или постоянного тока.

Как работают варисторы? Характеристики, параметры, схемы подключения

Варистором называется нелинейный резистор, который применяется в радиоэлектронных цепях и обеспечивает защиту включенных в сеть приборов от перенапряжения. Его отличительной чертой является нелинейная вольт-амперная характеристика. В зависимости от величины воздействующего на деталь напряжения ее сопротивление может колебаться в значительных пределах – от нескольких десятков до сотен миллионов Ом. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен варистор, каков его принцип действия и как производится его подключение и проверка детали на исправность.

Как работает варистор?

На схеме варистор обозначается значком резистора, перечеркнутого по диагонали, что указывает на его нелинейность.


Когда нелинейный резистор функционирует в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако оно сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, разность потенциалов удерживается на уровне, несколько превышающем номинал. Варистор, работающий в этом режиме, выполняет функцию стабилизации напряжения.

Нелинейный резистор, будучи подключенным на входе электроцепи, добавляет к ее емкости собственную. Для устойчивой работы защищаемых приборов это необходимо учесть при проектировании линии.

На рисунке представлена стандартная схема подключения варистора.

Для правильного подбора защитного элемента важно знать мощность импульсов, имеющих место при переходных процессах, а также величину выходного сопротивления источника.

От максимальной силы тока, которую нелинейный резистор способен пропустить через себя, зависит частота повторений выбросов напряжения, а также их длительность. Если она слишком мала для конкретной цепи, защитный элемент быстро придет в негодность из-за перегрева. Поэтому, чтобы варистор работал безотказно в течение длительного времени, он должен обеспечивать эффективное рассеивание импульсной энергии при переходном процессе. Затем деталь должна быстро возвращаться в исходное состояние.

Преимущества и недостатки варисторов

Основными преимуществами нелинейного резистора является:

·         возможность работы под значительными нагрузками, а также на высокой частоте;

·         большой спектр применения;

·         простота использования;

·         надежность;

·         доступная стоимость.

Недостатком элемента является низкочастотный шум, создаваемый им при работе. Кроме того, его вольт-амперная характеристика в высокой степени зависит от температуры.

Варисторы: характеристики и параметры

Нелинейные резисторы, как и любые другие радиотехнические детали, обладают рядом отличительных характеристик. Основные параметры варисторов таковы:

·         классификационное номинальное напряжение. Это рабочее напряжение элемента, при котором он пропускает ток величиной 1 мА;

·         максимальное напряжение ограничения. Так называется напряжение, которое деталь способна выдержать без вреда для себя. Если этот показатель будет превышен, защитный элемент выйдет из строя;

·         максимальное постоянное напряжение. Это показатель постоянного напряжения, при достижении которого происходит резкое возрастание проходящего через деталь тока, и она выполняет стабилизирующую функцию;

·         максимальное переменное напряжение. Так называется показатель переменного напряжения, по достижении которого включается защитный режим нелинейного резистора;

·         допустимое отклонение. Этим термином обозначается выраженное в процентах отклонение разности потенциалов от величины классификационного напряжения.

·         время срабатывания. Это время, которое требуется находящемуся в высокоомном состоянии на переход в низкоомное;

·         максимальная поглощаемая энергия. Так обозначается максимальная величина импульсной энергии, которая может быть преобразована в тепловую без вреда для варистора.

Разобравшись с принципом работы нелинейного резистора и его основными параметрами, перейдем к заключительному вопросу – как можно проверить его исправность?

Как проверить варистор?

Существует 2 способа проверки работоспособности этого элемента:

·         визуальный осмотр корпуса;

·         измерение сопротивления специальным прибором.

При внешнем осмотре корпусной части можно увидеть потемнения, трещины или следы подгорания, по которым можно сделать вывод о том, что деталь непригодна к эксплуатации. Если визуально недостатков не заметно, но исправность элемента вызывает сомнения, придется воспользоваться тестером (мультиметром) или омметром. Разберемся, как проверить варистор мультиметром. Главным критерием здесь является сопротивление детали – чем оно больше, тем лучше. Элемент с низким сопротивлением подлежит замене. Стоит отметить, что пробитый варистор, как правило, легко определить путем визуального осмотра, даже не пользуясь тестером. Кроме того, когда поврежденная радиодеталь находится в цепи, предохранитель постоянно выбивает.

Для проверки необходимо:

·         отпаять один из выводов проверяемой детали. В противном случае прозвонка, скорее всего, не даст достоверного результата, так как пойдет по другим участкам цепи;

·         поставить переключатель тестера в режим замера сопротивления на максимум;

·         прикоснуться щупами прибора к выводам проверяемой детали;

·         снять показания индикатора (шкалы).

Измерять сопротивление нужно два раза, меняя полярность подключения тестера.

Проверка мультиметром позволяет точно определить, когда варистор находится в обрыве – в ходе измерения прибор будет показывать бесконечное сопротивление.

В интернет-магазине DIP8.RU можно приобрести по доступной цене различные радиодетали и элементы высокого качества, в том числе и варисторы. Весь товар сертифицирован. По всем вопросам, касающимся характеристик деталей и оформления заказа, вы можете обратиться по телефону, указанному в разделе «Контакты».


Что такое варистор и для чего он нужен?

Рассмотрение конструкции, принципа работы и назначения варисторов. Как выбрать варистор и какие характеристики у этого защитного элемента.


В электронике можно выделить группу компонентов, задача которых ограничение всплесков напряжения. Один из таких элементов — варистор. Чаще всего данный аппарат можно встретить в большинстве хороших блоков питания. В этой статье мы поговорим о том, как работают и где применяются варисторы. Содержание:

Принцип действия

Варистор — это полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой. По ее форме можно сделать вывод о том, что варистор работает и в переменном и в постоянном токе. Рассмотрим её подробнее.

В нормальном состоянии ток через варистор предельно мал, его называют током утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический компонент с определенной электрической емкостью и можно говорить, что он не пропускает ток. Но, при определенном напряжении (на картинке это + — 60 Вольт) он начинает пропускать ток.

Другими словами, принцип работы варистора в защитных цепях напоминает разрядник, только в полупроводниковом приборе не возникает дугового разряда, а изменяется его внутреннее сопротивление. При уменьшении сопротивления, ток с единиц микроампер возрастает до сотен или тысяч Ампер.

Условное графическое изображение варистора в схемах:

Обозначение элемента на схемах напоминает обычный резистор, но перечеркнутый по диагонали линией, на которой может быть нанесена буква U. Чтобы найти на плате или в схеме этот элемент – обращайте внимание на подписи, чаще всего они обозначаются, как RU или VA.

Внешний вид варистора:

Варистор устанавливают параллельно цепи для ее защиты. Поэтому при импульсе напряжения защищаемой цепи — энергия поступает не в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса слишком велика — варистор сгорит. Но понятие сгорит размазано, варианта развития два. Либо варистор просто разорвет на части, либо его кристалл разрушится, а электроды замкнутся накоротко. Это приведет к тому, что выгорят дорожки и проводники, или произойдет возгорание элементов корпуса и других деталей.

