Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Реферат - Терморезисторы, варисторы (принцип действия,основные характеристики, типовые схемы включения) - файл 1.doc


Реферат - Терморезисторы, варисторы (принцип действия,основные характеристики, типовые схемы включения)
скачать (545 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc545kb.24.11.2011 09:21скачать

содержание

1.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУ ВПО ИГУ)

РЕФЕРАТ

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ, ВАРИСТОРЫ (ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ)


Иркутск 2008

Содержание
Введение…….………………………………………………...……………… 3

1.Терморезисторы…….……………………………………………...………. 4

1.1. Принцип действия………………………………………...……... 4

1.2. Основные характеристики и параметры...…………………….... 6

1.3. Применение и основные схемы включения……….……...…….. 11

2. Варисторы…………………………………………………………………. 13

2.1. Принцип действия………………………………………...……... 13

2.2. Основные характеристики и параметры ...……………............... 17

2.3. Применение и основные схемы включения................................. 21

3. Задание….............................................…………………………………… 22

4. Эксперимент................................................................................................ 23

Список литературы…………………...........………………………………. 26

Введение
Резисторы (сопротивления) – это наиболее распространенные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

На практике, кроме линейных резисторов, иногда встречаются термозависимые (терморезисторы) и нелинейные (варисторы) резисторы. Нелинейные свойства подобных резисторов позволяют применять их в стабилизаторах и ограничителях напряжения, для формирования импульсов, для измерения температуры. В связи с тем, что многим современным электрическим приборам требуется параметрическая термостабилизация, защита от импульсных воздействий напряжения, наиболее удобными (из–за размеров, количества элементов) являются варисторы и терморезисторы.

1.Терморезисторы
Терморезистор – резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от температуры.



Рис.1. Обозначение на схемах
^ 1.1. Принцип действия
Т
ерморезисторы выполняют или из металла, сопротивление которого линейно меняется при изменении температуры (медь, платина), или на основе полупроводников. Наиболее подходящим и распространенным материалом для изготовления терморезисторов являются полупроводники, обладающие более высоким температурным коэффициентом сопротивления.
Рис.2. Основная классификация терморезисторов
Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает (рис.2).

В термисторах прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием теплоты, выделяющейся в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора вследствие изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды).

Термисторы же косвенного подогрева имеют дополнительный источник теплоты - подогреватель. Конструктивное исполнение может быть различным. Часто подогреватель делают в виде обмотки на изоляционной трубке, внутри которой расположен термистор. В других случаях сам термистор сделан в виде трубки, внутри которой проходит нить подогрева. Нужно отметить, что общим для термисторов косвенного подогрева всех возможных конструкций является то, что у них есть две электрически изолированные друг от друга цепи: управляющая и управляемая.

Нужно отметить, что термисторы изготовляются как из монокристаллов ковалентных полупроводников, так и методом керамического обжига заготовок (оксидные полупроводники) при высоких температурах.

Позистор – это терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления. В массовом производстве позисторы делают на основе керамики из титаната бария.

У термисторов уменьшение сопротивления полупроводника с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент сопротивления) может быть вызвано различными причинами – увеличением концентрации носителей заряда, увеличением интенсивности обмена электронами между ионами с переменной валентностью или фазовыми превращениями полупроводникового материала.

В диапазонах температур, где полупроводники обладают отрицательным коэффициентом сопротивления, зависимость сопротивления от температуры соответствует уравнению

, (1.1)

где B – коэффициент температурной чувствительности (определяет физические свойства материала), - коэффициент, зависящий от материала и размеров термистора. Для позисторов действует та же формула. Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температурах ниже 170 К), среднетемпературные (170—510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4.2 К и ниже и при 900—1300 К. Наиболее, широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от — 2,4 до —8,4 % К-1 и с номинальным сопротивлением 1 —106 Ом.

