Rezistor je elektronická součástka, jejíž hlavní charakteristikou je odpor. Rezistory mohou být pevné nebo proměnné (ručně ovládané) a existují i součástky, jejichž odpor závisí na vnějších faktorech (teplota, světlo atd.). Jedním z těchto prvků je varistor (Variable Resistor) – jeho vlastnosti závisí na přiloženém napětí.
Proč potřebujete varistor, kde se používá?
Princip fungování tohoto zařízení je jednoduchý. Je-li na něj aplikováno napětí nepřesahující určitou prahovou hodnotu, jeho odpor je vysoký, proud skrz něj je určen úniky a pohybuje se v řádu jednotek nebo desítek mikroampérů. Jak se přiložené napětí zvyšuje, varistor se otevře a začne vést proud. Tato část charakteristiky je téměř lineární a je podobná rezistoru s nízkým odporem. Pokud se napětí dále zvyšuje, proud se zvýší a nakonec prvek selže.
Varistor pracuje s libovolnou polaritou napětí, takže po pečlivém zkoumání je jeho charakteristika proudového napětí podobná charakteristikám proudového napětí dvouanodové zenerovy diody. To znamená, že napěťově řízený rezistor funguje podobně – nad určitou úrovní stabilizuje napětí na svorkách. To lze použít pro ochranu proti přepětí. Proudově-napěťová charakteristika zařízení je symetrická, takže pracuje při stejnosměrném i střídavém napětí.
Charakteristika a celkové rozměry
Jednou z nejdůležitějších charakteristik, která je uvedena nejen v technické dokumentaci, ale také zahrnuta v označení a aplikována na tělo prvku, je klasifikační napětí. Obecně se má za to, že tato hodnota je podmíněná a není praktického charakteru. To je špatně.
Varistorová charakteristika v ochranné zóně (stabilizační zóně) má sklon a proud přes ni závisí na použitém napětí – tím vyšší je napětí. Při určitém napětí (které se nazývá otevírací napětí při konstantním proudu) se varistor začne otevírat, ale děje se tak postupně. Jak se otevírá, proud se zvyšuje. Předpokládá se, že když dosáhne úrovně 1 mA, zařízení se zcela otevřelo, vstoupilo do lineární části charakteristiky a začalo plnit svou ochrannou funkci.
Vzhledem k tomu, že se v obvodech střídavého proudu často používají varistory, je vypínací napětí vyjádřeno jako efektivní (efektivní) hodnota napětí – častěji se používá jako charakteristika střídavého napětí. Tento parametr je přibližně 1,4krát menší než otevírací napětí při konstantním proudu.
Důležitými charakteristikami jsou také maximální výkon P (ve wattech) a absorbovaná energie W (v joulech). První parametr je intuitivní – jedná se o výkon, který je zařízení schopno rozptýlit v otevřeném stavu. A absorbovaná energie charakterizuje dobu, po kterou prvek vydrží maximální výkon. Tato doba se vypočítá jako t=W/P. Množství absorbované energie je dáno velikostí zařízení, takže pokud máte zkušenosti, můžete tuto charakteristiku poměrně přesně určit okem (například podle průměru u komponent diskového typu)
Maximální provozní napětí je mez, nad kterou prvek selže. Parametry běžných varistorů jsou uvedeny v tabulce.
Uwork, efektivní hodnota efektivní hodnoty,
Absorbovaná energie, J / maximální výkon, W. rozměry, mm x mm/
Typy, značení a označení na schématu
Nejběžnější varistory jsou diskového tvaru (podobně jako kondenzátory). Existují však zařízení, která vypadají podobně jako obyčejný odpor – takový je například domácí prvek CH1-1.
Neexistují jednotné požadavky na prvky značení, ale následující formulář se stal definitivním standardem:
AAAZZXXY, kde:
- AAA – tři písmena definující kód produktu;
- ZZ – průměr kotouče v mm (nebo rozměry pro jiné provedení).
- XX– mantisa klasifikačního napětí;
- Y – desetinný násobitel klasifikačního napětí (ve většině případů 0 nebo 1, což znamená, že ZZ musí být vynásobeno 1 nebo 10.
Například pro prvek TVR 10471 může dekódování určit, že:
- Zařízení patří do řady TVR – Thinking Varistor Resistance;
- jedná se o kotouč o průměru 10 mm;
- aplikované napětí 47×10=470 voltů způsobí proud 1 mA.
Někteří výrobci zkracují označení bez uvedení kódu produktu (například 14N431K) nebo přidávají další indexy pro označení řady prvku (písmena D a K pro zařízení 14D471K). Můžete se také podívat na zjednodušenou verzi značení varistorů. Takže prvek JVR10N431 může být označen jako S10K275 nebo jednoduše K275. Písmeno K znamená třídu přesnosti (10 %) a 275 je efektivní provozní napětí. Pro praktické účely je tato možnost pohodlnější.
Ve schématu je tato elektronická součástka označena obdélníkovým symbolem, podobným běžnému grafickému označení rezistoru, ale s diagonální čarou označující proměnnou hodnotu (podobně jako u termistorů apod.). Takové UGO nutně obsahuje písmeno U – znamení, že odpor prvku závisí na použitém napětí. To je nezbytné pro odlišení varistoru od jiných typů rezistorů, jejichž odpor je určen vnějším vlivem.
K symbolu odporu je přidán stylizovaný obrázek proudově-napěťové charakteristiky ochranného prvku. Toto označení platí pouze pro varistory, proto se zde písmeno U nepoužívá.
Varistory mají na schématu (a na desce) index RU nebo RV (pokud jich je více, pak RV1, RV2 atd.). V zahraničních publikacích jsou na diagramu označení s indexy MOV, ZNR atp.
Princip činnosti varistorové ochrany a její připojovací obvody
Ve většině případů je v ochranných obvodech varistor zapojen paralelně se zátěží – vstupní obvody napájecího zdroje, diodový můstek atd. Typickým příkladem je počítačový zdroj. V něm je před vstupní filtr instalován varistor. Když napětí stoupne nad spouštěcí bod, prvek se otevře a „odřízne“ přebytečnou úroveň.
Dobrým obvodovým řešením je zařadit za pojistku ochranný prvek. Při nebezpečných napěťových rázech nemusí proudový odběr stoupnout na úroveň, kterou přepálí pojistka. Pokud nainstalujete varistor za pojistkovou vložku, pak po jeho provozu proud prudce vzroste. To napomáhá rychlejšímu vyhoření pojistky, což slouží jako dodatečná ochrana napájecího zdroje.
Existují další schémata pro zapnutí ochranného prvku. Kromě nejběžnější možnosti A lze ochranu zapnout podle schématu B – v tomto případě budou další prvky chránit obvod, když dojde k přepětí ve vztahu k zemi. Inkluze se také používá:
- podle schématu B – k ochraně tranzistoru před přepětím při spínání indukční zátěže;
- podle schématu D – k ochraně kontaktů relé v obvodu řízení motoru nebo jiné indukční zátěže, kde jsou možné nebezpečné napěťové rázy.
Varistor má i jiná použití, ale ta jsou méně častá.
Ochranné obvody proti zkratu a přetížení v napájecím zdroji
Kontrola varistoru
Funkčnost varistoru můžete zkontrolovat pomocí multimetru pouze na zkrat („slinování“). Pokud během diagnostiky ohmmetr vykazuje vysoký odpor, může to znamenat buď prasknutí uvnitř prvku, nebo jeho úplnou provozuschopnost. Zkušební napětí multimetru nemůže přivést varistor do I-V charakteristiky stabilizace.
Taková kontrola (na nepřítomnost zkratu) stačí k tomu, aby elektronický obvod zůstal funkční. Přítomnost ochrany proti vrhům však není zaručena.
Chcete-li zkontrolovat varistor v plném rozsahu, musíte jej zkusit otevřít. Chcete-li to provést, musíte na něj přivést příslušné napětí, což není tak jednoduché – překračuje napětí sítě a někdy výrazně. Je potřeba nastavitelný zdroj boost napětí a obvyklý LATR, jak se ukázalo v důsledku experimentů, nebude fungovat. Je schopen dodat ne více než 265-270 voltů, což nestačí ke spolehlivému otevření varistoru.
Pro získání zvýšeného střídavého napětí byl stojan sestaven podle následujícího schématu (jsou možné i jiné možnosti).
LED lampa určená pro síťové napětí je zapojena do série s testovanými prvky. K obvodu je také sériově zapojen obvod pro zvýšení napětí. Skládá se z primárního vinutí transformátoru 12/220 V. Sekundární vinutí je napájeno síťovým napětím z regulovatelného autotransformátoru, zatímco na primáru se vlivem zpětné transformace objevuje zvýšené napětí. Síťové napětí se tak přidá k zesilovači napětí a je možné získat úroveň až 500 voltů. Při prvním připojení k síti je LATR uveden na minimum, napětí na řetězu varistor-lampa se rovná napětí sítě, což nestačí ke spuštění ochranného prvku.
Když se zvýšilo napětí z LATR, bylo možné otevřít varistor a rozsvítit lampu. Současně se ukázalo, že varistor je asi 500 voltů. Zařízení se samozřejmě začalo otevírat dříve a na této úrovni již proud skrz něj dosáhl prahu zapálení žárovky. Ale cíle – prověřit funkčnost – bylo dosaženo.
Zesilovač napětí se musí zvyšovat postupně. Při rozsvícení lampy je nutné okamžitě zastavit zvyšování, jinak může dojít k poškození lampy.
Použití varistoru se neomezuje pouze na ochranné funkce. Mohou být použity ke generování signálů, k provádění výpočtů v analogových počítačích atd. Nejčastěji se však tyto komponenty používají jako tlumiče přepětí, v této oblasti se používají velmi široce.
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.
Varistory jsou mezi radioamatéry velmi oblíbené. Používají se téměř ve všech elektronických zařízeních a umožňují některá zařízení vylepšit. Chcete-li jej použít v obvodech, měli byste pochopit princip fungování varistoru a znát jeho hlavní vlastnosti. Navíc, jako každá součást, má své výhody a nevýhody, které je třeba vzít v úvahu při konstrukci a výpočtu elektrických obvodů.
Varistor je polovodičový rezistor, který snižuje svůj odpor s rostoucím napětím. Konvenční grafický symbol (UGO) je uveden na obrázku 1, který znázorňuje závislost odporu rádiové součástky na hodnotě napětí. V diagramech je označen znr. Je-li jich více, pak je označen v následujícím tvaru: znr1, znr2 atd.
Mnoho začínajících radioamatérů si plete proměnný rezistor a varistor. Princip činnosti, hlavní charakteristiky a parametry tohoto prvku se liší od proměnného odporu. Navíc častou chybou při sestavování schémat elektrických obvodů je nesprávné UGO. Varistor vypadá jako kondenzátor a je rozpoznán pouze podle jeho označení.
Polovodičové rezistory se klasifikují podle napětí, protože na tom závisí jejich rozsah použití. Existují pouze 2 typy:
- Vysoké napětí s provozním napětím do 20 kV.
- Nízké napětí, jehož napětí je v rozsahu od 3 do 200 V.
Všechny se používají k ochraně obvodů před přetížením: první – k ochraně elektrických sítí, elektrických strojů a instalací; druhé slouží k ochraně rádiových součástek v nízkonapěťových obvodech. Princip činnosti varistorů je stejný a nezávisí na jejich typu. V počátečním stavu má vysoký odpor, ale při překročení jmenovité hodnoty napětí klesá. V důsledku toho se podle Ohmova zákona pro úsek obvodu hodnota proudu zvyšuje se snižující se hodnotou odporu. Varistor pracuje v režimu Zenerovy diody. Při návrhu zařízení a pro jeho správnou funkci je třeba zohlednit kapacitu varistoru, jejíž hodnota je přímo úměrná ploše a nepřímo úměrná jeho tloušťce.
Abyste správně vybrali prvek pro ochranu proti přetížení v napájecích obvodech zařízení, měli byste znát hodnotu odporu zdroje na vstupu a také sílu impulzů generovaných během spínání. Maximální hodnota proudu procházejícího varistorem určuje dobu trvání a periodu opakování rázů hodnot amplitudového napětí.