Чтобы этого избежать перед варистором, последовательно со всей цепью на сигнальный или питающий провод устанавливают предохранитель. Тогда в случае сильного импульса напряжения и долговременного срабатывания или перегорания варистора сгорит и предохранитель, разорвав цепь.

Если сказать вкратце, для чего нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от губительных всплесков напряжения, которые могут возникать как на информационных линиях, так и на электрических линиях, например, при коммутации мощных электроприборов. Мы обсудим этот вопрос немного ниже.

Устройство

Варисторы устроены достаточно просто — внутри есть кристалл полупроводникового материала, чаще всего это Оксид Цинка (ZiO) или Карбид Кремния (SiC). Прессованный порошок этих материалов подвергают высокотемпературной обработке (запекают) и покрывают диэлектрической оболочкой. Встречаются либо в исполнении с аксиальными выводами, для монтажа в отверстия на печатной плате, а также в SMD-корпусе.

На рисунке ниже наглядно изображено внутреннее устройство варистора:


Основные параметры

Чтобы правильно подобрать варистор, нужно знать его основные технические характеристики:

  1. Классификационное напряжение, может обозначаться как Un. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА, при дальнейшем превышении ток лавинообразно увеличивается. Именно этот параметр указывают в маркировке варистора.
  2. Номинальная рассеиваемая мощность P. Определяет, сколько может рассеять элемент с сохранением своих характеристик.
  3. Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в Джоулях.
  4. Максимальный ток Ipp импульса. При том что фронт нарастает в течении 8 мкс, а общая его длительность — 20 мкс.
  5. Емкость в закрытом состоянии — Co. Так как в закрытом состоянии варистор представляет собой подобие конденсатора, ведь его электроды разделены непроводящим материалом, то у него есть определенная емкость. Это важно, когда устройство применяется в высокочастотных цепях.

Также выделяют и два вида напряжений:

  • Um~ — максимальное действующее или среднеквадратичное переменное;
  • Um= — максимальное постоянное.

Маркировка и выбор варистора

На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:

20D 471K

Что это такое и как понять? Первые символы 20D — это диаметр. Чем он больше и чем толще — тем большую энергию может рассеять варистор. Далее 471 — это классификационное напряжение.

Могут присутствовать и другие дополнительные символы, обычно указывают на производителя или особенность компонента.

Теперь давайте разберемся как правильно выбрать варистор, чтобы он верно выполнял свою функцию. Чтобы подобрать компонент, нужно знать в цепи с каким напряжением и родом тока он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В нужно применять варистор с классификационным напряжением немного выше (чтобы срабатывал при значительных превышениях номинала), то есть 250-260В. Это в корне не верно.

Дело в том, что в цепях переменного тока 220В — это действующее значение. Если не углубляться в подробности, то амплитуда синусоидального сигнала в корень из 2 раз больше чем действующее значение, то есть в 1,41 раза. В результате амплитудное напряжение в наших розетках равняется 300-310 В.

240*1,1*1,41=372 В.

Где 1,1 – коэффициент запаса.

При таких расчетах элемент начнет срабатывание при скачке действующего напряжения больше 240 Вольт, значит его классификационное напряжение должно быть не менее 370 Вольт.

Ниже приведены типовые номиналы варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:

  • 100В (100~120)– 271k;
  • 200В (180~220) – 431k;
  • 240В (210~250) – 471k;
  • 240В (240~265) – 511k.

Применение в быту

Назначение варисторов — защита цепи при импульсах и перенапряжениях на линии. Это свойство позволило рассматриваемым элементам найти свое применение в качестве защиты:

  • линий связи;
  • информационных входов электронных устройств;
  • силовых цепей.

В большинстве дешевых блоков питания не устанавливают никаких защит. А вот в хороших моделях по входу устанавливают варисторы.

Кроме того, все знают, что компьютер нужно подключать к питанию через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только фильтрует помехи, в схемах нормальных фильтров также устанавливают варисторы.

Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно патрону. Также защищают и другие устройства, некоторые монтируют варистор в розетку или в вилку, чтобы обезопасить подключаемую технику.

Чтобы защитить всю квартиру — вы можете установить варистор на дин-рейку, в хороших устройствах в корпусе расположены настоящие мощные варисторы диаметром с кулак. Примером такого устройства является ОИН-1, который изображен на фото ниже:

В заключение хотелось бы отметить, что назначение варистора – защитить какую-либо электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток силой 1 мА называют классификационным. Это и диаметр элемента есть основными параметрами при выборе. Пожалуй, мы доступно объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если вам что-то непонятно.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

Наверняка вы не знаете:

  • Какие бывают помехи в электросети
  • Принцип работы УЗИП
  • Как сделать сетевой фильтр своими руками
  • Как проверить резистор в домашних условиях


НравитсяЧто такое варистор и для чего он нужен?0)Не нравитсяЧто такое варистор и для чего он нужен?0)
Варистор: принцип действия, проверка и подключение

 20D781K Варистор 780 В 265 Дж 20D781K Варистор 780 В 265 ДжВаристор (дословный перевод с английского — резистор с переменным сопротивлением) — полупроводник с нелинейной вольт—амперной характеристикой (вах).

Все электроприборы рассчитаны на свое рабочее напряжение (в домах 220 В или 380В). Если произошел скачок напряжения (вместо 220 В подали 380В) — приборы могут сгореть. Тогда на помощь и придет варистор.

Принцип действия варисторов

Варистор: схема подключенияВаристор: схема подключенияВ обычном состоянии варистор имеет очень большое сопротивление (по разным источникам от сотен миллионов Ом до миллиардов Ом). Он почти не пропускает через себя ток. Стоит напряжению превысить допустимое значение, как прибор теряет свое сопротивление в тысячи, а то и в миллионы раз. После нормализации напряжения его сопротивление восстанавливается.

Если варистор подключить параллельно электроприбору, то при скачке напряжения вся нагрузка придется на него, а приборы останутся в безопасности.

Принцип работы варистора, если объяснять на пальцах, сводится к следующему. При скачке в электрической сети он выполняет роль клапана, пропуская через себя электрический ток в таком объеме, чтобы снизить потенциал до необходимого уровня. После того как напряжение стабилизируется этот «клапан» закрывается и наша электросхема продолжает работать в штатном расписании. В этом и состоит назначение варистора.

Основные характеристики и параметры

Надо отметить, что это универсальный прибор. Он способен работать сразу со всеми видами тока: постоянным, импульсным и переменным. Это происходит из-за того, что он сам не имеет полярности. При изготовлении используется большая температура, чтобы спаять порошок кремния или цинка.

Параметры, которые необходимо учитывать:

  1. Варистор: принцип действия и подключениеВаристор: принцип действия и подключениепараметр условный, определяется при токе 1мА, В;
  2. максимально допустимое переменное напряжение, В;
  3. максимально допустимое постоянное напряжение, В;
  4. средняя мощность рассеивания, Вт;
  5. максимально импульсная поглощаемая энергия, Дж;
  6. максимальный импульсный ток, А;
  7. емкость прибора в нормальном состоянии, пФ;
  8. время срабатывания, нс;
  9. погрешность.

Чтобы правильно подобрать варистор иногда необходимо учитывать и емкость. Она сильно зависит от размера прибора. Так, tvr10431 имеет 160nF, tvr 14431 370nF. Но даже одинаковые по диаметру детали могут обладать разной емкостью, так S14K275 имеет 440nF.

Виды варисторов

Основные характеристики варисторов Основные характеристики варисторов По внешнему виду бывают:

  • пленочные;
  • в виде таблеток;
  • стержневой;
  • дисковый.

Стержневые могут снабжаться подвижным контактом. Выглядеть они будут соответственно названию. Кроме того, бывают низковольтные, 3—200 В и высоковольтные 20 кВ. У первых ток колеблется в пределах 0,0001—1 А. На обозначение по схеме это никак не влияет. В радиоаппаратуре, конечно, применяют низковольтные.

Чтобы проверить работоспособность варистора необходимо обратить внимание на внешний вид. Его можно найти на входе схемы (где подводится питание). Так как через него проходит очень большой ток — по сравнению с защищаемой схемой — это, как правило, сказывается на его корпусе (сколы, обгоревшие места, потемнение лакового покрытия). А также на самой плате: в месте пайки могут отслаиваться монтажные дорожки, потемнение платы. В этом случае его необходимо заменить.

Однако, даже если нет видимых признаков, варистор может быть неисправным. Чтобы проверить его исправность придется отпаять один его вывод, в противном случае будем проверять саму схему. Для прозвонки обычно используется мультиметр (хотя можно, конечно, и мегомметр попробовать, только необходимо учитывать напряжение, которое он создает, чтобы не спалить варистор). Прозвонить его несложно, подключение производится к контактам и измеряется его сопротивление. Тестер ставим на максимально возможный предел и смотрим, чтобы значение было не меньше несколько сотен Мом, при условии, что напряжение мультиметра не превышает напряжение срабатывания варистора.

Впрочем, бесконечно большое сопротивление, при условии, что омметр довольно мощный (если можно это слово использовать), это также говорит о неисправности. При проверке полупроводника необходимо помнить что это всё-таки проводник и он должен показать сопротивление, в противном случае мы имеем полностью сгоревшую деталь.

Справочник и маркировка варисторов

Z5V 104Z 500V - варистор Z5V 104Z 500V - варистор Если необходима замена, на помощь придет справочник варисторов. Для начала нам потребуется маркировка варистора, она находится на самом корпусе в виде латинских букв и цифр. Хотя этот элемент производится во многих странах, маркировка не имеет принципиальных отличий.

Разные изготовители и маркировка разная 14d471k и znr v14471u. Однако параметры одни и те же. Первые цифры «14» это диаметр в мм., второе число 471 — напряжение при котором происходит срабатывание (открытие). Отдельно про маркировку. Первые две цифры (47) это напряжение, следующая — коэффициент (1). Он показывает сколько нулей нужно ставить после числа 47, в этом случае 1. Получается что испытуемый прибор будет срабатывать при 470 В, плюс — минус погрешность, которая ставится рядом с этим числом. В нашем случае это буква «к» находится после и обозначает 10% т. е. 47 В.

Другая маркировка s10k275. Показатель погрешности стоит перед напряжением, само напряжение показано без коэффициента — 275 В. Из рассмотренных примеров видим, как можно определить маркировку: измеряем диаметр прибора, находим эти размеры на варисторе, другие цифры покажут напряжение. Если определить маркировку не удается, например, kl472m, нужно будет посмотреть в интернете.

Диаметр. Импортные tvr 10471 можно заменить на 10d471k, но быть осторожным с 7d471k, у последнего размер меньше. Чем больше значение, тем, грубо говоря, больше рассеиваемая мощность. Поставив прибор меньшего диаметра, рискуем его спалить. К примеру, серия 10d имеет рабочий ток 25А, а k1472m 50А.

Чтобы правильно выбрать нужный элемент необходимо учитывать не только напряжение питания. Производят множество расчетов, например, выходя из нужного быстродействия (срабатывания), или малое рабочее напряжение. В этом случае используют так называемые защитные диоды. К ним можно отнести bzw04. При его применении важно соблюдать полярность.

Помехоустойчивость. Одним из недостатков является создание помех. Для борьбы с ними используют конденсаторы, например, ac472m Подключают параллельно варистору.

На схеме варистор обозначается как резистор, пустой прямоугольник с перечеркивающей под 45 градусов линией и имеет букву u.

Варистор - что это такое?

В статье изучим что такое варистор, узнаем принцип его действия, рассмотрим основные характеристики и параметры, которыми обладает данное полупроводниковое устройство.

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от подаваемого на него напряжения. Имеет нелинейную симметричную вольт-амперную характеристику. Изготавливается прессованием из таких полупроводников как оксид цинка(ZnO) или карбид кремния (SiC). Из-за своего ВАХ, варистор может применяться в цепях переменного и постоянного тока.

 

Фотография варисторов

Свое название варистор получил от английского словосочетания Variable Resistor, что дословно переводиться как переменный резистор. От слова Variable взяли начало, а от Resistor – конец. В отличии от переменного резистора в привычном понимании, варистор обладает немного другими свойствами и путать их не стоит.

 

Корпус варистора обычно выполняется в виде дисков и таблеток. Но так же существуют корпуса стержнем и с подвижные контактом (подстроечные варисторы).

Условно графическое обозначение(УГО) варистора.

Варистор имеет условно графическое обозначение (УГО) как у резистора, но с наклонной чертой и буквой U. Буква U на УГО указывает на то, что сопротивление этого элемента цепи зависит от напряжения. На схемах и платах обозначается двумя буквами RU и цифрой (порядковый номер на схеме). А вот так выглядит нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика варистора.

Вольт-амперная характеристика(ВАХ) варистора.

Нужны варисторы для защиты цепей от перенапряжения. В электронике и низковольтных сетях они служат для защиты от статического электричества. Варисторы можно найти почти во всех электронных устройствах – от блоков питания до электронного пускорегулирующего аппарата светильника люминесцентных ламп. Есть варисторы и в smd варианте, они очень похожи на диоды и сложно отличаемы в схемах.

Как работает варистор?

Фотография варистора на плате.

Принцип работы варистора достаточно прост. Рассмотрим ситуацию, когда варистор защищает от перенапряжения. В схему он включается параллельно защищаемой цепи. При нормальном режиме работы он имеет высокое сопротивление и протекающий через него ток очень мал. Он имеется свойства диэлектрика и не оказывает никакого влияния на работу схемы. При возникновении перенапряжения, варистор моментально меняет свое сопротивление с очень высокого, до очень низкого и шунтирует нагрузку. Известно, что ток идет по пути наименьшего сопротивления, поэтому варистор поглощает это перенапряжение и рассеивает эту энергию в атмосферу, в виде тепла. После того, как напряжение стабилизируется, сопротивление снова возрастает и варистор “запирается”. Надеюсь даже чайник понял принцип работы. Если что-то не ясно, рекомендуется ознакомиться с видео.

Если напряжение будет выше того, которое может выдержать и рассеять варистор, то он выйдет из строя. Корпус его треснет либо развалиться на части. В некоторых случаях он может взорваться. Поэтому, в целях защиты основной схемы, рекомендуется ограждать его от основных компонентов защитным экраном либо монтировать его вне корпуса, особенно для высоковольтных схем. Как проверить варистор мультиметром – узнаете тут.

Как говорилось выше, варистор подключается параллельно нагрузке:

  • В цепях переменного тока – фаза – фаза, фаза – ноль;
  • В цепях постоянного тока – плюс и минус.

Так как варистор закорачивает цепь питания, перед ним всегда монтируется плавкий предохранитель. Несколько примеров схем включения варистора:

Схема сетевого фильтра с 3мя варисторами.
Простые схемы с использованием варистора

Характеристики и параметры варисторов

  • Классификационное напряжение (Varistor Voltage) – это величина напряжения, при котором ток в 1 мА протекает через варистор;
  • Максимально допустимое переменное напряжение (Maximum Allowable Voltage – ACrms) – Это среднеквадратичное значение переменного напряжения (rms) в вольтах. Это та величина, при которой варистор “открывается” и понижается его сопротивление, тем самым он начинает выполнять свою задачу;
  • Максимально допустимое постоянное напряжение (Maximum Allowable Voltage – DC) – Варистор можно использовать в цепях постоянного тока, этот параметр показывает напряжение “открытия”, но уже для постоянного напряжения. Указывается в вольтах. Обычно выше, чем величина для переменных цепей;
  • Максимальное напряжение ограничения (Maximum Clamping Voltage) – максимальное напряжение в вольтах, которое может выдержать корпус варистора без выхода из строя. Обычно указывается для конкретной величины тока;
  • Максимальная поглощаемая энергия – указывается в джоулях (Дж). Величина импульса, которую может рассеять варистор, не выходя из строя;
  • Время срабатывания – обычны указывается в наносекундах (нс). Это время, которое требуется варистору для изменения величины сопротивления от очень высокого, до очень низкого;
  • Допустимое отклонение (Varistor Voltage Tolerance) – это допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, указывается оно в процентах (%). Это фиксированные величины ±5%, ±10%, ±20% и т.д. В импортных варисторах величина отклонения, зашифрованна в определенную букву и указывается в маркировке варистора, каждая фирма может использовать свои маркировки. К примеру, для варисторов фирмы Joyin принято такое обозначение: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%.

Подбор варисторов осуществляется по специальным справочникам на основе вышеописанных параметров. Узнаем значения своей цепи и защищаемого оборудования. На основе этого выбираем варистор, который нужно ставить.

Маркировка варисторов

Маркировка варисторов.

Обычно на корпусе варистора написана очень длинна маркировка, сейчас на примере 20D471K расшифруем маркировку и узнаем его характеристики.

  1. 20D – это диаметр варистора, в данном случае 20мм. Чем больше диаметр – тем больше энергии может рассеять варистор. По данному параметру можно косвенно судить о максимальной энергии, которую он может поглотить. Чем больше – тем лучше.
  2. 47 – Классификационное напряжение варистора, 470 вольт.
  3. 1K – допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, как было указано выше, K – это ±10%.

Обычно у производителей маркировки отличаются друг от друга, но незначительно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных производителей: Epcos – S20K300, Fenghua – FNR-20K471, TVR -TVR20D471, CNR – CNR20D471, JVR – JVR-20N471K.

Как видим, у фирмы Epcos маркировка показывает на число 300, это уже не классификационное напряжение, а максимально допустимое переменное напряжение. В любом случае не рекомендуется гадать самому с маркировкой, если есть возможность, то лучше воспользоваться поисковиками либо справочником и получить всю подробнейшую информацию о нужном вам варисторе.

Заключение

Варистор – это достаточно надежный и дешевый компонент, такой себе простак и универсал. Может работать в разных условиях (переменные и постоянные цепи, высокие частоты), выдерживать большие перегрузки. Он нашел применение во всех нишах связанных с электричеством и не только как защитник от перенапряжения. Варистор используют как: регуляторы и стабилизаторы, в качестве ограничителей перенапряжения. Из недостатков: высокий шум на низких частотах, так же из-за внешних условий и старения, он может изменять свои параметры.

Предыдущая

РадиодеталиДиодный мост – что это такое?

Следующая

РадиодеталиЧто такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения

Варистор. Принцип работы и применение

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Слово «Варистор» является аббревиатурой и сочетанием слов «Varistor — variable resistor», резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом.

Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.


Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Не секрет, что когда в цепи электропитания схемы какого-либо устройства возникает импульс высокого напряжения, то исход зачастую бывает плачевным. Поэтому применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS...


Мультиметр - RICHMETERS RM101

Richmeters RM101 - удобный цифровой мультиметр с автоматическим изменен...


Мультиметр - MASTECH MY68

Измерение: напряжения, тока, сопротивления, емкости, частоты...


Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока. Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Статическое сопротивление варистора

 

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Мы знаем из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. Ниже приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора:


Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоиды, подобно работе стабилитрона.
Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.

Емкость варистора

Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.

При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.

Подбор варистора

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 вольт и заканчивая свыше 1000 вольт переменного или постоянного тока. В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 вольт подойдет варистор на 260 вольт.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.

Варианты подключения варистора

 

Подведем итог

В данной статье мы узнали, что варистор это тип полупроводникового резистора, имеющий нелинейную ВАХ. Он является надежным и простым средством обеспечения защиты от перегрузки и скачков напряжения. Варисторы применяются в основном в чувствительных электронных схемах. В случае если питающее напряжение неожиданно превышает нормальное значение, варистор защищает схему за счет резкого снижения собственного сопротивления, шунтируя цепь питания и пропуская через себя пиковый ток, доходящий порой до сотен ампер.

Классификационное напряжение варистора — это напряжение на самом варисторе при протекании через него тока в 1 мА. Эффективность работы варистора в электронной или электрической цепи зависит от правильного его выбора в отношении напряжения, тока и силы энергии всплесков.

Скачать справочные материалы по зарубежным варисторам (3,0 MiB, скачано: 4 915)

варисторная керамика на основе оксида металла на основе ZnO

Для исследования нелинейного поведения варисторов на основе оксида цинка используются различные вычислительные методы. В варисторе ZnO, когда напряжение прикладывается между электродами, большинство границ зерен демонстрирует сильную нелинейную характеристику, но определенное количество зерен не имеет при приложенном напряжении высокой нелинейной характеристики или являются непроводящими. При известном уровне напряжения происходит несколько путей прохождения тока от одного электрода к другому, которые называются путями просачивания тока.Количество зерен на каждом пути, пересекаемое током, является статистическим параметром. Показано, что распределение этого статистического числа зависит от толщины блока и процентного содержания непроводящих зерен в варисторе.

Используя метод Монте-Карло в наших исследовательских работах, мы поняли, что число зерен ZnO, обеспечивающих путь протекания, соответствует логнормальному распределению, особенно в тонких варисторах. Мы также предложили прямой биномиальный подход к этой проблеме.Выяснилось, что прямой подход тоже может быть удовлетворительным.

