Ограничительные диоды

Это кремниевые полупроводниковые устройства, служащие для одностороннего или двустороннего ограничения импульсов напряжения, обусловленных переходными процессами, разрядами статического электричества или наведенных электромагнитными импульсами. Время срабатывания ограничительных диодов единицы пикосекунд на обратной ветви вольт-амперной характеристики, единицы наносекунд на прямой ветви. Импульсные токи диодов до сотен ампер, входная емкость до сотен пикофарад. Напряжение ограничения— вольты, десятки и сотни вольт.

7. Вари́сторы

(англ. vari(able) (resi)stor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода.

Изготовливают варисторы спеканием при температуре около 1700°C полупроводника — преимущественно порошкообразного карбида кремния SiC или оксида цинка ZnO, и связующего вещества (глина, жидкое стекло, лаки, смолы и др.). Далее поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы.

Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы. Широкое распространение получили стержневые подстроечные варисторы с подвижным контактом.

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.

Один из основных параметров варистора — коэффициент нелинейности λ — определяется отношением его статического сопротивления R к динамическому сопротивлению R_d:

где U и I — напряжение и ток варистора.

Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO.

Температурный коэффициент сопротивления варистора — отрицательная величина.

Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.

Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.

Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение — изменение параметров со временем и при колебаниях температуры. В последние 5 лет появились на рынке так называемые «нестарящиеся» варисторы, имеющие по ряду параметров улучшение электрических свойств во времени под напряжением промышленной частоты.

У варисторов следующие достоинства:

– быстрая реакция на перенапряжение, исключающая выбросы;

– широкий диапазон градаций напряжений и токов;

– большие допустимые токи перегрузки — 1000 А и более;

– сравнительно низкие цены.

И следующие недостатки:

– значительный рост фиксируемого варистором напряжения Vcmax при увеличении тока. Пиковое значение фиксируемого варистором напряжения Vc в два раза больше номинального;

– деградация параметров по мере воздействия перегрузок по току и напряжению;

– высокое значение емкости (сотни пФ).