Označení varistorů je odlišné, protože každý výrobce těchto rádiových komponent má právo je instalovat samostatně. Je to dáno především jeho technickými vlastnostmi. Například rozdíly v napětí a požadovaných úrovních proudu pro jeho provoz.
Mezi domácími je nejběžnější K275 a mezi dováženými – 7n471k, 14d471k, kl472m a ac472m. Nejoblíbenější je varistor, jehož označení je CNR (existují také hel, vdr, jvr). Kromě toho je k němu připojen alfanumerický index 14d471k a tento typ označení se dekóduje následovně: - CNR – typ oxidu kovu.
- 14 – průměr zařízení rovný 14 mm.
- D je radiová součást ve tvaru disku.
- 471 je maximální hodnota napětí, pro kterou je navržen.
- K je přípustná odchylka klasifikačního napětí rovna 10 %.
Pro aplikaci v obvodu jsou vyžadovány technické specifikace. Je to proto, že k ochraně různých prvků obvodu musí být použity různé typy polovodičového odporu.
Jejich hlavní vlastnosti: - Klasifikační napětí je hodnota rozdílu potenciálu, bere se v úvahu, že varistorem protéká proud 1 mA.
- Maximální hodnota střídavého napětí je efektivní hodnota, při které se otevírá, a proto klesá hodnota jeho odporu.
- Konstantní maximální hodnota napětí, při které se varistor otevírá ve stejnosměrném obvodu. Pro proud s proměnnou amplitudou je zpravidla větší než předchozí parametr.
- Dovolené napětí (mezní napětí) je hodnota, nad kterou prvek selže. Udává se pro konkrétní aktuální hodnotu.
- Maximální absorbovaná energie se měří v J (joule). Tato charakteristika ukazuje množství pulzní energie, kterou může varistor rozptýlit a neselhat.
- Doba odezvy (jednotka – nanosekundy, ns) – hodnota potřebná k přechodu z jednoho stavu do druhého, tedy ke změně hodnoty odporu z vysoké hodnoty na nízkou hodnotu.
- Chyba klasifikačního napětí je odchylka od jeho jmenovité hodnoty v obou směrech, která se udává v % (u importovaných modelů: K = 10 %, L = 15 %, M = 20 % a P = 25 %).
Varistory se používají k ochraně elektronických zařízení před přepětím, jehož amplituda překračuje jmenovitý napájecí zdroj. Díky použití polovodičového rezistoru v napájecích zdrojích je možné vyhnout se mnoha poruchám, které mohou poškodit elektroniku. Varistory jsou také široce používány v předřadných obvodech, které se používají v osvětlovacích prvcích.
Některé stabilizátory napětí a proudu také používají specializované polovodičové rezistory a varistory-vybíječe s napětím vyšším než 20 kV se používají ke stabilizaci napájení v elektrických vedeních. Lze je také připojit k schématu zapojení (schéma 1), čímž je chrání před přetížením a nepřijatelnými hodnotami amplitudy proudu a napětí. Při přetížení vedení se zahřívá, což může vést k požáru.
Schéma 1 – Připojení varistoru pro síť 220V.
Nízkonapěťové varistory pracují v rozsahu napětí od 3 V do 200 V s proudem od 0,1 do 1 A. Používají se v různých zařízeních a instalují se především na vstup nebo výstup napájecího zdroje. Jejich doba odezvy je menší než 25 ns, tato hodnota však pro některá zařízení nestačí a v tomto případě jsou použity přídavné ochranné obvody.
Technologie jejich výroby však nestojí, protože společnost S+M Ercos vytvořila rádiový prvek s dobou odezvy menší než 0,5 ns. Tento polovodičový rezistor je vyroben technologií SMD. Konstrukce diskového typu mají vyšší dobu odezvy. Vícevrstvé varistory (CN) jsou spolehlivou ochranou proti statické elektřině, která může poškodit různou elektroniku. Příkladem použití je výroba mobilních telefonů, které jsou náchylné na statický výboj. Tento typ varistorů je také široce používán v oblasti výpočetní techniky a také ve vysoce citlivých zařízeních.
VÝHODY A NEVÝHODY
Abyste mohli používat varistor, měli byste se seznámit s jeho pozitivními a negativními stránkami, protože na něm závisí ochrana elektroniky. Za pozitivní vlastnosti je třeba považovat následující:
- Vysoká doba odezvy.
- Sledování rozdílů metodou bez setrvačnosti.
- Široký rozsah napětí: od 12 V do 1,8 kV.
- Dlouhá životnost.
- Nízká cena.
Kromě svých výhod má varistor i závažné nevýhody, které je třeba vzít v úvahu při vývoji jakéhokoli zařízení. Patří mezi ně: - Velká kapacita.
- Neztrácejte energii při maximálním napětí.
Kapacita polovodičové součástky se pohybuje od 70 do 3200 pF a proto výrazně ovlivňuje výkon obvodu. Tato hodnota závisí na konstrukci a typu zařízení a také na napětí. V některých případech je však tato nevýhoda výhodou při použití ve filtrech. Hodnota větší kapacity omezuje hodnotu napětí.
Při maximálních hodnotách napětí by měly být použity varistory-vybíječe k rozptýlení energie, protože běžné polovodičové zařízení se přehřeje a selže. Každý radioamatér by měl znát algoritmus pro kontrolu varistoru, protože při kontaktování servisních středisek existuje možnost zaplatit více za opravy, než ve skutečnosti stojí.
KONTROLA PROVOZUPLNOSTI
Pro řešení problémů potřebujete schéma zapojení zařízení. Viz například schéma 2, které používá varistor. Bude se zde uvažovat pouze o poruše polovodičového rezistoru. Hlavní fází řešení problémů je příprava pracoviště a nástrojů, což vám umožní soustředit se na provádění oprav a provádět je efektivně. Pro opravy budou potřebné následující nástroje: - Šroubovák.
- Kartáč, který je potřeba k čištění desky od prachu. Čištění by mělo být prováděno pravidelně, protože je vodičem elektřiny. V důsledku toho může dojít k selhání určitého prvku obvodu nebo zkratu.
- Páječka, cín a kalafuna.
- Multimetr pro diagnostiku rádiových komponent.
- Zvětšovací sklo pro zobrazení značek.
Najděte varistor a proveďte jeho vizuální kontrolu. Tělo musí být neporušené a bez prasklin. Pokud je zjištěno porušení integrity pouzdra, musí být odpájeno a nahrazeno stejným nebo vybrat analog. Je třeba poznamenat, že na polaritě připojení varistoru k obvodu nezáleží. Pokud není zjištěno žádné mechanické poškození, měli byste přistoupit k jeho diagnostice, která se provádí dvěma způsoby: - Měření odporu.
- Odstraňování poruch na základě technických vlastností prvku.
V prvním případě je díl odpájen z desky a pomocí multimetru je změřena jeho hodnota odporu. Přepínač je umístěn v poloze maximálního rozsahu měření (stačí 2 MOhm). Při měření byste se neměli dotýkat varistoru rukama, protože zařízení ukazuje odpor těla. Pokud multimetr ukazuje vysoké hodnoty, pak rádiová součást funguje, ale pokud se hodnoty liší, měla by být vyměněna. Po výměně byste měli znovu sestavit kryt a zapnout přepěťovou ochranu.
Existuje další způsob, jak identifikovat vadný varistor, na základě analýzy charakteristik prvku. Zpravidla se používá, když měření hodnoty odporu nedává potřebné výsledky. Chcete-li to provést, měli byste se podívat na technické vlastnosti varistoru, podle kterých můžete identifikovat jeho poruchu.
Měli byste zkontrolovat proud, při kterém pracuje, protože může být nižší, než je požadováno. V tomto případě to nebude fungovat. Musíte také zkontrolovat napětí, pro které je určeno. Pokud jsou z nějakého důvodu tyto indikátory menší než přijatelné, pak se polovodičový odpor neotevře.
Varistor je tedy široce používán v různých zařízeních pro ochranu proti přepětí a napájecích zdrojích, stejně jako u statické elektřiny. Moderní technologie umožňují získat nízké doby odezvy, díky čemuž se rozšiřuje rozsah použití tohoto rádiového prvku.
