Резистор – электронный компонент, основной характеристикой которого является сопротивление. Резисторы бывают постоянными или переменными (управляемыми вручную), а также существуют компоненты, сопротивление которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.п.). Одним из таких элементов является варистор (Variable Resistor) – его свойства зависят от приложенного напряжения.
Для чего нужен варистор, где применяется
Принцип работы этого прибора несложен. Если к нему приложено напряжение, не превышающее определенного порога, его сопротивление велико, ток через него определяется утечками и составляет порядка единиц или десятков микроампер. При увеличении приложенного напряжения варистор открывается и начинает проводить ток. Этот участок характеристики практически линеен и аналогичен резистору с небольшим сопротивлением. Если напряжение повышать далее, ток будет расти, и в итоге элемент выйдет из строя.
Варистор работает при любой полярности напряжения, поэтому, при внимательном рассмотрении, его вольт-амперная характеристика подобна ВАХ двуханодного стабилитрона. Это означает, что резистор, управляемый напряжением, работает схожим образом – при превышении определенного уровня он стабилизирует напряжение на выводах. Это можно использовать для защиты от перенапряжений. ВАХ прибора симметрична, поэтому он работает как при постоянном, так и при переменном напряжении.
Характеристики и габаритные размеры
Одной из важнейших характеристик, указываемых не только в технической документации, но и входящей в обозначение и наносимой на корпус элемента, является классификационное напряжение. Распространено мнение, что эта величина является условной, и не несет практического характера. Это не так.
Характеристика варистора в зоне защиты (зоне стабилизации) имеет наклон, и ток через него зависит от приложенного напряжения – чем больше напряжение. При определенном напряжении (которое называют напряжением открывания при постоянном токе) варистор начинает открываться, но происходит это постепенно. По мере открывания ток растет. Считается, что когда он достигнет уровня 1 мА, прибор полностью открылся, вышел на линейный участок характеристики и начал выполнять свою защитную функцию.
Так как варисторы часто применяются в цепях переменного тока, то напряжение открывания выражают в виде действующего (среднеквадратичного) значения напряжения – оно чаще применяется в качестве характеристики переменного напряжения. Этот параметр меньше напряжения открывания при постоянном токе примерно в 1,4 раза.
Также важными характеристиками являются максимальная мощность P (в ваттах) и поглощаемая энергия W (в джоулях). Первый параметр интуитивно понятен – это мощность, которую прибор способен рассеивать в открытом состоянии. А поглощаемая энергия характеризует время, в течение которого элемент может выдержать максимальную мощность. Этот период вычисляется, как t=W/P. Величина поглощаемой энергии определяется размером прибора, поэтому при наличии опыта можно достаточно точно определить эту характеристику на глаз (например, по диаметру для компонентов в дисковом исполнении)
Максимальное рабочее напряжение – граница, выше которой элемент выходит из строя. Параметры распространенных варисторов приведены в таблице.
| Тип элемента | U
классификационное, В |
Uсраб, среднеквадрат.,
В |
Uсраб, пост.,
В |
Поглощаемая энергия, Дж / наибольшая мощность, Вт. | габариты, мм х мм/
Диаметр, мм |
|---|---|---|---|---|---|
| TVR 10471 | 470 | 300 | 385 | 70 Дж | 10 |
| TVR 14471 | 470 | 300 | 385 | 125 Дж | 14 |
| 14N431K | 430 | 275 | 350 | 132 Дж | 14 |
| 7N471K | 470 | 300 | 385 | 35 Дж | 7 |
| 14D471K | 470 | 300 | 385 | 125 Дж | 14 |
| S10K275 | 430 | 275 | 350 | 43 Дж | 10 |
| TVR 20471 | 470 | 300 | 385 | 220 Дж | 20 |
| TVR 10431 | 430 | 275 | 350 | 65 Дж | 10 |
Виды, маркировка и обозначение на схеме
Чаще всего встречаются варисторы в виде дисков (похожих на конденсаторы). Но существуют приборы, внешне выглядящие подобно обычному резистору – таков, например, отечественный элемент СН1-1.
Единых требований к маркировке элементов нет, но определенным стандартом стал следующий вид:
AAAZZXXY, где:
- AAA – три литеры, определяющие код продукта;
- ZZ – диаметр диска в мм (или размеры для другого исполнения).
- XX– мантисса классификационного напряжения;
- Y – десятичный множитель классификационного напряжения (в большинстве случаев 0 или 1, что означает, что ZZ надо умножить на 1 или на 10.
Например, для элемента TVR 10471 по расшифровке можно определить, что:
- прибор относится к серии TVR – Thinking Varistor Resistance;
- он представляет собой диск диаметром 10 мм;
- приложенное напряжение в 47х10=470 вольт вызывает ток в 1 мА.
Некоторые производители укорачивают обозначение, не включая в него код продукта (например, 14N431K) или добавляют другие индексы, обозначающие серию элемента (литеры D и K у прибора 14D471K). Можно увидеть и упрощенный вариант маркировки варисторов. Так, элемент JVR10N431 может быть обозначен, как S10K275 или просто K275. Литера K означает класс точности (10%), а 275 – действующее напряжение срабатывания. Для практических целей такой вариант удобнее.
На схеме этот электронный компонент обозначается прямоугольным символом, аналогичным условно-графическому обозначению резистора, но с диагональной чертой, обозначающей непостоянство номинала (подобно терморезисторам и т.п.). Такое УГО обязательно содержит букву U – знак того, что сопротивление элемента зависит от приложенного напряжения. Это нужно, чтобы отличить варистор от других типов резисторов, чье сопротивление задает внешнее воздействие.
Существует и другой вариант УГО, к символу сопротивления добавлено стилизованное изображение ВАХ защитного элемента. Это обозначение относится только к варисторам, поэтому литера U здесь не употребляется.
На схеме (и на плате) варисторы имеют индекс RU или RV (если их несколько, то RV1, RV2 и т.д.). В зарубежных изданиях встречаются обозначения на схеме с индексами MOV, ZNR и т.п.
Принцип работы защиты варистором и схемы его включения
В большинстве случаев в схемах защиты варистор включается параллельно нагрузке – входным цепям блока питания, диодному мосту и т.п. Характерный пример – компьютерный блок питания. В нем варистор устанавливается до входного фильтра. При повышении напряжения выше точки срабатывания, элемент открывается и «срезает» излишний уровень.
Хорошим схемотехническим решением является включение защитного элемента после предохранителя. При опасных бросках напряжения потребляемый ток может не вырасти до уровня перегорания предохранителя. Если после плавкой вставки установить варистор, то после его срабатывания ток резко возрастет. Это способствует скорейшему сгоранию предохранителя, что служит дополнительной защитой блока питания.
Существуют и другие схемы включения защитного элемента. Кроме наиболее распространенного варианта А, защиту можно включить по схеме Б – в этом случае дополнительные элементы защитят схему при возникновении перенапряжений по отношению к земле. Также используется включение:
- по схеме В – для защиты транзистора от выбросов при коммутации индуктивной нагрузки;
- по схеме Г – для защиты контактов реле в схеме управления двигателем или другой индуктивной нагрузкой, где возможны опасные выбросы напряжения.
Существуют и другие варианты использования варистора, но они менее распространены.
Проверка варистора
Проверить исправность варистора с помощью мультиметра можно только на короткое замыкание («спекание»). Если при диагностике омметр показывает высокое сопротивление, это может означать как обрыв внутри элемента, так и его полную исправность. Тестовое напряжение мультиметра не может вывести варистор на участок стабилизации ВАХ.
Такой проверки (на отсутствие КЗ) достаточно, чтобы электронная схема сохраняла работоспособность. Но наличие защиты от бросков при этом не гарантируется.
Чтобы проверить варистор по полной программе, надо попытаться его открыть. Для этого надо подать на него соответствующее напряжение, что не так просто – оно превышает напряжение сети, и иногда значительно. Нужен регулируемый повышающий источник напряжения, и обычный ЛАТР, как выяснилось в результате экспериментов, не подойдет. Он способен выдать не более 265-270 вольт, что недостаточно для надежного открывания варистора.
Чтобы получить повышенное переменное напряжение, был собран стенд по следующей схеме (возможны и другие варианты).
Последовательно с проверяемым элементов включена светодиодная лампа, рассчитанная на сетевое напряжение. Также последовательно в цепь включена схема вольтодобавки. Она состоит из первичной обмотки трансформатора 12/220 вольт. На вторичную обмотку подается сетевое напряжение от регулируемого автотрансформатора, при этом на первичке за счет обратной трансформации появляется повышенное напряжение. Таким образом, напряжение сети складывается с напряжением вольтодобавки и становится возможным получить уровень до 500 вольт. При первом включении в сеть ЛАТР выведен на минимум, напряжение на цепочке варистор-лампа равно сетевому, что недостаточно для срабатывания защитного элемента.
При повышении напряжения от ЛАТР, удалось открыть варистор и зажечь лампу. При этом на варисторе оказалось около 500 вольт. Конечно, прибор начал открываться раньше, а при таком уровне ток через него уже достиг порога зажигания лампочки. Но цель – проверить работоспособность – была достигнута.
Увеличивать напряжение вольтодобавки надо постепенно. При зажигании лампы повышение надо немедленно прекратить, в противном случае можно вывести светильник из строя.
Применение варистора защитными функциями не ограничивается. Их можно применять для генерации сигналов, для проведения вычисления в аналоговых вычислительных машинах и т.п. Но все же чаще всего эти компоненты применяются в качестве ограничителей перенапряжения, в этой области они используются очень широко.