Оба подхода показывают, что пороговое напряжение и коэффициент нелинейности варисторов могут в некоторой степени контролироваться долей непроводящих зерен. Эти результаты помогают нам лучше понять поведение варисторов и позволяют нам создавать более реалистичные электрические модели для этих элементов.

Можно найти несколько работ, в которых экспериментально изучены границы отдельных зерен в варисторе.Большинство контактов Шоттки дают коэффициент нелинейности, который обычно находится в диапазоне 30-70 для нормального варистора, тогда как фактическое значение α хорошего соединения материала ZnO может быть в диапазоне 150. Даже оно может достигать значений, превышающих 200 в определенном зерне в зерновые микроваристоры. На рисунке 6 показано типичное изменение плотности тока в зависимости от напряжения на барьере для одного барьера в варисторе.

На рисунке 7 наблюдается изменение коэффициента нелинейности α как функции напряжения барьера варистора для одного потенциального барьера.Эта кривая вычисляется вычислительно с использованием программного обеспечения Maple из наклона вольт-амперной характеристики границы одиночного зерна, как показано на рисунке 6.

5.1. Модель микроструктуры варистора

На рисунке 8 показана упрощенная модель микроструктуры варистора. Мы используем эту модель для компьютерного моделирования.

Если толщина элемента ZnO равна D, а средняя толщина зерна равна d, то минимальное количество границ зерен между электродами равно L = D / d.

5.2. Метод Монте-Карло

Как мы читали в литературе, метод Монте-Карло представляет собой метод, который обеспечивает приблизительное решение задач, выраженных математически. Используя случайные числа и метод проб и ошибок, он многократно вычисляет уравнения, чтобы прийти к решению. Затем использование случайных чисел или чаще псевдослучайных чисел, в отличие от детерминированных алгоритмов, использует этот алгоритм для решения различных видов вычислительных задач.

Методы Монте-Карло чрезвычайно важны в вычислительной физике и смежных прикладных областях.Интересно, что метод Монте-Карло не требует использования действительно случайных чисел. Многие из наиболее полезных методов используют детерминированные псевдослучайные последовательности, что облегчает тестирование и повторный запуск моделирования. Единственное качество, которое обычно необходимо для хорошего моделирования, - это чтобы псевдослучайная последовательность выглядела «достаточно случайной» в определенном смысле. Они должны быть либо равномерно распределены, либо следовать другому желаемому распределению, когда рассматривается достаточно большое количество элементов последовательности.Из-за повторения алгоритмов и большого количества вычислений, Монте-Карло является методом, подходящим для вычислений с использованием компьютера, с использованием многих методов компьютерного моделирования.

Рисунок 8.

Упрощенная микроструктурная модель варистора для компьютерного моделирования.

Используя алгоритм Монте-Карло, мы следуем стохастической процедуре, чтобы вычислить количество проводящих зерен на пути тока в варисторной модели в качестве статистического параметра.Блок-схема используемой программы показана на рисунке 9. На этой диаграмме буквами K и N обозначены соответственно номер итерации и переменная для номера каждого слоя в микроструктурной модели варистора. B - число активных границ зерна, через которые проходит ток при переходе от одного электрода к другому. Кроме того, мы определяем вероятность непроводящей границы зерна как P. При P = 0 все границы зерна всегда активны. Очевидно, что существование непроводящих зерен приводит к более длинному пути для тока через элемент ZnO, который зависит от доли непроводящих зерен.Мы предпринимаем статистический анализ влияния L (число слоев зерна ZnO на варисторе) и P (вероятность непроводящей границы зерна) на нелинейные характеристики варистора, характеризуемые α.

Рисунок 9.
Блок-схема алгоритма

алгоритма Монте-Карло, для расчета количества зерен на пути тока через варистор.

Как сказано выше, для P = 0 нет непроводящих зерен, и все длины пути одинаковы и равны L.С увеличением доли границ P непроводящих зерен число B проводящих зерен существенно увеличивается, что увеличивает напряжение на единицу толщины элемента ZnO. P также может быть увеличен за счет увеличения количества непроводящего межзеренного материала, часто в качестве побочного продукта при попытке уменьшить размер зерна. Эта непроводящая фаза может быть фазой шпинели. Очевидно, что увеличение количества непроводящих границ зерен увеличивает плотность тока на оставшихся границах зерен и приводит к большему рассеянию мощности на границах зерен и повышению температуры.

Запустив программу Монте-Карло с различными значениями L, числа слоев зерна ZnO в варисторе и P, вероятности непроводящих границ зерна в варисторе, мы получаем статистические наборы данных для B, то есть число зерна пересекаются течением.

В качестве примера гистограмма плотности вероятности данных B для случая очень тонкого варистора с L = 10 и P = 0,3 показана на рисунке 10, который относится к варистору толщиной около 0,1 мм.

Рисунок 10.

Гистограмма плотности вероятности числа зерен, пересекаемых током, полученная для особого случая очень тонкого варистора толщиной около 0,1 мм с вероятностью непроводящих зерен, равной 30%.

Анализируя статистическое распределение B путем подгонки к нему различных кривых распределения, для подгонки наших вычислительных данных было использовано несколько распределений, таких как Normal, Lognormal, Weibull, Logistic, Loglogistic и Exponential. Лучшая пригодность была замечена для трех распределений: нормальное, вейбулловское и логнормальное (идентично для журнала и нормальное и для журнала 10 нормальное) по сравнению с другими.

На рисунке 11 мы можем наблюдать подогнанные кривые для этих трех распределений, относящиеся к частному случаю рисунка 10.

Статистика Андерсона-Дарлинга - это мера того, как далеко точки графика отходит от подогнанной линии на вероятностном графике. Используя меру Андерсона-Дарлинга для расчета степени соответствия этих распределений, мы получаем кривые на рисунке 12.

Статистика представляет собой взвешенное квадратное расстояние от точек графика до выровненной линии с большими весами в хвостах распределения.В этом методе меньшая мера Андерсона-Дарлинга (AD) указывает, что распределение лучше соответствует данным.

Как видно на рисунке 12, распределение LogNormal лучше всего подходит для данных B, касающихся тонких варисторов этого исследования.

Если вероятность того, что граница зерна будет непроводящей, равна P и, как мы предполагали в нашей модели, зерна являются кубиками, то можно показать, что в первом приближении среднее число активных границ зерен, через которые между электродами проходит ток:

B = L (1 + P1-P) 0P1E7

Рисунок 11.

Подгонка кривой числа зерен, пересекаемых током, по трем различным распределениям для данных на рисунке 10.

Рисунок 12.

Сравнение соответствия трех различных распределений по нашим данным относительно варисторов от 0,1 до 1 мм. толстый.

И как мы поняли в нашей исследовательской работе, что данные по числу протекания для тонких варисторов подчиняются логнормальному распределению, мы выводим, используя программное обеспечение Maple, соотношение (8) в качестве аналитической формулы для стандартного отклонения s для тонких варисторов данные, имеющие логнормальное распределение.

Построив это уравнение для различных значений L и P в программном обеспечении Maple, мы получим рисунок 13. Как видно, стандартное отклонение невелико для величин P менее 0,5, в то время как оно лучше для больших P в более тонких варисторные блоки.

Рисунок 13.

Стандартное отклонение для перколяционного числа B тонких варисторов, имеющих логнормальное распределение.

Мы предположили, что каждый текущий путь не зависит от любого другого пути. Фактически, при больших P число непроводящих границ зерен уменьшило бы вероятность соединения путей.Но при P менее 0,5, особенно в тонких варисторах, даже если два пути разной длины находятся рядом друг с другом, вероятность их существенно различающихся потенциалов невелика.

Из формы статистического распределения для B мы понимаем, что с увеличением P включение проводимости варистора будет происходить быстрее. Это можно вывести из хвоста с низким B статистического распределения. Для малых L среднее значение B увеличивается с увеличением P, но минимальное значение B, то есть L, остается неизменным.Таким образом, отношение среднего к минимально возможному значению B увеличивается. Характеристики включения определяются в основном первыми путями поведения. Таким образом, число или доля пройденных путей для различных P должны рассматриваться в дополнение к α.

На рисунке 14 сравниваются логнормальные и нормальные распределения с одинаковым средним (200) и с отклонениями, выбранными для получения одинакового минимального значения (~ 100) в совокупности из 600 случайных чисел. Этот рисунок показывает, что плотность вероятности B увеличивается намного быстрее при низких значениях B для логнормального распределения, чем для нормального распределения.Таким образом, условия, которые приводят статистическое распределение для B к логнормальному распределению, могут привести к более быстрому включению варисторного элемента. Логнормальное распределение также имеет длинный хвост при высоких значениях, что приведет к длинному хвосту в α.

Рисунок 14.

Сравнение данных логнормального (черного) и нормального распределения с одинаковым средним (200) и с отклонениями, установленными так, чтобы дать примерно одинаковое минимальное значение (100) в населении 600.

На основе численных расчетов и их распределения, мы полагаем, что более быстрое включение как функция увеличенного P для больших L (толстых элементов), вероятно, связано с переходом от нормального распределения при P = 0 к логнормальному распределению с увеличением P.

Этот переход может быть рационализирован из плотности вероятности B для тонкого варистора с разумной вероятностью непроводящих зерен, для которого распределение явно асимметрично с быстрым включением, когда кратчайший путь через разрядник становится проводящим с последующим быстрым увеличением числа проводящих дорожек с ростом напряжения.

Логнормальное распределение увеличивается быстрее в нижнем конце распределения, что приведет к более быстрому включению разрядника.

На рисунке 15 показано изменение α как функции приложенного напряжения для вероятности непроводящего зерна 0,5 для толстого варистора толщиной 10 мм (L = 1000) и тонкого варистора 0,5 мм (L = 50) толщина.

Оба случая приводят к асимметричным α-характеристикам, в то время как толщина варистора оказывает очевидное влияние на форму кривой. Мы провели такой же анализ для варисторов с различной толщиной (количество слоев зерна L) и вероятностью непроводящих зерен (P).

Рис. 15.

Коэффициент нелинейности варистора α как функция приложенного напряжения для тонких и толстых варисторов с вероятностью непроводящего зерна 0,5.

Чтобы обеспечить основу для сравнения кривых α (V), мы определяем параметры FWHH и β как показатели ширины и скорости нарастания кривой α (V) (рис. 16). Мы определяем FWHH как полную ширину на половине высоты кривой, а β определяется как:

β = (V90% -V10%) / V10% E9

В соответствии с этим определением для β малый β означает большой наклон α (V) кривая.

На рисунке 17 мы видим изменение (FWHH) кривых α (V) в зависимости от L, которое является линейным, как и следовало ожидать.

Рисунок 16.

Определение параметров FWHH и β.

Рисунок 17.

Полная ширина на половине высоты (FWHH) кривых α (V) с P = 0.5 как функция L.

Для P = 0 и больших L характеристики являются кратными характеристики границы зерна, которые моделируются как симметричные. При увеличении доли непроводящих зерен средний путь протекания увеличивается, а вероятность короткого пути протекания уменьшается.

Однако минимально возможный путь остается тем же самым (L) и выше минимального пути, число проводящих путей, кажется, быстро увеличивается, что приводит к асимметричному α с более быстрым включением.

Поскольку пороговое напряжение и ширина α являются суммой вклада каждого зерна, то есть варистор толщиной 10 мм (L = 1000) равен 20 варисторам толщиной 0,5 мм (L = 50) последовательно, так что кривая I (V) первого будет суммой кривых I (V) второго. Таким образом, FWHH (L) должен линейно увеличиваться с L, и результат рисунка 16 может быть взят как проверка вычислительных методов.

На рисунке 18 показано изменение β с вероятностью непроводящего зерна (P) для тонкого (L = 50) и толстого (L = 1000) элемента ZnO. Как видно на этом рисунке, скорость нарастания кривой α (V) зависит как от вероятности непроводящего зерна, так и от толщины элемента.

Рисунок 18.

Изменение β как функции P для варисторов L = 50 (толщиной 0,5 мм) и L = 1000 (толщиной 10 мм). Меньшее β указывает на более быстрое «включение» варистора с приложенным напряжением.

Для P> 0,5 и большого L (толстый варистор) β остается постоянным, что означает, что увеличение P мало влияет на характеристики включения варистора. Вероятно, это является результатом того факта, что для большого L стандартное отклонение в B уменьшается как доля от L, так что предельное значение в B уменьшается относительно среднего.

С увеличением P увеличивается среднее число границ зерен, равно как и распределение числа границ зерен, через которые проходит ток от одного электрода к другому.Поскольку характеристика границы зерен сильно нелинейна, проводимость элемента ZnO быстро возрастает, как только первые несколько токовых путей становятся проводящими. Это, вероятно, объясняет увеличивающуюся асимметрию в α для всего варистора и все более быстрое начало тока с увеличением P, так как статистическое распределение длин путей расширяется с помощью P. но для маленьких L это не так. Кроме того, пиковое значение увеличивается с увеличением P для толстых элементов, но не для тонких элементов.Это должно быть результатом конкуренции между большей дисперсией B, перколяционной траекторией для малых L, с характером хвоста статистического распределения при низких значениях B, который определяет характеристики включения.

Можно было бы предпочесть, чтобы ZnO «включался» (становился практически проводящим) очень быстро, чтобы рабочее напряжение переменного тока могло ближе подходить к уровню защиты варистора, не вызывая чрезмерного рассеивания мощности. С другой стороны, как варистор приближается к своей предельной проводимости с напряжением, менее важно.Как мы заметили, вероятность P непроводящих зерен варистора влияет на такие параметры, как скорость нарастания кривой α (V).

В заключение скажем, что характеристики тонких варисторов ZnO были статистически изучены. Количество зерен ZnO на каждом проводящем пути через варистор ZnO, пересекаемое током, является статистическим параметром (B).

Показано, что нелинейность керамики ZnO может в некоторой степени контролироваться долей непроводящих зерен.Таким образом, мы можем выбрать наилучшее значение для P, чтобы иметь максимальную скорость роста кривой α (V). Это приведет к быстрому «включению» элемента ZnO, что позволяет защищаемой цепи работать более близко к уровню защиты без чрезмерного рассеивания мощности в элементе разрядника. Это оптимальное значение P, безусловно, зависит от L, что связано с толщиной варистора.

С увеличением доли границ непроводящих зерен P число перколяции B существенно возрастает, что приведет к увеличению напряжения на единицу толщины элемента ZnO.Это может быть использовано в коммерческих целях для увеличения числа перколяции.

Эти результаты могут помочь нам лучше понять поведение этих варисторов и зависимость этого поведения от их геометрических размеров и составляющих материалов. Это также позволит нам иметь более реалистичные электрические модели для этих керамических элементов.

5.3. Прямой биномиальный метод

Мы также предлагаем, чтобы биномиальное распределение можно было использовать непосредственно для объяснения явлений проводимости в варисторах ZnO.Вот программа Maple, использующая биномиальное распределение для вычисления тока в варисторе и вычисления его α, для непосредственного прогнозирования характеристик включения. Мы используем формулу биномиального распределения для вычисления функции вероятности L успеха в B испытаниях (B = число перколяций & L = количество слоев).

Например, мы рассматриваем варисторный блок диаметром 4 см (Dvaristor = 0,04).

Затем мы вычисляем количество зерен в первом слое, из которого можно запустить ток, следующим образом:

Svaristor = p.(Dvaristor2) /4Dgrain=0.000010Sgrain=Dgrain2NS=Svaristor/SgrainE10

Число ожидаемых проводящих зерен в непосредственной близости от верхнего электрода равно:

NP = NS (1-P) E11

Теперь мы вычисляем вероятность для ток для продвижения слоев L при пересечении зерен B от одного электрода к другому для заданного L & P (в данном примере L = 100 и P = 0,3):

F = (B!) / ((L !). (B-L)!) E12

Вероятность (L = 100) = F. (((1-P) L). (P (B-L))); E13

Теперь мы можем получить число токовых цепей в варисторе в зависимости от B, т.е.то есть, мы знаем, сколько путей существует для каждого B:

NB = (Вероятность (L = 100)). NPE14

Здесь мы строим число путей проводимости в варисторе с 100 слоями и 30% непроводящих зерен, как функция числа перколяции B:

Рисунок 19.

Изменение P как функция B для L = 100 (толщина ~ 1 мм)

Теперь мы вычисляем ток на границу зерна с использованием отношения J (V G ) для одной границы одного зерна:

J = 1000010 [−4.5tanh [−50ln (VG) ln (10) +28] −5.5] 10 [10ln (VG) 9ln (10) +209] E15

Затем мы заменяем VG на V / B как общее напряжение V, которое применяется В целом варистор распределен по B зернам в серии:

VG = V / BE16

В испытаниях L среднее число случаев без непроводящего зерна равно L (1-P), а среднее число без -проводящее зерно - это LP. Мы можем игнорировать случаи, которые являются «тупиками», так как они не учитываются:

L. (1-P) = BME17

Так как это случаи, которые продвигают нас вперед.Таким образом, для вероятности непроводящего зерна, P, среднее число перколяции равно:

BM = N / (1-P) E18

B M - это число активных границ зерна, через которые проходит ток между электроды.

Теперь мы вычисляем ток, протекающий по каждому отдельному пути, из которого можно получить общий ток через варистор следующим образом:

IB = J.SgrainE19

IV = S (IB.NB, B = Lto10L) E20

Это потому, что общий ток будет суммой числа путей, умноженных на ток в каждом пути.Используя эту вторую формулу для расчета тока во всем диапазоне B, получим α. Заменим V на V + 1 в IV, чтобы получить производную и вычислить альфа следующим образом:

IV1 = сабвуферы (V = V + 1, IV) E21

α = (log10 (10−2IV1) - (log10 ( 10−2IV))) / (log10 (V + 1) −log10 (V)); E22

Из рисунка 20 видно, насколько асимметричной является кривая α (V). Для больших L β уменьшается с увеличением вероятности проводящего зерна P, но для малых L это не так. Также пиковое значение α увеличивается с увеличением P для толстых элементов, но не для тонких элементов.Это должно быть результатом конкуренции между большей дисперсией B, перколяционной траекторией для малых L, с характером хвоста статистического распределения при низких значениях B, который определяет характеристики включения. В предыдущих работах указывалось, что статистическое распределение перколяционного числа B для больших L (толстых варисторов) является гауссовским. Мы использовали вычисления Монте-Карло для тонких варисторов (L <100). Для L <100 гистограммы числа перколяции соответствуют логнормальному распределению лучше, чем нормальное распределение.Из формы статистического распределения числа перколяции B мы понимаем, что с увеличением P включение будет происходить быстрее. Это можно вывести из хвоста с низким B статистического распределения. Для малых L среднее значение B (число перколяции) увеличивается с увеличением P, но минимальное значение B, то есть L, остается неизменным.

Рисунок 20.

Изменение α как функции V для варистора L = 100 (толщиной ~ 1 мм).

Основной принцип работы индуктивного датчика приближения

Задумывались ли вы, как индуктивный датчик приближения способен обнаружить присутствие металлической цели? Хотя основополагающая электротехника является сложной, основной принцип работы не так сложен для понимания.

В основе индуктивного датчика приближения («проксимальный» «датчик» или «проксимальный датчик» для краткости) лежит электронный генератор, состоящий из индуктивной катушки, состоящей из многочисленных витков очень тонкой медной проволоки, конденсатора для хранения электрического заряда, и источник энергии для обеспечения электрического возбуждения.Размер индуктивной катушки и конденсатора подобраны так, чтобы производить самоподдерживающиеся колебания синусоидальной волны с фиксированной частотой. Катушка и конденсатор действуют как две электрические пружины, между которыми висит груз, постоянно толкающий электроны назад и вперед между собой. Электрическая энергия подается в цепь, чтобы инициировать и поддерживать колебания. Без поддержания энергии колебание будет разрушаться из-за небольших потерь мощности из-за электрического сопротивления тонкого медного провода в катушке и других паразитных потерь.

Колебания создают электромагнитное поле перед датчиком, потому что катушка расположена прямо за «лицом» датчика. Техническое название лицевой стороны датчика - «активная поверхность».

Когда кусок проводящего металла входит в зону, определяемую границами электромагнитного поля, часть энергии колебаний передается в металл мишени. Эта передаваемая энергия проявляется в виде крошечных циркулирующих электрических токов, называемых вихревыми токами.Вот почему индуктивные датчики иногда называют вихретоковыми датчиками.

Протекающие вихревые токи сталкиваются с электрическим сопротивлением, пытаясь циркулировать. Это создает небольшую потерю мощности в виде тепла (как маленький электрический нагреватель). Потеря мощности не полностью заменяется внутренним источником энергии датчика, поэтому амплитуда (уровень или интенсивность) колебаний датчика уменьшается. В конце концов, колебание уменьшается до такой степени, что другая внутренняя цепь, называемая триггером Шмитта, обнаруживает, что уровень упал ниже заранее определенного порога.Basic_Oper_Inductive_Sensor Этот порог - уровень, при котором присутствие металлической мишени определенно подтверждается. После обнаружения цели триггером Шмитта выход датчика включается.

