Компоненты электронной техники (стр. 5 из 11)
Тип проводимости и окраска зависят также от вида примеси. Электронная проводимость и зелёная окраска получаются от примеси элементов пятой группы: N, P, As, Sb, Bi. Дырочную проводимость дают примеси второй - Ca, Mg и третьей – Al, B, Ga, In группы, окрашивая основной материал в голубой или фиолетовый цвет. Изготавливают варисторы по керамической технологии: карбид кремния измельчают в порошок, просеивают на фракции, смешивают со связкой (до 10% связки) и из этой массы прессовкой получают образцы в виде цилиндров, дисков или пластин; затем следует термическая обработка, нанесение электродов и остальные операции, типичные для производства полупроводниковых приборов.
Маркировка варисторов расшифровывается следующим образом:
· СН – сопротивление нелинейное;
· первая цифра обозначает материал (1 – карбид кремния, 2 – селен);
· вторая цифра – тип конструкции (1, 8 – стержневой, 2, 6, 7, 10 – дисковый, 3 – микромодульный);
· третья – порядковый номер разработки;
· далее указывается классификационное напряжение в вольтах и его допустимый разброс в процентах.
Например: СН1-1-1-820
10%. Расшифровка: сопротивление нелинейное из карбида кремния стержневого типа первой разработки, рассчитанное на работу при классификационном напряжении 820 В с разбросом 10%. 
Рисунок 1. – Структура рабочего тела варистора: 1-электроды; 2-зёрна карбида кремния, 3-связующий материал
Рабочая область варистора (рис. 1) состоит из поликристаллов карбида кремния или другого полупроводника, разделённых диэлектрической связкой. Под действием приложенного напряжения в локальных местах соприкосновения отдельных зёрен карбида кремния или в оксидных плёнках на поверхности зёрен развиваются тепловые эффекты или эффекты сильного поля (лавинный или туннельный пробой). При увеличении плотности тока и выделяемой мощности возможен переход эффектов сильного поля в тепловые. Из–за нерегулярности площадей и сопротивлений контактов зерен, варистор обладает нелинейной и, практически, симметричной ВАХ (рис. 2).
Рисунок 2. – Вольт - амперные характеристики варисторов: 1 - СН1-2-1-56
20; 2 - …82 20%; 3 - …120 10%; 4 - …180 10%; 5 - …270 10%Основное назначение варисторов – защита элементов электрических цепей постоянного, переменного и импульсного токов от перенапряжений; защита контактов реле разрушения и обмоток от пробоя. Варисторы применяют также для регулировки и стабилизации различных цепей и блоков РЭА, для улучшения их помехоустойчивости и ряда других важных функций.
Рассмотрим некоторые простые примеры практического применения варисторов. На рисунке 3 показана схема стабилизатора выходного напряжения и его выходная характеристика. Известно, что коэффициент стабилизации прямо пропорционален коэффициенту нелинейности ВАХ варистора. В частности, при
: 
а при
: 
где RСТ - статическое сопротивление варистора, β - коэффициент ВАХ нелинейности варистора.
Рисунок 3. – а) схема стабилизации напряжения; б) его внешняя характеристика: R – линейный резистор, В1 – варистор, RН – сопротивление нагрузки
Таким образом, для получения лучшей стабилизации нужно выбрать варистор с максимальным коэффициентом нелинейности в рабочей точке ВАХ.
Выходное напряжение может изменяться при изменении сопротивления нагрузки. При этом коэффициент стабилизации:
где ∆RН, ∆UВЫХ - приращения сопротивления соответственно нагрузки и выходного напряжения. Если, ∆RН / RН =0,3, R / RСТ =2, то КСТ =5,8 при. b=4.
Если вместо линейного резистора R включить второй варистор с коэффициентом нелинейности b2 = b1 = 4, то при ∆RН / RН =0,3 и RС2 / RС1 = 2 коэффициент КСТ = 7,4. При этом внешняя характеристика стабилизатора будет такой, как показано на рис. 1.4.
Специальным выбором режима работы стабилизатора можно получить и большие значения КСТ.
Здесь через RС обозначено статическое сопротивление варистора. Другой пример – включение варистора в схему с индуктивными элементами (рис. 5).
Рисунок 4. – Внешняя характеристика при замене линейного сопротивления варистором
Специальным выбором режима работы стабилизатора можно получить и большие значения КСТ.
Здесь через RС обозначено статическое сопротивление варистора. Другой пример – включение варистора в схему с индуктивными элементами (рис. 5).
Рисунок 5. – Схема включения варистора для искрогашения
Здесь варистор играет роль нелинейного шунта, имеющего большое сопротивление при низком напряжении и малое при всплесках. При включённой кнопке ККН напряжение на варисторе равно U, его сопротивление больше активного сопротивления RL катушки индуктивности и ток через варистор очень мал. В момент размыкания цепи возникает ЭДС самоиндукции и всплеск напряжения, сопротивление варистора резко уменьшается и ток самоиндукции замыкается на варистор. В противном случае в разрыве контактов возникла бы искра, и при многократных разрывах контакты подгорали бы.
Кроме варисторов, в качестве резисторов, управляемых электрическим полем, применяются полупроводниковые приборы с p – n переходом и МДП-структуры.
1.1 Параметры и характеристики варисторов
Статическое и динамическое сопротивление.
На линейном участке ВАХ или в заданной рабочей точке С (см. рис. 2) сопротивление варистора определяется как статическое:
.На линейном участке сопротивление изменяется при различных напряжениях и определяется как динамическое (дифференциальное):
.Практически при известной ВАХ величина RД определяется по углу φ касательной, проведённой через соответствующую точку:
,где к – масштабный коэффициент пересчёта единиц измерений, В/А
Коэффициент нелинейности ВАХ.
Нелинейность ВАХ в заданной точке С (рис 4) определяется отношением статического и динамического сопротивлений:
,или графически
.На линейном участке коэффициент нелинейности β=1. В расчётах используется также обратная величина – показатель нелинейности:
.Коэффициент нелинейности может быть рассчитан также по двум измеренным значениям тока I1, I2.
При соответствующих напряжениях:
.Коэффициент нелинейности большинства промышленных варисторов в пределах ВАХ имеет значения 1…5.
Вольт – амперная характеристика.
ВАХ варисторов в параметрической форме для расчетов, как правило, не пригодна из – за многих неизвестных величин. Поэтому на практике пользуются узким диапазоном напряжений, в котором коэффициент нелинейности β≈const. В этом случае ВАХ соответствует уравнению:
,где коэффициент А – зависит от температуры и особенностей структуры варистора (количества зёрен карбида кремния, площади контактов зёрен), а статическое сопротивление выражается как функция тока или напряжения:
, 
.Асимметрия токов.
Это отношение
где I1 и I2 – токи через варистор при различной полярности приложенного напряжения. Желательно, чтобы асимметрия была минимальной.
Температурный коэффициент тока – это отношение: