Варистор: что это такое, характеристики и параметры прибора

Автор Легина Марина November 25, 2023

Варистор - уникальный электронный компонент, способный защитить дорогостоящую аппаратуру от высоковольтных импульсов. Но что это такое и как он устроен? Давайте разберемся!

Что такое варистор и его назначение

Варистор - это полупроводниковый резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Его особенность заключается в том, что при превышении определенного порогового напряжения сопротивление варистора резко падает. Таким образом, он выполняет функцию защиты различного электрооборудования от вредного воздействия выбросов и перенапряжений в сети. В отличие от традиционных газоразрядников, варистор обладает более высоким быстродействием и ресурсом.

Когда на варистор подается напряжение в допустимых пределах, он ведет себя как обычный резистор с очень высоким сопротивлением, практически не пропуская ток. Но стоит превысить определенный уровень напряжения, как сопротивление варистора резко падает, и он начинает пропускать значительный ток. Это приводит к ограничению напряжения на безопасном уровне.

Устройство и принцип работы варистора

Варистор представляет собой прессованную таблетку из порошков карбида кремния, оксида цинка или других полупроводниковых материалов со связующими добавками. С двух сторон к таблетке припаяны выводы. При подаче напряжения возникает лавинный пробой на границах отдельных кристаллов внутри варистора, что приводит к резкому падению его сопротивления. После снятия импульса перенапряжения варистор быстро возвращается в исходное высокоомное состояние.

Варистором называется нелинейный резистор, который применяется в радиоэлектронных цепях и обеспечивает защиту включенных в сеть приборов от перенапряжения.

Нелинейность характеристики варистора, то есть зависимость его сопротивления от приложенного напряжения, объясняется так называемым запирающимся слоем на границах зерен полупроводника. При увеличении напряжения этот слой пробивается, что приводит к лавинному пробою и резкому уменьшению сопротивления варистора.

Важной характеристикой варистора является максимально допустимое напряжение, выше которого он выходит из строя. Превышение этого значения приводит к перегреву и "взрыву" варистора. Поэтому перед ним обязательно ставится предохранитель.

Варистор, что это такое

Итак, варистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для защиты электрооборудования от выбросов напряжения. Его отличает нелинейная вольт-амперная характеристика и способность очень быстро уменьшать сопротивление при превышении опасного уровня напряжения.

Конструктивно варистор выполняется в виде таблетки, прессованной из полупроводникового материала. К ней с двух сторон припаяны выводы. Внутри под действием электрического поля возникает лавинный пробой на границах отдельных кристаллов, что и обеспечивает резкое падение сопротивления.

Основные параметры варисторов

Рассмотрим более подробно основные параметры и характеристики, по которым выбирают варистор для конкретного применения:

Классификационное напряжение - напряжение, при котором через варистор протекает ток 1 мА. Это условная величина.
Максимально допустимое переменное и постоянное напряжение - предельные значения, выше которых варистор переходит в защитный режим.
Напряжение ограничения - максимальное напряжение, которое может выдержать варистор без разрушения.
Максимально поглощаемая энергия в джоулях - сколько энергии импульса перенапряжения может рассеять варистор в виде тепла.
Время срабатывания - как быстро варистор переходит из высокоомного состояния в низкоомное.
Допуск на отклонение напряжения - насколько может отличаться реальное напряжение срабатывания варистора от номинального значения.

Помимо этих основных показателей, существуют и другие второстепенные параметры, такие как коэффициент нелинейности, температурный коэффициент сопротивления и т.д.

Типы и маркировка варисторов

По величине напряжения варисторы делятся на:

Низковольтные - до 200 В
Средневольтные - до 2 кВ
Высоковольтные - до 20 кВ

По конструкции различают дисковые варисторы, варисторы для поверхностного монтажа (SMD), варисторы с регулировочным винтом и др.

На корпус наносится маркировка с обозначением основных параметров. Например, JVR-07N391K, где 07 - диаметр в мм, N391 - классификационное напряжение 391 В, K - допуск ±10%.

Как правильно подключить варистор

Для защиты оборудования варистор устанавливают параллельно защищаемой цепи. Обычно ставят сразу два одинаковых варистора для повышения надежности. Также следует предусмотреть быстродействующий предохранитель, который перегорает при коротком замыкании варистора.

Дополнительную защиту может обеспечить установка варисторов между фазой и нулем, фазой и землей, нулем и землей. Это позволит закоротить любую опасную комбинацию напряжений в сети 220 В.

Как проверить варистор

Чтобы проверить варистор на исправность, можно:

Визуально осмотреть его корпус на отсутствие трещин и подгорания
Измерить сопротивление между выводами мультиметром

Работоспособный варистор должен иметь очень высокое сопротивление в мегаомах. Низкое сопротивление говорит о том, что варистор неисправен и его следует заменить.

Области применения варисторов

Варисторы находят широкое применение для защиты электрооборудования в таких областях, как:

Энергетика
Бытовая и компьютерная техника
Связь и телекоммуникации
Автомобильная электроника
Системы гарантированного электроснабжения

Например, в сетевых фильтрах для компьютеров и телевизоров практически всегда стоят варисторы для защиты от выбросов напряжения. В автомобильной промышленности они используются в системах зажигания, в бортовых компьютерах и других узлах электрооборудования.

Достоинства и недостатки варисторов

К достоинствам варисторов можно отнести:

Высокую надежность и долговечность
Большой диапазон рабочих напряжений и мощностей
Миниатюрные размеры
Низкую стоимость

Однако у варисторов есть и определенные недостатки:

Повышенный собственный уровень шумов
Зависимость параметров от температуры и старения

Тем не менее, преимущества варисторов в большинстве случаев перевешивают их недостатки, что обуславливает широту их применения.

Как выбрать нужный варистор

Чтобы правильно подобрать варистор, необходимо определить:

Номинальное напряжение защищаемой цепи
Максимальную амплитуду возможных выбросов
Требуемую энергию поглощения в джоулях
Максимальную емкость нагрузки

Исходя из этих данных, по справочникам и каталогам подбирают нужный тип варистора с запасом по основным параметрам.

Пример практического применения

Рассмотрим пример использования варистора для защиты компьютера от импульсных перенапряжений в сети 220В 50Гц. В качестве защитного элемента выбираем дисковый варистор JVR07N391K диаметром 7 мм.

Подбираем по паспортным данным:

Напряжение срабатывания 420В
Максимальный разрядный ток 5000А
Энергия импульса 32 Дж

Включаем варистор параллельно сетевому фильтру компьютера. Такая защита надежно предохранит компьютерную технику от выхода из строя при скачках напряжения в электросети.

Сравнение варисторов с другими устройствами защиты

Помимо варисторов, для защиты оборудования от импульсных перенапряжений применяются и другие устройства, такие как:

Газовые разрядники
Тиристорные ограничители
Супрессоры (стабилитроны)

Рассмотрим достоинства и недостатки этих устройств по сравнению с варисторами.

Газовые разрядники. Обладают высокой энергоемкостью, но уступают варисторам в быстродействии и ресурсе. Кроме того, требуют периодической замены газонаполненных элементов.
Тиристорные ограничители. Отличаются высокой стойкостью к перенапряжениям и большими токами. Однако имеют сложную схемотехнику и высокую стоимость.
Супрессоры. Просты в использовании, дешевы и компактны. Но ограничены по максимальным напряжениям и токам. Уступают варисторам в энергоемкости.