Короткая анимация справа показывает влияние металлической мишени на колебательное магнитное поле датчика. Когда вы видите, что кабель, выходящий из датчика, становится красным, это означает, что металл был обнаружен, и датчик был включен. Когда цель исчезает, вы можете видеть, что колебание возвращается к максимальному уровню, и выходной сигнал датчика отключается.

Хотите узнать больше об основных принципах работы индуктивных датчиков приближения? Вот короткое видео на YouTube, посвященное основам:

Как это:

Нравится Загрузка ...

Генри Менке

У меня есть опыт электротехники, который дает мне прочную техническую базу для моей нынешней роли директора по маркетингу продуктов.

ВЭЖХ Принципы и параметры | KNAUER

Принцип ВЭЖХ

Принцип разделения ВЭЖХ основан на распределении аналита (образца) между подвижной фазой (элюент) и стационарной фазой (упаковочный материал колонны). В зависимости от химической структуры анализируемого вещества молекулы задерживаются при прохождении стационарной фазы.Специфические межмолекулярные взаимодействия между молекулами образца и упаковочным материалом определяют их время «на колонке». Следовательно, разные составляющие образца элюируются в разное время. Тем самым достигается разделение ингредиентов образца.
Блок детектирования (например, УФ-детектор) распознает аналиты после выхода из колонки. Сигналы преобразуются и записываются системой управления данными (компьютерное программное обеспечение), а затем отображаются на хроматограмме. После прохождения блока детектирования подвижная фаза может подвергаться воздействию дополнительных блоков детектора, блока сбора фракций или отходов.В целом, система ВЭЖХ содержит следующие модули: резервуар для растворителя, насос, впрыскивающий клапан, колонка, блок детектора и блок обработки данных (рис. 1). Растворитель (элюент) подается насосом при высоком давлении и постоянной скорости через систему. Чтобы сохранить дрейф и шум сигнала детектора как можно ниже, крайне важен постоянный и безимпульсный поток из насоса. Аналит (образец) подается в элюент через клапан впрыска.

Время задержки (t0)
Время задержки относится к времени, которое требуется для транспортировки невосстановленного соединения из места инъекции в блок детектора (где соединение регистрируется).В течение этого времени все молекулы пробы находятся исключительно в подвижной фазе. Как правило, все молекулы пробы имеют одинаковое время задержки. Разделение вызвано различной адгезией веществ с неподвижной фазой.

Время удерживания (tR)
Время удерживания относится к времени, которое требуется для соединения с момента впрыска до момента обнаружения. Соответственно, он представляет время, в которое аналит находится в мобильной и стационарной фазе.Время удержания зависит от вещества и должно всегда обеспечивать одинаковые значения при одинаковых условиях.

Ширина пика (w)
Ширина пика охватывает период от начала наклона сигнала до достижения базовой линии после многократного падения сигнала детектора.

,
Определение и основные принципы системного подхода, Сравнительные характеристики классического и системного подходов к формированию систем

5.4. Определение и основные принципы системного подхода

Характер материального потока таков, что на пути к потреблению он проходит производственные, складские, транспортные связи. Организовывать и направлять материальные потоки различных участников логистического процесса.

Системный подход , принцип реализации которого в логистике ставится на первое место, является методологической основой комплексного управления материальными потоками.

Системный подход - Это направление методологии научного познания, основанной на рассмотрении объектов как систем , которая позволяет исследовать трудно наблюдаемые свойства и отношения в объектах.

Системный подход означает, что каждая система представляет собой единое целое , даже если она состоит из отдельных отключенных подсистем. Системный подход позволяет нам рассматривать исследуемый объект как комплекс взаимосвязанных подсистем, объединенных общей целью: выявить его интегративные свойства, внутренние и внешние связи.

Функционирование реальных логистических систем характеризуется наличием сложных стохастических связей как внутри этих систем, так и в их отношениях с окружающей средой. В этих обстоятельствах принятие частных решений без учета общих целей системы и требований, предъявляемых к ней, может оказаться недостаточным и, возможно, даже ошибочным.

В качестве примера, давайте снова обратимся к схеме перемещения сахарного песка от завода до цеха (см. Рисунок 9).

Предположим, что руководство завода без согласования с оптово-розничной сетью приняло решение внедрить мощное оборудование для упаковки сахара-песка в бумажные пакеты и последующей упаковки в транспортную коробку. Возникает вопрос, как эта новинка будет восприниматься всей системой распределения товаров, приспособленной для транспортировки, хранения и выполнения других технологических операций с сахарным зерном, упакованным в мешки. Вполне возможно, что ее работа не удастся.

В соответствии с требованиями системного подхода решение об упаковке гранулированного сахара на заводе-изготовителе должно приниматься совместно с остальными решениями, общая цель которых заключается в оптимизации потока совокупного материала.

Системный подход не существует в форме строгой методологической концепции. Это некий набор когнитивных принципов, соблюдение которых позволяет нам определенным образом ориентировать конкретные исследования.

При формировании логистических систем необходимо учитывать следующие принципы системного подхода:

o принцип последовательного продвижения на этапах создания системы. Соответствие этому принципу означает, что система должна сначала проверяться на макроуровне, то есть во взаимосвязи с окружающей средой, а затем на микроуровне, то есть в ее структуре;

o принцип согласования информации, надежности, ресурса и других характеристик проектируемых систем;

o принцип отсутствия конфликтов между целями отдельных подсистем и целями всей системы.

5.5. Сравнительная характеристика классического и системного подходов к формированию систем

Суть системного подхода наглядно проявляется при сравнении с классическим индуктивным подходом к формированию систем.

Классический подход означает переход от частного к общему (индукция). Формирование системы в классическом подходе к этому процессу происходит путем слияния ее компонентов, разработанных отдельно (рисунок 24).

На первом этапе определяются цели функционирования отдельных подсистем. Затем на втором этапе анализируется информация, необходимая для формирования отдельных подсистем. И, наконец, на третьем этапе формируются подсистемы, которые в совокупности образуют эффективную систему.

Рис. 24. Последовательность формирования системы при классическом (индуктивном) подходе

В отличие от классического, системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда анализ основан на конечной цели, для которой создана система (рисунок 25).

Последовательность формирования системы в системном подходе также включает в себя несколько этапов.

Первый этап. Определите и сформулируйте цели функционирования системы.

Второй этап. На основе анализа назначения системы и ограничений внешней среды определяются требования, которым должна соответствовать система.

Третий этап. Исходя из этих требований, некоторые подсистемы формируются приблизительно.

Рис. 25. Последовательность формирования системы в системном подходе

Четвертый этап. Самый сложный этап синтеза системы: анализ различных вариантов и выбор подсистем, их организация в единую систему. Используются критерии выбора. В логистике одним из основных методов системного синтеза является моделирование.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о