Mikä on metallioksidivaristori?
Termi 'varistor' on lyhyt muoto muuttuvasta vastuksesta. Siksi vastusten arvot voivat muuttua ulkoisten olosuhteiden mukaan.
Metallioksidivaristorit ovat jännitteestä riippuvia vastuksia, joiden resistanssi laskee jännitteen kasvaessa niiden yli. Varistori muodostuu kahdesta sanasta: muuttuja ja vastus. Tämän tyyppisiä muuttuvia vastuksia ei kuitenkaan voi muuttaa manuaalisesti. Varistorit muuttavat resistanssiaan automaattisesti jännitteen noustessa.
Metallioksidivaristoreiden rakentaminen
Varistorit koostuvat kahdesta metallielektrodista ja metallioksidiyhdisteistä jauhemuodossa, kuten sinkkioksidi tai kobolttioksidi ja niin edelleen. Metallioksidirakeet toimivat puolijohdemateriaalien PN-liitoksina keskenään. Kun jännite syötetään elektrodien yli, varistorit alkavat johtaa virtaa ja johtuminen lakkaa heti, kun ulkoinen jännite poistetaan elektrodeista.
Metallioksidivaristorien toimintaperiaate
Kun verkon sähköjännitepiikki tai sähköteho muuttuu sähköpiirissä välittömästi, näitä häiriöitä kutsutaan transienteiksi. Jännitteen suuruus hyppää useisiin tuhansiin voltteihin lyhyessä ajassa ja voi vaurioittaa sähköpiiriä vakavasti. Transientti AC-signaalissa on esitetty alla:
Varistorit vähentävät resistanssiaan heti jännitteen noustessa ja toimivat siten tarjoaen vaihtoehtoisen minimiresistanssipolun jännitepiikille. Ainoa rajoitus MOV:iden tapauksessa on, että ne soveltuvat lyhytaikaisiin transienteihin. Niitä ei ole suunniteltu pitkäkestoisille transienteille, ja ne heikentävät ominaisuuksiaan, kun ne altistetaan toistuville tai pitkiä transienteille.
Varistorin staattinen resistanssikäyrä
Metallioksidivaristorit osoittavat käänteisen suhteen käytetyn jännitteen kanssa. Vastus pienenee jännitteen kasvaessa. Kun jännite saavuttaa maksimiarvon, vastus saavuttaa minimiarvon.
Varistorin V-I ominaisuuskäyrä
Lineaarivastukset noudattavat suoraviivaista kuviota, mutta varistorit eivät näytä lineaarista käyttäytymistä, koska niiden vastus laskee jännitteen kasvaessa.
Ominaisuuskäyrät osoittavat varistorien kaksisuuntaista käyttäytymistä, ja käyrä muistuttaa kahden peräkkäin kytketyn Zener-diodin ominaisuuksia. Kun varistorit lopettavat johtumisen, käyrä siirtyy lineaariseen trendiin off-tilassa. Johdon aikana käyrä osoittaa epälineaarista käyttäytymistä.
Varistorin kapasitanssi ja kiinnitysjännitteet
Kaksi elektrodia yhdessä varistorin välimetallioksidiväliaineen kanssa muistuttavat kondensaattoria. Väliaineesta tulee dielektrinen ja varistorit toimivat kondensaattoreina johtamattomissa tiloissaan.
MOV:t siirtyvät johtumistilaan puristusjännitearvojen yläpuolella eivätkä johda puristusjännitteiden alapuolelle. Puristusjännite voidaan määritellä tasajännitetasoksi, joka sallii 1 mA virran kulkemisen varistorin rungon läpi. Tämä puristusjännitetaso määrää varistorien johtavuustilan.
Tasajännitteessä kapasitanssivaikutus ei juurikaan vaikuta, ja se jää puristusjännitetason alapuolelle. Mutta AC-jännitetapauksissa vuotovirran ilmiö. Vuotoreaktanssi laskee taajuuden kasvaessa ja ilmaistaan kuten alla olevassa kondensaattorikotelossa:
Varistorisovellukset
Varistoreita voidaan käyttää missä tahansa sähköpiirissä, joka on alttiina jännitepiikeille. Se lisätään rinnakkain, kun sähköpiiri on suojattu. Alla on joitain varistorien tärkeimmistä sovelluksista:
Johtopäätös
Varistorit suojaavat sähkölaitteita ylijännitepiikkeiltä. Ne suojaavat herkkiä sähköverkkoja transienteilta, kuten katkaisijat ja sulakkeet, jotka suojaavat ylivirroilta. Niitä on saatavana 10–1000 voltin malleina sekä vaihto- että tasavirtalähteille.