Varistor je druh polovodičového rezistoru s funkcí pojistky pro chráněný obvod. Princip činnosti varistoru je založen na prudkém a rychlém poklesu jeho elektrického odporu, když se napětí na kontaktech zvyšuje. To znamená paralelní způsob připojení zařízení k části obvodu, kterou je třeba obejít.
V normálním režimu je varistor neaktivní – je potřeba při špičkových napěťových rázech, které mohou poškodit chráněný obvod. Zvýšení potenciálového rozdílu vede k toku proudu přes varistor a přebytečná energie je zařízením uvolňována v tepelné formě. Navenek typický varistor vypadá jako tablet se dvěma anténními vodiči a je podobný kondenzátoru, liší se od něj použitým značením.
Základní parametry a značení varistorů
Tento typ polovodičových součástek je k dispozici ve dvou variantách. Nízkonapěťové varistory pracují při napětí v rozsahu od 3 do 200 voltů, používají se v domácím vybavení. Vysokonapěťové jsou schopné reagovat na napětí až 20 000 Voltů a používají se v průmyslu.
Označením zařízení můžete pochopit nejen jeho účel (a odlišit jej od kondenzátoru), ale také získat představu o hlavních charakteristikách.
Například varistor označený 20d421k má průměr 20 milimetrů, prahové otevírací napětí 420 voltů a písmeno k označuje přípustnou odchylku tohoto napětí rovnou 10 %. To znamená, že toto zařízení může pracovat již tehdy, když je na jeho kontakty (378 – 420) přivedeno napětí 42 voltů.
Na elektrických schématech je varistor označen zkratkou znrX, kde X je počet zařízení v daném úseku obvodu.
Kontrola varistoru – kontrola, ohmmetr a multimetr
Když je toto polovodičové zařízení spuštěno, uvolňuje se značné teplo a varistor může shořet. K tomu dochází, když je špičkové napětí vysoké, když je aplikováno po dlouhou dobu, nebo když dojde ke kombinaci obou faktorů.
Existuje několik způsobů, jak zkontrolovat další výkon varistoru:
- Vizuální kontrola. Nemělo by být odmítnuto, protože mnoho moderních obvodů je pevně zabaleno a narušení integrity vnějšího pláště zařízení lze snadno přehlédnout. Případné praskliny, bobtnání nebo ztmavnutí na tělese varistoru svědčí o jeho selhání.
- Vytočte pomocí multimetru. Spolehlivě zkontrolovat funkčnost varistoru multimetrem přímo na desce nelze – budete muset připájet alespoň jeden kontakt. Důležité je měřit v obou směrech vzájemnou záměnou sond. Volič režimu multimetru musí být nastaven na buňku „kontrola diody“, vedle ní je obvykle symbol diody a ikona akustické indikace. Celý varistor díky svému výraznému odporu nezvoní.
- Měření ohmmetrem nebo megaohmmetrem. Ohmmetr by měl být nastaven na maximální hodnotu; u většiny domácích spotřebičů je to 2 megaohmy. Na stupnici mohou být označeny jako 2000K nebo 2M. Teoreticky by měl být naměřený odpor nekonečný, v praxi může ohmmetr ukázat hodnotu odporu pracovního varistoru 1,5. 2 MegaOhm. Pokud testujete varistor megohmetrem, je důležité nastavit správnou hodnotu napětí na jeho svorkách. U výkonných měřicích přístrojů může být vyšší než prahové napětí pro otevření varistoru. Jednoduše řečeno, během testovacího procesu může dojít k spálení polovodičové pojistky.
V praxi není použití multimetru k diagnostice zdraví varistorů tak běžné, protože ve většině případů postačí externí vyšetření. Při výměně spálené pojistky byste měli věnovat pozornost technickým vlastnostem jejího předchůdce, jinak nový varistor selže mnohem rychleji nebo nebude vykonávat svou bočníkovou funkci a poškodí celou elektronickou jednotku.
Existuje mnoho zařízení, která lze použít k ochraně citlivých elektronických obvodů a zařízení, která jsou součástí radioelektronického obvodu, před vysokonapěťovými přechodovými jevy a napěťovými rázy. Jedním z takových účinných prostředků je varistor, což je dvoupólová polovodičová součástka se symetrickou nelineární charakteristikou proudu a napětí (VC).
Konstrukce, vlastnosti a princip činnosti varistoru
Tento rádiový prvek, používaný ve stejnosměrných a střídavých sítích, chrání elektroniku stabilizací napětí. Hlavním rysem je, že odpor zařízení zcela závisí na napětí v obvodu a automaticky se mění. To znamená, že pokud se napětí zvýší, varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého stavu. Tento princip činnosti varistoru umožňuje, aby byl charakterizován jako nelineární nebo proměnný rezistor.