Основная часть терморезисторов, выпускаемых промышленностью, изготовлена из оксидных полупроводников – оксидов металлов переходной группы таблицы Д.И. Менделеева (от титана до цинка). Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок.

Принцип действия терморезисторов, в зависимости от назначения, подробнее будет рассмотрен в подразделе 1.3.
^ 1.2. Основные характеристики и параметры
Рассмотрим основные параметры термисторов.

Температурная характеристика термистора – совпадает с температурной зависимостью сопротивления полупроводника, из которого изготовлен терморезистор. Пример температурной характеристики приведен на рис.3.


Рис.3. Температурная характеристика термистора
Номинальное сопротивление термистора – это его сопротивление при определенной температуре (обычно при ). Термисторы выпускают с допустимым отклонением от номинального сопротивления и 5%. Номинальное сопротивление различных типов термисторов имеют значения от нескольких Ом до нескольких кОм.

^ Коэффициент температурной чувствительности – коэффициент в показателе экспоненты температурной характеристики термистора (1.1).Значение для данного термистора, зависящее от свойств материала, практически постоянно в рабочем диапазоне температур и лежит в пределах от 700 до 15000 К. Он может быть найден экспериментально, путем измерения сопротивлений термистора при температурах и по формуле:

. (1.2)

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) – величина, определяемая отношением относительного изменения сопротивления к изменению температуры:

(1.3)

(из соотношения (1.1)). в десятки раз больше, чем у металлических.

Коэффициент рассеяния термистора H численно равен мощности, которую надо выделить в термисторе, чтобы нагреть его на 1 К.

^ Статическая вольт – амперная характеристика – это зависимость падения напряжения на термисторе от проходящего через него тока в условиях теплового равновесия между термистором и окружающей средой (рис. 4).


Рис.4. Статические вольт – амперные характеристики термисторов прямого подогрева (сплошные линии) и гиперболы равной мощности

Она имеет ярко выраженный нелинейный характер, т.к. при протекании тока выделяется определенная мощность, что изменяет температуру термистора и, следовательно, его сопротивление. Для каждой точки статической вольт – амперной характеристики можно записать уравнение энергетического баланса:, где H – коэффициент рассеяния, учитывающий распространение теплоты от рабочего тела в окружающую среду за счет конвекции, теплопроводности, излучения; и - температура терморезистора и окружающей среды. Если учесть уравнение (1.1), то из уравнения энергетического баланса можно получить уравнения ВАХ в параметрическом виде:



, (1.4)

Вид статической ВАХ термистора определяется коэффициентом рассеяния H, коэффициентом температурной чувствительности B, номинальным сопротивлением термистора и температурой окружающей среды. При уменьшении коэффициента рассеяния H (например, при уменьшении давления, окружающего термистор) происходит более интенсивный разогрев термистора и, следовательно, те же температуры достигаются при меньших мощностях тока, т.е. статическая ВАХ смещается вниз. При увеличении температуры окружающей среды уменьшается сопротивление термистора, снижается максимум статической ВАХ и уменьшается ее крутизна. Такую зависимость используют в системах автоматического контроля и регулирования температуры. Увеличение коэффициента температурной чувствительности B приводит к смещению максимума статической ВАХ в сторону меньших мощностей, а крутизна падающего участка возрастает.

^ Максимально допустимая температура термистора – температура, при которой еще не происходит необратимых изменений параметров и характеристик термистора. Она определяется конструктивными особенностями и свойствами материала.

^ Максимально допустимая мощность рассеяния – это мощность, при которой термистор, находящийся в спокойном воздухе при С, разогревается при прохождении тока до максимально допустимой температуры.

^ Коэффициент энергетической чувствительности G численно равен мощности, которую необходимо подвести к термистору для уменьшения его сопротивления на 1%.. Он связан с температурным коэффициентом сопротивления и коэффициентом рассеяния термистора соотношением . Значение G различно в каждой точке ВАХ.

^ Постоянная времени термистора – это время, в течение которого температура термистора уменьшится на 63% (в e раз) по отношению к разности термистора и окружающей среды. Тепловая инерционность, характеризуемая постоянной времени, определяется конструкцией и размерами термистора и зависит от теплопроводности среды, в которой находится термистор. лежит в пределах от 0.5 до 140 с.

При ознакомлении с термисторами косвенного подогрева, кроме номинального сопротивления и температурной чувствительности, существуют и специфические характеристики и параметры.


Рис.5. Статический вольт – амперные характеристики
^ Статические вольт – амперные характеристики термисторов косвенного подогрева приводят для различных токов через подогреватель (рис.5).

Подогревная характеристика – зависимость сопротивления термистора от мощности, выделяемой в спирали подогревной обмотки (рис.6).


Рис.6. Подогревная характеристика термистора косвенного подогрева
Для получения наибольшей чувствительности термистора косвенного подогрева (наибольшего изменения сопротивления) его следует использовать в режимах, при которых мощностью, выделяемой на самом термочувствительном элементе проходящим через него током, можно было бы пренебречь.

^ Коэффициент тепловой связи K – отношение мощности , необходимой для разогрева термочувствительного элемента до некоторой температуры при прямом нагреве, к мощности , необходимой для разогрева до этой же температуры при косвенном подогреве. . Обычно .

^ Постоянные времени. Тепловая инерционность термисторов косвенного подогрева характеризуется двумя постоянными времени. За первую постоянную времени принимают время, в течение которого температура термочувствительного элемента изменяется в е раз по отношению к установившемуся значению при мгновенном изменении мощности в цепи подогревателя (тепловая инерционность всей конструкции термистора косвенного подогрева). Вторая постоянная времени характеризует задержку в изменении температуры термочувствительного элемента по отношению к изменению температуры подогревателя (тепловая инерционность термочувствительного элемента).

По аналогии с термисторами, можно оценивать свойства позисторов теми же самыми характеристиками и параметрами.

^ Температурная характеристика. Зависимость сопротивления позисторов от температуры показана на рис.7. При относительно алых и больших температурах у позисторов температурный коэффициент сопротивления отрицателен.


Рис.7. Температурные характеристики различных позисторов
^ Температурный коэффициент сопротивления для позистора является не очень удобным параметром, т.к. его значение сильно зависит от температуры.

^ Статические вольт – амперные характеристики позистора (рис.8) так же, как и ВАХ термистора, представляет собой зависимость напряжения на позисторе от проходящего через него тока при условии теплового равновесия между теплотой, выделяемой позистором, и теплотой, отводимой от него.


Рис.8. Статическая ВАХ позистора
^ 1.3. Применение и основные схемы включения
Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической ВАХ выбрана рабочая точка. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов, температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой. Терморезистор с косвенным подогревом используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Позисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.



Рис.9. Схема включения терморезисторов
В тех случаях, когда терморезисторы используют в качестве датчика, они могут работать в следующих двух режимах:

  1. когда температура терморезистора прак­тически определяется только температурой окружающей среды (ток, проходящий через терморезистор, имеет очень малую величину);

  2. когда терморезистор нагревается прохо­дящим по нему током, а температура терморе­зистора определяется изменяющимися условиями теплоотдачи, что связано с температу­рой окружающей среды.

В первом случае терморезистор ис­пользуется в качестве датчика температуры, который получил название термометра сопро­тивления. Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред в трубопроводах, резервуарах и помещениях. В авиации они применяются для измерения температуры во­ды, масла, окружающего воздуха и др. Наи­большее распространение получили платино­вые и медные термо­метры сопротивления.

Во втором случае терморезисторы обычно применяются в качестве датчиков для измерения различных неэлектрических ве­личин, тем или иным способом изменяющих отвод тепла от терморезистора. На этом принципе построены различные датчики, изме­ряющие скорость потока газа, вакуума и др.


2. Варисторы
Варистор – полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. обладающий нелинейной симметричной вольт – амперной характеристикой.



Рис.10. Обозначение варистора на схемах
^ 2.1. Принцип действия
Основной материал для изготовления варисторов — полупроводниковый карбид кремния SiC. Кристаллы SiC размалывают до размера 40-300 мкм, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Электропроводность порошка имеет нелинейный характер, однако она нестабильна, зависит от степени сжатия, крупности помола, меняется при тряске и т. п., поэтому порошок скрепляют связующим веществом. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают. Если в качестве связующего вещества используют глину, то полученный материал называют тирит. Для изготовления тирита смесь 74% мелкоизмельченного карбида кремния и глины прессуется и обжигается при температуре 1270°С. Если используют жидкое стекло (75% SiO2 + 24% Na2O + вода, то есть силикатный клей), то полученный материал, состоящий из 84% SiC и 16% связующего, называют вилит. Смесь для изготовления вилита прессуется и обжигается при температуре 380°С. При использовании в качестве связующего вещества ультрафарфоровой связки получают лэтин, а прессованный углерод с кристаллическим кремнием называется силит.

После этого поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы. Варисторы на основе карбида кремния имеют невысокий коэффициент нелинейности, порядка 5-7, поэтому в настоящее время для изготовления варисторов применяется оксид цинка с добавками оксидов висмута, кобальта, марганца, сурьмы и хрома. Технология его приготовления сложна, она включает раздельный размол компонентов, смешение со связкой, прессование, спекание с выжиганием связки, размол, вторичное спекание, вжигание электродов. В результате получается высококачественная керамика с высокой нелинейностью, величина которой составляет 50-70. Нелинейность варисторов на основе оксидных полупроводников связана не со свойствами кристаллитов (мелкие монокристаллы, не имеющие ясно выраженной огранки), а со свойствами межкристаллитных прослоек и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов. Однако варисторы на основе оксида цинка менее стабильны при работе и хранении, в них относительно легче получить большую нелинейность ВАХ, чем в варисторах из карбида кремния. Конструктивное оформление варисторов может быть различным в зависимости от назначения и необходимых параметров – диски, таблетки, стержни, бусинковые или пленочные.

Нелинейность ВАХ варисторов обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния.


Рис.11. ВАХ варисторов: синие - на основе ZnO, красные - на основе SiC.
При малых напряжениях на варисторе может происходить туннелирование электронов через тонкие потенциальные барьеры, существующие на поверхности кристаллов (SiO). При больших напряжениях на варисторе и, соответственно, при больших токах, проходящих через него, плотность тока в точечных контактах становится большой. Все напряжение, проложенное к варистору, падает на точечных контактах. Поэтому удельная мощность (мощность в единице объема), выделяющаяся в точечных контактах, достигает таких значений, которые нельзя не учитывать. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и к нелинейности ВАХ.

Сопротивление точечных контактов определяется сопротивлением растекания, т.е. сопротивлением малых активных областей полупроводника под точечными контактами. Из-за малости активных областей их разогрев практически не приводит к повышению температуры всего варистора. Кроме того, малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов – разогрева и охлаждения этих областей (с). Сопротивление растекания двух контактирующих кристаллов запишется в виде: где - удельная проводимость полупроводника, d – диаметр точечного контакта, B - коэффициент температурной чувствительности поверхностных слоев кристаллов. Статическое сопротивление варистора, состоящего из a параллельно включенных цепочек, имеющих в свою очередь, b последовательно включенных контактирующих кристаллов можно записать в виде

. (2.1)

Для активных областей варистора можно записать уравнение теплового баланса:

, (2.2)

где H – коэффициент рассеяния активных областей, T – температура активных областей, - температура окружающей среды. Из уравнения (2.2), учитывая (2.1) можно получить уравнения ВАХ варисторов в параметрической форме:



(2.3)

Уравнения (2.3) неудобны для расчета цепей с варисторами, т.к. содержат ряд величин (a, b, d, H), значения которых практически невозможно определить непосредственно.

