Варистор

 

Продолжение таб.2

 

1	2	3	4	5	6	7	8
СН1-3	0,1	5,6	10	5	2	20	-60+75
		6,8				25
		8,1				30
		10				40
		12				50
		15				60
		18				70
		22				80
		27				90

 

 

Таблица 3

Тип варистора	Размеры, мм
	Длина L	Диаметр D	Толщина h
СН1-1-1	19	8.6	1
СН1-1-2	16	6,0	0,8

 

Таблица 4

Тип варистора	Классификационное напряжение	Длина L,мм	Диаметр D,мм
СН1-2-2	33	6,5	12
	39
	47
	56
	68
	82
	100
СН1-1-2	56	6,5	16
	68
	82
	100
	120
	150	7,5	16
	180
	220	8,5	16
	270

 

 

Типы варисторов СН1-1-2, СН1-2-1 расшифровываются следующим образом: СН- сопротивление нелинейное; первая цифра за буквами обозначает материал (1-карбид кремния; 2-окись цинка), вторая цифра- шифр конструкции (1-стержневое,2- дисковое,3- микромодульное исполнение), третья цифра- условное обозначение габаритов.

 В обозначениях  типономиналов указываются классификационное  напряжение в вольтах и допустимое  отклонение напряжения в процентах. Полное обозначение варистора, например, дискового типа на классификационное напряжение 270В с допуском 10% имеет вид СН1-2-1-270 В 10%.

Классификационное напряжение для стержневых варисторов определяется при кратковременном  пропускании постоянного тока 10мА; для дисковых- при токе 3 мА в диапазоне классификационных напряжений от 15 до 27 В при токе 2 мА в диапазоне 50-270 В. Классификационные напряжения и токи не следует принимать как эксплуатационные. При выборе рабочего напряжения варистора исходят из допустимой мощности рассеяния и предельно допустимого значения амплитуды напряжения. Так, для варистора СН1-1-680 допустимое рабочее напряжение на постоянном токе при β=4,5 будет составлять 470 В.

Полупроводниковые варисторы  типа СН имеют симметричную вольт-амперную характеристику с асимметрией тока не более 10%.

На рисунке 7 приведены вольт-амперные характеристики варисторов  на основе карбида кремния.

Промышленные типы карбидокремниевых варисторов обладают заметной температурной зависимостью свойств. С повышением температуры проводимость рабочего элемента варистора увеличивается, с понижением- уменьшается, т.е. варисторы обладают отрицательным ТКR. Наиболее часто температурную зависимость свойств характеризуют температурным коэффициентом тока ТКI. Для варисторов типа СН1 ТКI положителен и в среднем его значения лежат в пределах 0,3-0,6%/⁰С. Влияние температуры на вольт-амперную характеристику варисторов типа СН1 показано на рисунке 8.

 

Варисторы СН1 предназначены  для работы в интервале  температуры  от -40 до +100 ⁰С в цепях переменного, постоянного и импульсного тока. Кратковременно они могут работать при температуре +125 ⁰С, однако при их длительной эксплуатации при указанной температуре начинают интенсивно развиваться процессы старения, что приводит к изменению параметров варисторов.

Нагрузочные характеристики варисторов в статическом режиме при номинальной мощности рассеяния  приведены на рисунке 9.

При нормальных условиях эксплуатации варисторов обладают высокой стабильностью параметров. Только у отдельных образцов в первые часы работы происходят незначительные изменение параметров в пределах 2-3%. Опытная эксплуатация варисторов в защитной аппаратуре и различных коммутационных цепях показала, что изменение их параметров за 1000ч работы незначительно и практически лежат в пределах погрешности измерений.

Срок службы варисторов в нормальных климатических условиях составляет не менее 3000ч; в течение  указанного срока изменение классификационного напряжения варисторов не должна превышать 5%.

Варисторы в обычном  исполнении работоспособны в условиях  с относительной влажностью до 95% ( при +30 ⁰С), варисторы в тропическом исполнении- в условиях с относительной влажностью до 98% (при температуре +40⁰С).

Механическая прочность  варисторов весьма велика: они выдерживают  вибрацию с ускорением до 2,5g в диапазоне частот от 5 до 80 Гц, а так же ударные нагрузки с ускорением до 12 g и нелинейные нагрузки с ускорением до 9 g.

Основные параметры  карбидокремниевых варисторов малой  мощности приведены в таблице 5.

Таблица 5

Тип	Классификационный ток, мА	Классификационное напряжение, В	Коэффициент нелинейности
СН1-М1	2	5-100	3-10
СН1-М2	2	5-330	3-10
СН1-1-2	10	470-1200	3,5
СН1-2-2	3	15-170	3
СН1-4	2	82-120	3
СН1-6	20	33	4-6
СН1-8	0,05	20000-25000	7-10
СН1-11	2	120	4
СН1-12	0,03	120-330	5-8
СН1-15	1	6-12	2-5
СН1-14	0,03	6000-14000	5
СН1-16	0,03	8000-12000	5

 

Варисторы малой мощности с более высокими нелинейными  свойствами созданы на основе окиси  цинка, удельное сопротивление которой регулируется путем изменения вида и количества вводимых добавок . Материалы с низким (10-10³ Ом*см) удельное сопротивление служат основой варисторов поверхностно-барьерного типа, а с высоким (10⁷-10⁹ Ом*см) - основой объемных варисторов.