Když dojde k přepětí, které ohrožuje citlivou elektroniku, varistor téměř okamžitě změní svůj odpor ze stovek megaohmů na desítky ohmů, čímž obvod dokončí. Vzhledem k tomu, že zařízení je prvek bez setrvačnosti, je schopen okamžitě obnovit své vlastnosti, což poskytuje účinnou ochranu proti impulsním emisím. Pojistka je zpravidla umístěna v páru s nelineárním rezistorem, který se při napěťovém rázu spálí a přeruší obvod.
Existují 2 hlavní typy varistorů:
- nízkonapěťové – určené pro provozní napětí od 3 do 200 V (slouží k ochraně rádiových součástek v nízkonapěťových obvodech);
- vysokonapěťové – pracují v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používají se k ochraně elektrických sítí a instalací).
Konstrukce varistoru není složitá, protože zařízení je vyrobeno slinováním oxidu zinečnatého nebo karbidu křemíku s přídavkem pojiv. Po tepelném zpracování je povrch vzniklého podkladu potažen kovem (většinou ve formě dvou kotoučů), ke kterému jsou připájeny kovové vývody (pocínovaná měď). Na vršek konstrukce je naneseno dielektrikum ve formě keramického nebo epoxidového pláště.
Hlavní vlastnosti a parametry varistorů:
- maximální přípustné napětí je od několika voltů do několika desítek kilovoltů;
- doba odezvy – měřená v nanosekundách;
- maximální absorpční energie – měřeno v joulech;
- kapacita – závisí na použitém napětí;
- klasifikační napětí je obvykle 1 mA;
- maximální pulzní proud – měřeno v Ampérech;
- přípustná odchylka – udává se v procentech.
Varistorové značení a aplikace
Na těle každého takového zařízení jsou aplikována čísla a písmena, která nesou informace o vlastnostech rádiového prvku: přípustná odchylka, tvarový faktor (disk nebo tyč), maximální přípustné napětí, průměr, typ zařízení (oxid kovu nebo oxid zinečnatý ). Je třeba zvážit možné rozdíly v úrovních napětí a proudu, protože každý výrobce má právo nastavit označení nezávisle.
Široké použití varistorů je způsobeno jejich účinností a dostupností, širokým rozsahem napětí, snadnou konstrukcí, dlouhou životností a schopností sledovat poklesy napětí. Mezi nevýhody patří nízkofrekvenční šum, ztráta vlastností v čase, velká kapacita a závislost proudově-napěťové charakteristiky na teplotě.
Tyto komponenty lze nalézt téměř v každém segmentu elektroniky:
- telekomunikační zařízení – modemy a routery, DECT telefony, účastnická zařízení a síťové karty;
- nízkonapěťová zařízení a jednodeskové přístroje – počítače, ovladače a měřicí přístroje, lékařská technika, dálkové senzory a rozhraní;
- elektrické sítě a přepěťové ochrany – spotřební elektronika, automaty a průmyslové zdroje, LED drivery, napájecí zdroje a UPS, dále přepěťové ochrany a elektroměry;
- automobilová elektronika – serva a ovladače, ABS, řídicí jednotky a datové sběrnice;
- vysoce výkonná průmyslová zařízení – čerpadla, kompresory a motory, solenoidy a výkonová relé, roboty, stejně jako ovladače a výkonné napájecí zdroje.
Kontrola prvku
Když víte, jak varistor funguje, můžete snadno zkontrolovat jeho provozuschopnost. Existují tři způsoby, jak zkontrolovat tuto součást. První z nich je nejjednodušší, protože se jedná o vizuální kontrolu (praskliny, stopy tání nebo bobtnání budou okamžitě patrné). Pokud je zařízení zaprášené, doporučuje se jej od prachu očistit. Druhá metoda bude vyžadovat přítomnost a zkušenost s prací s multimetrem, který by měl vykazovat odpor blíže k nekonečnu. Třetí způsob bude vyžadovat zazvonění obvodu, což bude vyžadovat odpájení jedné z nohou nelineárního odporu (pracovní varistor nedovolí průchod proudu). V případech, kdy jsou značky na tělese varistoru vymazány, pomůže megger.
Tipy pro výběr
Popis varistoru na webu vám pomůže vybrat optimální typ zařízení pro ochranu elektrického zařízení před přetížením. K tomu byste měli znát takové parametry, jako je výkon impulsů generovaných při přepínání, stejně jako hodnota odporu zdroje na vstupu. Pro účinnou ochranu se doporučuje zvolit zařízení s napětím, které má malou rezervu vůči jmenovitému.
Přestože je doba odezvy varistoru vynikající hodnotou, v některých případech je nedostatečná. Alternativně je zde SMD odporová technologie, jejíž doba odezvy se pohybuje od 0,5 nanosekundy a výše.
