2 Теория метода определения основных параметров варистора

Варисторы представляют собой нелинейные полупроводниковые сопротивления (резисторы). Они получили широкое практическое применение в технике: защита элементов маломощной и низковольт­ной аппаратуры от перенапряжений, стабилизация напряжения, преобразование частот, в счетно-решающих устройствах и др.

Область применения варистора определяется его свойствами и параметрами: вольт-амперной и температурной характеристиками, коэффициентом нелинейности р, температурным коэффициентом изменения тока δ, температурным коэффициентом сопротивления α и др.

1. Для низковольтных варисторов (от 3 до 200 В) в широком ин­тервале температур выражение для вольт-амперной характеристики (зависимости тока от напряжения) имеет следующий вид:

(2.1)

- где σ₀ — электропроводность в слабых полях;

b — постоянная не­линейности;

U — приложенное напряжение;

∆Е — средняя энер­гия активации материала варистора (ширина запретного барьера).

Для снятия вольт-амперной характеристики варистора на по­стоянном токе (рисунок 3) при различных температурах варистор по­мещают в термостат Т и, изменяя потенциометром R напряжение, подаваемое на варистор, находят зависимость тока от напряжения при различных температурах: 337 К, 367 К. Затем строят график зависимости I=f (U)_T=const и вычисляют:

Рисунок 3- Принципиальная схема для снятия статических вольт-амперных характеристик варистора

В — выпрямитель (350 В); R — реостат (5000 Ом); V — вольтметр (500В); mА — миллиам­перметр (авометр); U — варистор

статическое, сопротивление — сопротивление варистора постоян­ному току

(2.2)

динамическое сопротивление — сопротивление варистора изме­нению тока

(2.3)

2. Коэффициент нелинейности варистора — величина, показы­вающая, во сколько раз статическое сопротивление в одной и той же рабочей точке больше динамического сопротивления:

(2.4)

Если β=const в некотором интервале приложенных напряжений, то для вольт-амперной характеристики варистора можно написать уравнение, справедливое для узкого диапазона токов и напряжений:

I=AU^β (2.5)

где А — постоянная величина.

В этом случае коэффициент нелинейности

(2.6)

Мощность, рассеиваемая варистором, может быть определена из уравнений

P=CI^α+1

(2.7)

P=CU^β+1

где

С=А^-α, α=1/β (2.8)

Величина рабочего напряжения и тока варистора выбирается, исходя из допустимой мощности рассеяния и предельно допустимого значения амплитуды напряжения.

Для оценки влияния температуры окружающей среды на ха­рактеристики варистора пользуются температурным коэффициен­том изменения тока δ:

(2.9)

где I, ∆I, ∆T вычисляются по экспериментальным данным, полу­ченным при снятии статических вольт-амперных характеристик при различных температурах.

3. Исследования маломощных карбидокремниевых сопротивле­ний в достаточно широком диапазоне значений напряжения показали, что электропроводность их в зависимости от напряжения из­меняется по закону:

(3.0)

где σ₀ — электропроводность в слабых полях, b — постоянный коэффициент.

Для нахождения зависимости σ=f(U) или lnσ=f(√U)_T=const по экспериментальным данным, полученным при исследовании ста­тических вольт-амперных характеристик, вычисляют электропро­водность σ (σ=Il/US) при различных приложенных напряжениях к варистору.

Зависимость сопротивления и электропроводности полупровод­никового материала варистора от температуры выражается форму­лами

(3.1)

(3.2)

где

(3.3)

Для нахождения зависимости R=f(T) или σ=f(T), lnσ=f(1/T) по экспериментальным данным, полученным npи исследовании ста­тических вольт-амперных характеристик, вычисляют электропро­водность σ при различных температурах и малых, но одинаковых напряжениях, приложенных к варистору. Можно измерить R вари­стора методом моста при различных температурах, а затем вычис­лить σ.