При изготовлении поверхностно-барьерных варисторов на заготовку из низкоомной керамики вжигается электрод из специальных серебросодержащих паст, в контакте электрода и окиси цинка возникает потенциальный барьер, вольт-амперная характеристика которого обладает высокой нелинейностью (коэффициент нелинейности отдельных образцов 15-20 и выше). Рабочее напряжение поверхностно-барьерных варисторов имеют диапазон от долей вольта до нескольких вольт.

Варисторы объемного  типа изготавливаются из окиси цинка  с добавками окислов висмута, свинца, олова и др. Они могут быть созданы на широкий диапазон  классификационных напряжений- от нескольких десятков вольт до десятков киловольт при коэффициенте нелинейности 15-45 ( для отдельных образцов до 50-100). Повышенное удельное сопротивление исходного материала и хорошие нелинейные свойства этих варисторов обусловлены образованием высокоомных межкристаллических прослоек из некоторых окислов (например, висмута) , а так же обедненных слоев на поверхности зерен.

Оксидно-цинковым варисторам присущи большие  значения собственных емкостей. На частоте 500 кГц при нулевом напряжении смещения диэлектрическая проницаемость варистора объемного типа составляет 5*10²-10³, а удельная емкость поверхностно-барьерных варисторов 10⁷-10⁸ пФ/м². многие образцы варисторов обоих типов в области частот до 1МГц при повышенных плотностях тока обладают индуктивными свойствами, что в значительной степени связано с тепловыми эффектами в высокоомных межкристаллических прослойках.

Причина возникновения  нелинейности объемных поверхностно-барьерных оксидно-цинковых варисторов идентичны. Рассчитана по данным емкостным измерений напряженность поля в поверхностных барьерах находится в пределах 10⁷-10⁸ В/м. При таких сравнительно небольших полях нелинейность вольт-амперной характеристики обусловлена в значительной степени токами, ограниченными пространственным зарядом.

Оксидно-цинковые варисторы  объемного типа отличаются исключительно  высокой стабильностью при воздействии  импульсных нагрузок: при 10-кратном  разряде через них конденсатора емкостью 1мкФ, заряженного до 10 U_кл, классификационное напряжение, как правило, изменяется не более чем на 5%. Безотказность варисторов более чем на порядок превосходит безотказность кремневых стабилитронов, что делает варисторы весьма подходящими элементами для защиты различных приборов и устройств электротехнической аппаратуры от перегрузок по напряжению.

Оксидно-цинковые варисторы  типа СН2-1 выполнены в виде таблеток (диаметром 18мм и толщина 2-5мм) с проволочными выводами и покрыты эпоксидным компаундом. Вольт-амперные характеристики этих варисторов (классификационное напряжение изменялось при токе 1мА) представлены на рисунке 10,а. Вольт-амперные характеристики этих приборов на постоянном токе и в импульсном режиме (выше 5 А) даны на рисунке 10,б.

 

 

 

 

 

В широком диапазоне напряжений и токов на вольт-амперной характеристике варисторов можно выделить три характерных участка:

Первый - пологий участок до токов 0,01мА, на котором сопротивление варисторов изменяется незначительно;

Второй – крутой –  до 10 А, на котором коэффициент нелинейности β резко возрастает и находится в пределах 25-100, динамическое сопротивление составляет 2-5 Ом, а ТКU отрицателен и равен - 0,01% / ⁰С ( на полого участке это значение существенно больше и возрастает при снижении плотности тока);

Третий участок характеризуется нелинейностью β, примерно в 6-12 раз меньше, чем на втором участке.

Варисторы типа СН2-1 выдерживают  импульсные токи на порядок больше, чем кремневые стабилитроны тех  же габаритов. Например, при длительности импульса 100мкс через эти приборы можно пропускать токи до 100-300А без заметного изменения их электрических параметров.

Емкость рассматриваемых  варисторов при нулевом напряжении смещения и частоте 1кГц находится  в пределах  100-3000пФ, причем большие  значения характерны для низковольтных  варисторов.

Низкое динамическое сопротивление варисторов позволяет  создавать на их основе параметрическое  и компенсационные стабилизаторы, а так же применять их вместо стабилизаторов или карбидокремниевых варисторов.

 Варисторы типа ВР-2 предназначены для применения в транзисторных схемах зажигания автомобильных двигателей. Эти варисторы должны работать в интервале температур от -45 до +85⁰С. Классификационный ток варисторов 1мА. Основные параметры варисторов приведены в таблице 6.

 

Таблица 6

Тип	Классификационное напряжение, В	Коэффициент нелинейности
ВР1	68-220	22
ВР2	220-470	25
ВР3	6,8-10	3,2
ВР4	20-70	15

 

 Мощные варисторы,  выпускаемые в нашей стране, изготавливаются  также на основе оксидных полупроводниковых  материалов.

Варисторы типов СН-1 и СН-2 выполняется из керамического материала марки ЦТ-30Ф1 на основе окиси цинка в виде шайб толщиной 4,5 и 5мм и диаметром 50-20мм.

Варисторы типа СН-1 и  СН-2 предназначены для работы при  температуре окружающего воздуха  от -40 до +60 ⁰С и относительной влажности до 95% при 25⁰С. Основные параметры варисторов типов СН-1 и СН-2 приведены ниже в таблице.7: