Условное обозначение варисторов.

В настоящее время промышленностью изготовляются варисторы согласно ГОСТ 13453-68, ГОСТ 17598-72. Маркировка варисторов состоит из букв и цифр.

первый элемент — буквы СН (сопротивление нелинейное),

второй элемент — цифра, обозначающая тип используемого материала (1 - карбид кремния);

третий элемент— цифра, обозначающая вид конструкции (1 - стержневые; 2 – дисковые,); четвертый элемент— число - номинальное напряжение (в вольтах);

пятый элемент— число - допускаемое отклонение от номинального напряжения (в процентах).

Применение варисторов.Варисторы подсоединяют параллельно нагрузке, и при броске входного напряжения основной ток помехи протекает через них, а не через аппаратуру. Таким образом, варисторы рассеивают энергию помехи в виде тепла. Так же, как и газоразрядник, варистор является элементом многократного действия, но значительно быстрее восстанавливает свое высокое сопротивление после снятия напряжения.

Достоинством варисторов, по сравнению с газрядниками, являются:

§ большее быстродействие;

§ безынерционное отслеживание перепадов напряжений;

§ широкий диапазон рабочих напряжений (от 12 до 1800 В);

§ длительный срок эксплуатации;

§ имеют более низкую стоимость.

Они применяются в промышленном оборудовании и приборах бытового назначения:

§ для защиты электронных приборов: тиристоров, транзисторов, диодов;

§ для электростатической защиты входов радиоаппаратуры;

§ для защиты от электромагнитных всплесков в мощных индуктивных элементах;

§ как элемент искрогашения в электромоторах и переключателях.

Типовое значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения составляет не более 25 не, но для защиты некоторых видов оборудования его может оказаться недостаточно (для электростатической защиты необходимо не более 1 не). Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов во всем мире направлено на повышение их быстродействия. Так, например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изготовлении варисторов многослойной структуры SIOV-CN и их SMD-исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монтажа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 не (при расположении таких элементов на печатной плате для получения указанного быстродействия уже необходимо минимизировать индуктивности внешних соединительных проводников). В дисковой конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время срабатывания увеличивается до нескольких наносекунд.

Малое время срабатывания, высокая надежность, отличные пиковые электрические характеристики в широком диапазоне рабочей температуры при малых размерах ставят многослойные варисторы на первое место при выборе элементов защиты от статических зарядов.

Например, в области производства сотовых телефонов многослойные варисторы можно считать уже стандартом в защите от статического электричества. CN-варисторы могут надежно защищать от статических разрядов: клавиатуры, разъемы для подключения факса и модема, соединители зарядных устройств, входы интегральных аналоговых микросхем, выводы микропроцессоров.

Для применения рабочее напряжение у варисторов выбирается исходя из допустимой энергии рассеяния и максимально допустимой амплитуды напряжения. Напряжение ограничения примерно равно квалификационному напряжению (Un) варистора. Для ориентировочных расчетов рекомендуется, чтобы на переменном напряжении оно не превышало Uвх <= 0,6Un, а на постоянном — Uвх < 0,85Un.

Для сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно устанавливают варисторы с классификационным напряжением не ниже 380...430 В. Для варистора с классификационным напряжением 430 В при импульсе тока 100 А напряжение будет ограничено на уровне около 600 В.

Для повышения рассеиваемой мощности варисторы можно включать последовательно (или параллельно, если подбирать их по идентичным параметрам). Размеры варисторов зависят от мощности, но так как такие элементы работают при импульсной перегрузке, чаще указывают рассеиваемую энергию в джоулях:

Максимально допустимое значение рассеиваемой энергии у примененного варистора должно превышать эту величину.

Так как перегрев варистора приводит к его повреждению, выпускаются такие элементы и с уникальными свойствами, например, имеющие температурную защиту — размыкающий механический контакт в защищаемой цепи, что значительно повышает надежность работы узла.

Суть его заключается в том, что отечественные производители выпускают компоненты по техническим параметрам не хуже, чем это делают за рубежом (правда, приобрести их радиолюбителю намного сложней — в продаже чаще можно встретить импортные).

В качестве основного недостатка варистора можно отметить его большую собственную емкость, которая вносится в цепь. В зависимости от конструкции, типа и номинального напряжения эта емкость может составлять от 80 до 30000 пФ. Впрочем, для некоторых применений большая емкость может быть и достоинством, например в фильтре, совмещающем в себе функцию ограничения напряжения (для таких применений можно заказать изготовление варисторов с повышенной емкостью). Вторым недостатком является меньшая максимальная допустимая рассеиваемая мощность по сравнению с разрядниками (для увеличения мощности рассеивания изготовители увеличивают размеры корпуса варистора).

Схемы включения.Для защиты оборудования от импульсных напряжений любого вида признано использование варисторов. Варисторы - это нелинейные резисторы , у которых сопротивление изменяется в зависимости от прикладываемого напряжения.. Они имеют двухстороннюю, симметричную вольт-амперную характеристику. За счет этого варисторы позволяют просто и эффективно решать задачи защиты различных устройств от импульсных напряжений. Принцип действия варистора прост. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор. При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безинерционен, то после гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление. Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но шунтирует помеховые импульсы.

Фоторезистор - полупроводниковый прибор, проводимость которого меняется под действием света.

В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Принцип роботы. При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости.

Рис. 2.12.. Включение фоторезистора в цепь постоянного тока

Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает, и через него течет световой ток, обусловленный формулой:

Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения (рис. 2.12.) и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток Іт :

где Е — ЭДС источника питания; R_T — величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением; R_H — сопротивление нагрузки.

Разность между световым и темновым током дает значение тока 1ф, получившего название первичного фототока проводимости

Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества, электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздывают во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора.

Конструкция.Основу фоторезистора составляет слой (или плёнка) полупроводникового материала на подложке (или без неё) с нанесёнными на него электродами, посредством которых фоторезистора подключается к электрической цепи. Фоторезистивный слой получается прессованием порошка или распылением водно-спиртовой суспензии полупроводникового материала непосредственно на поверхности подложки, химическим осаждением, эпитаксией, напылением. Полученные таким образом слои (плёнки) могут подвергаться отжигу. В зависимости от назначения фоторезисторы могут быть одно- и многоэлементные (мозаичные), с охлаждением и без, открытые и герметизированные, выполненные в виде отд. изделия или в составе интегральных схем. Для расширения функцией, возможностей фоторезистор дополняют фильтрами, линзами, растрами (оптическими модуляторами), предварительными усилителями (в микроминиатюрном исполнении), термостатами, подсветкой, системами охлаждения и др.

Рис. 2.13. Охлаждаемый фоторезистор: 1 - входное окно; 2 - фоточувствительный элемент; 3 - контактная колодка;4- предусилитель; 5 – теплоотвод;6- электрическиевыводы; 7-основание;8-терморезистор;9- термоэлектрический охладитель.

В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа A_lMB_v. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.