وریستور چیست و چه کاربردی دارد؟

وریستور چیست و چه کاربردی دارد؟

وریستور چیست؟ مقاومت یک جزء الکتریکی است که برای محدود کردن جریان در مدار الکتریکی استفاده می شود. مقاومت دارای دو ترمینال است و تقریباً در تمام مدارهای الکتریکی استفاده می شود. همچنین می توان از آن برای تنظیم سطوح سیگنال و نیز خاتمه خطوط انتقال استفاده کرد. انواع مختلفی از مقاومت ها وجود دارد که هر کدام برای هدف خاصی ساخته شده اند. وریستور یکی از این نوع مقاومت ها است که برای تغییر مقاومت در مدار با تغییر ولتاژ استفاده می شود و طراحی آن تقریباً شبیه به خازن است.

وریستور چیست و چه کاربردی دارد؟

وریستور نوعی مقاومت است که در آن می توانیم با تغییر ولتاژ اعمال شده، میزان مقاومت را تغییر دهیم. به آن مقاومت وابسته به ولتاژ نیز می گویند. قابل ذکر است که وریستور یک دستگاه نیمه هادی غیر خطی است. این کلمه از کلمه مقاومت متغیر گرفته شده است. این ها معمولاً به عنوان وسایل ایمنی برای جلوگیری از ولتاژ گذرا بیش از حد در مدار استفاده می شوند تا اجزای مدارها محافظت شوند. حتی شرایط عملکرد مدار را نیز کنترل می کند. طراحی این قطعه دقیقاً مانند خازن معمولی است.

اصول کار وریستور

یک وریستور از قانون اهم تبعیت نمی کند و بنابراین مانند یک مقاومت اهمی نیست. اساساً یک مقاومت غیر اهمی است که از قانون اهم پیروی نمی کند و از این رو به آن مقاومت غیر خطی یا مقاومت وابسته به ولتاژ نیز می گویند. تفاوت اساسی بین یک مقاومت معمولی و یک مقاومت وابسته به ولتاژ در این است که میزان مقاومت یک مقاومت را می توان تنها با عمل دستی تغییر داد، اما ما می توانیم مقاومت را با تغییر ولتاژ نیز تغییر دهیم. می توان گفت که، اصول کار آن مشابه دیود اتصال PN در حین کار بایاس معکوس است.

اصول کار وریستور

هنگامی که بایاس رو به جلو اعمال می شود، وریستور مقاومت بالایی در مسیر جریان ارائه می دهد و بنابراین مقدار بسیار کمی جریان از دستگاه عبور می کند. ولتاژ در این نقطه ولتاژ نامی وریستور نامیده می شود.

هنگامی که ولتاژ اعمال شده بیشتر افزایش می یابد و از ولتاژ نامی وریستور بیشتر می شود، مقاومت دستگاه به شدت شروع به کاهش می کند و جریان ها شروع به عبور از وریستور می کنند.

هنگامی که ولتاژ اعمال شده کمتر از ولتاژ نامی باشد، وریستور به عنوان خازن عمل می کند و حامل بار را ذخیره می کند. بنابراین، مقاومت مقاومت های متغیر با ولتاژ اعمال شده، ویژگی های غیرخطی را نشان می دهد.

انواع وریستور varistor

نوع وریستورها به جنس بدنه آن بستگی دارد. در زیر به دو نوع متداول وریستور پرداخته شده است.

واریستور کاربید سیلیکون: همانطور که از نام آن می توان حدس زد، بدنه وریستور از سیلیکون کاربید (SiC) ساخته شده است. زمانی، قبل از اینکه MOV جدید به بازار بیاید، به طور گسترده از آن استفاده می شد. در حال حاضر آن ها به شدت در کاربردهایی با قدرت بالا و ولتاژ بالا استفاده می شوند. با این حال، آن ها جریان آماده به کار قابل توجهی را می کشند و این مشکل اصلی این نوع وریستور است. به همین دلیل، یک شکاف سری برای محدود کردن مصرف برق در حالت آماده به کار مورد نیاز است.

وریستورهای اکسید فلزی (MOV) : از آنجایی که وریستورهای SiC دارای معایب جدی بودند، نوع دیگری از وپریستورها، یا به عبارتی وریستورهای اکسید فلزی ساخته شدند. این حفاظت گذرا ولتاژ بسیار خوبی را فراهم می کند و اکنون بسیار محبوب است.

انواع وریستور varistor

به طور کلی می توان گفت که نوع اکسید فلزی رایج ترین نوع وریستور است. این دستگاه از یک ماتریس اکسید فلزی که حاوی توده سرامیکی اکسید روی است تشکیل شده است. برخی از فلزات رایج بیسموت، کبالت و منگنز هستند.

لایه اکسید فلز اساساً حاوی 90 درصد اکسید روی و 10 درصد سایر فلزات است. لایه اکسید فلزی بین دو الکترود فلزی قرار گرفته است. ماتریس به عنوان یک عامل اتصال عمل می کند به طوری که گرانول های اکسید روی را می توان دست نخورده بین دو الکترود فلزی نگه داشت. سطح مرزی مانند محل اتصال یک دیود نیمه هادی رفتار می کند.

وریستور varistor چه کاربردهای

کاربردهای وریستور به شرح زیر هستند:

  1. وریستورها می توانند برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر ولتاژ بیش از حد بالا استفاده شوند. مدار زیر نشان می دهد که چگونه یک نوع اکسید فلزی را می توان به مدار متصل کرد تا از ولتاژ بالا محافظت کند.

وریستور varistor چه کاربردهای

  1. دستگاه های متصل شده در یک مدار الکترونیکی نسبت به تغییر ولتاژ بسیار حساس هستند. بنابراین از این قطعه در مدار برای محافظت از اجزای مختلف مدار الکتریکی استفاده می کنیم. در اینجا، می توانیم ببینیم که چگونه می توان از آن برای محافظت از انواع ترانزیستور ها در مدار استفاده کرد.

وریستور varistor چه کاربردهای

  1. همچنین می توان از آن برای محافظت از نوسانات در موتورهای AC و DC استفاده کرد.

وریستور varistor چه کاربردهای

مزایای وریستور

  • می توان از آن برای محافظت از اجزای الکتریکی مدار الکتریکی استفاده کرد.
  • این یک دستگاه حفاظت از ولتاژ بیش از حد بسیار حساس و سریع است.
  • از آنجایی که وریستور یک دستگاه دو قطبی است، می توان از آن برای هر دو منبع AC و DC استفاده کرد.

معایب وریستور

  • در طول اتصال کوتاه نمی تواند از جریان محافظت کند.
  • در هنگام راه اندازی دستگاه نمی تواند در برابر نوسانات جریان محافظت کند. به عبارت دیگر، هیچ حفاظتی در برابر جریان بیش از حد ارائه نمی دهد.
  • نمی تواند از کاهش ولتاژ محافظت کند.
  • تا حدودی پرهزینه است.
  • اگر سرعت افزایش ولتاژ و پیک خیلی زیاد باشد، ممکن است آسیب ببیند.

ظرفیت خازنی وریستور

هنگامی که ولتاژ اعمال شده در وریستور کمتر از ولتاژ نامی یا قطع است، وریستور به جای مقاومت به عنوان خازن عمل می کند. دلیل این نتیجه گیری این است که رفتار ناحیه رسانای اصلی وریستور به عنوان دی الکتریک بین دو پایانه وریستور است.

دو پایانه و دی الکتریک یک خازن را تشکیل می دهند. این تا زمانی که ولتاژ به ولتاژ قطع برسد معتبر است. هر وریستوری که از یک ماده نیمه رسانا ساخته شده است مقدار خازنی خواهد داشت. این مقدار به مساحت وریستور بستگی دارد و با ضخامت آن نسبت معکوس دارد.

رفتار خازن وریستور در مدارهای DC و AC متفاوت است. در مدارهای DC، ظرفیت یک وریستور زمانی وجود دارد که ولتاژ اعمال شده کمتر از ولتاژ نامی وریستور باشد و زمانی که ولتاژ اعمال شده نزدیک به ولتاژ نامی باشد، به طور ناگهانی کاهش می یابد.

هنگامی که یک وریستور در مدارهای AC استفاده می شود، فرکانس نقش مهمی ایفا می کند. در مدارهای AC، هنگامی که وریستور در ناحیه نشتی غیر رسانا خود کار می کند، ظرفیت وریستور بر مقاومت بدنه آن تأثیر می گذارد.

وریستورها معمولاً به صورت موازی به وسایل الکتریکی یا الکترونیکی متصل می شوند تا از ولتاژهای اضافی محافظت کنند. به همین دلیل مقاومت نشتی وریستور با افزایش فرکانس کاهش می یابد. رابطه بین فرکانس و مقاومت موازی حاصل تقریباً خطی است. راکتانس متناوب XC را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

XC = 1 / (2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)

در اینجا C ظرفیت و f فرکانس است. از این رو با افزایش فرکانس، جریان نشتی نیز افزایش می یابد.

مقاومت وریستور

اگرچه هدف وریستور ایجاد مقاومت است، عملکرد وریستور با پتانسیومتر یا رئوستات متفاوت است. مقاومت یک وریستور در شرایط عملیاتی معمولی بسیار بالا است. عملکرد وریستور شبیه دیود زنر است که اجازه می دهد ولتاژهای آستانه پایین تر بدون تغییر عبور کنند.

مقاومت وریستور

عملکرد یک وریستور در ولتاژهای عملیاتی بالا تغییر می کند. وقتی ولتاژ اعمال شده در یک وریستور بزرگتر از مقدار نامی آن باشد، مقاومت موثر وریستور به شدت کاهش می یابد و با افزایش ولتاژ اعمال شده به آن، کاهش می یابد. منحنی نشان دهنده مقاومت استاتیکی وریستور با توجه به ولتاژ اعمالی آن در زیر نشان داده شده است.

منحنی مشخصه وریستور

طبق قانون اهم، منحنی مشخصات جریان-ولتاژ مقاومت، با فرض ثابت نگه داشتن مقدار مقاومت یک خط مستقیم است. در این حالت، جریان عبوری از مقاومت مستقیماً با ولتاژ اعمال شده در سرهای مقاومت متناسب است.

در مورد یک وریستور، منحنی مشخصات جریان-ولتاژ یک خط مستقیم نیست. این به دلیل رفتار مقاومتی غیرعادی وریستور است. در مورد یک وریستور، یک تغییر کوچک در ولتاژ اعمال شده به آن باعث تغییر به اندازه کافی بزرگ در جریان عبوری از آن می شود.

منحنی مشخصات ولتاژ جریان یک وریستور در زیر نشان داده شده است.

از منحنی مشخصه جریان-ولتاژ نشان داده شده در بالا، واضح است که یک وریستور دارای ویژگی های متقارن دو جهته است. این بدان معنی است که وریستور می تواند در هر دو جهت یا قطبیت یک موج سینوسی کار کند یا عمل نماید. این عملکرد یک وریستور شبیه به دیودهای زنر متصل به پشت است.

منحنی مشخصه جریان-ولتاژ یک وریستور یک رابطه خطی بین جریان و ولتاژ را در زمانی که وریستور رسانا نیست نشان می دهد. این به این دلیل است که جریان عبوری از وریستور ثابت می ماند و مقدار آن بسیار کم است. این جریان نشتی در وریستور است و مقدار این جریان به ترتیب میلی آمپر بسیار کمی است. دلیل این امر مقاومت بالای وریستور است. این جریان کوچک تا زمانی که ولتاژ اعمال شده در وریستور به ولتاژ نامی وریستور برسد ثابت می ماند.

ولتاژ نامی وریستور را ولتاژ بستن نیز می نامند. ولتاژ نامی یک وریستور، ولتاژی است که با جریان DC مشخص شده 1 میلی آمپر اندازه گیری می شود. جریانی که از بدنه وریستور می گذرد به مواد مورد استفاده برای ساخت وریستور بستگی دارد. در این سطح ولتاژ نامی، عملکرد وریستور شروع به تغییر می کند.

تا زمان ولتاژ نامی، وریستور به عنوان یک عایق عمل می کند. اگر ولتاژ اعمال شده وریستور به ولتاژ نامی خود برسد، رفتار وریستور از حالت عایق به حالت رسانا تغییر می کند.

هنگامی که ولتاژ گذرا اعمال شده در وریستور بزرگتر یا مساوی با ولتاژ نامی وریستور باشد، مقاومت وریستور بسیار کوچک می شود. این به دلیل پدیده ای به نام شکست بهمن در مواد نیمه هادی است.

منحنی مشخصه وریستور

شکست بهمنی شکلی از ضرب جریان است که اجازه می دهد جریان های زیادی در موادی که قبلاً به عنوان عایق عمل می کردند، جریان یابد. با توجه به این وضعیت، جریان کمی که از وریستور عبور می کند که همان جریان نشتی است به سرعت افزایش می یابد.

حتی اگر جریان عبوری از وریستور افزایش یابد، ولتاژ دو طرف آن به مقداری نزدیک به ولتاژ نامی وریستور محدود می شود. این بدان معنی است که وریستور به عنوان یک خود تنظیم کننده برای ولتاژهای گذرای اعمال شده در سراسر آن با عبور یا اجازه دادن به جریان بیشتر از وریستور عمل می کند.

از این رو، پس از عبور از ولتاژ نامی وریستور، منحنی ولتاژ جریان به یک منحنی غیرخطی شیب دار تبدیل می شود. با توجه به این ویژگی، یک وریستور می‌تواند جریان‌های بسیار متفاوتی را در محدوده بسیار باریکی از ولتاژها با قطع هر نوک ولتاژ عبور دهد.

مشخصات وریستور

در زیر مشخصات یک وریستور معمولی آورده شده است.

حداکثر ولتاژ کاری: اوج ولتاژ DC حالت پایدار یا ولتاژ rms سینوسی است که می تواند به طور مداوم در دمای مشخص اعمال شود.

ولتاژ واریستور: ولتاژ بین پایانه های وریستور با جریان اندازه گیری DC مشخص اعمال می شود.

ولتاژ بستن: ولتاژ بین پایانه های وریستور با جریان ضربه ای مشخصی است که برای بدست آوردن ولتاژ پیک اعمال می شود.

جریان موجی: حداکثر جریانی که از وریستور می گذرد.

حداکثر انرژی: حداکثر انرژی که با اعمال یک ضربه گذرا تلف می شود.

تغییر ولتاژ: تغییر ولتاژ پس از دادن جریان موج.

ظرفیت خازنی: زمانی اندازه گیری می شود که ولتاژ کمتر از ولتاژ وریستور باشد.

جریان نشتی: جریانی که از وریستور در حالت غیر رسانایی عبور می کند.

زمان پاسخ: زمان بین اعمال ولتاژ نامی و انتقال از حالت نارسانا به حالت رسانا.

توجه: از دیگر آموزش های پایتخت فناوری می توان به آموزش تعمیرات لوازم خانگی اشاره کرد.

امتیاز دهید


بهترین دوره های برق، الکترونیک، تعمیرات و تاسیسات پایتخت فناوری

دیدگاه ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

02166577378
02166577378