Теперь можно описать принцип действия варисторов. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, последовательно с внутренним сопротивлением источника помех (имеется в виду сопротивление линии передачи данных с учетом омического импеданса кабеля), т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. При отсутствии перенапряжения ток, проходящий через варистор, очень мал. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.



Рис.12. Защита схемы с помощью варистора
При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.


Рис.13. Напряжение на нагрузке при коммутации в сети 0,4 кВ
Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но "срезает" импульсы опасного напряжения, что полностью обеспечивает сохранность даже ослабленной изоляции. Варистор в состоянии покоя имеет высокое сопротивление (несколько МОм) по отношению к защищаемому прибору и не изменяет характеристику электрической цепи. При превышении напряжения варистор имеет низкое сопротивление (всего несколько Ом) и фактически шунтирует прибор, т.е. устройство Е защищено.
^ 2.2. Основные характеристики и параметры
Классификационное напряжение, В — напряжение при определённом токе (обычно изготовители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет.

^ Рабочее напряжение, В (для пост. тока и для переменного) — диапазон — от нескольких В до нескольких десятков кВ; данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях.

^ Рабочий ток, А — диапазон — от 0,1 мА до 1 А

Максимальный импульсный ток, А

Поглощаемая энергия, Дж

Максимальное напряжение ограничения - это максимальное напряжение между выводами варистора в течение длительности импульса тока (8/20 μсек – предполагается, что это грозовой импульс)

^ Допускаемая мощность рассеивания - характеризует возможность рассеивать поглощаемую электрическую энергию в виде тепла. Этот показатель в основном определяется геометрическими размерами варистора и конструкцией выводов. Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, которые играют роль своеобразного радиатора.

Ток перегрузки - максимальный пиковый ток варистора при изменении напряжения варистора на 10% при стандартном импульсе тока (8/20 μсек) приложенный один или два раза с интервалом 5 мин.

^ Средняя рассеиваемая мощность - средняя мощность рассеяния при заданной температуре окружающей среды.

Емкость - опорная величина, измеряемая при заданной частоте. Варисторы имеют достаточно большую емкость, определенным образом зависящую от приложенного напряжения.



Рис.14. Типичные вольт-фарадные характеристики варистора
Как видно из приведенного рисунка, варистор имеет определенную емкость в рабочем режиме (когда нет импульсов напряжения), а при воздействии импульса напряжения емкость варистора практически равна нулю

Информацию о напряжении на варисторе в области больших токов изготовители приводят в технических условиях. Иногда это напряжение называют остающимся напряжением. При этом обязательно указывают длительность (форму) и амплитуду импульса тока, при воздействии которого на варистор эти измерения произведены. Остающееся напряжение при различных амплитудах тока импульса можно измерить на специальных импульсных установках.

^ Оценка срока службы варистора - определяется как максимально допустимое количество импульсов, прикладываемых к варистору. Для определения используются импульсы стандартной длительности - 8/20 микросекунд (или 10/1000).

^ Коэффициент нелинейности варистора – это отношение статического R и дифференциального r сопротивлений при заданном постоянном напряжении на варисторе:

. (2.4)

При учете соотношений (2.3), найдем дифференциальное сопротивление варистора:

. (2.5)

Тогда с учетом соотношений (2.4) и (2.5) коэффициент нелинейности варистора

(2.6)

Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO. Экспериментально коэффициент нелинейности можно оценить по формуле



Чаще всего коэффициент нелинейности определяется при токе 1 мА и 10 мА, при этом формула (3) приобретает вид



Вольт – амперная характеристика, как было отмечено, должна соответствовать уравнениям (2.3). Важно отметить, что вольт – амперная характеристика варистора – симметрична. Если же схема работает в узком диапазоне изменений напряжений и токов, то коэффициент нелинейности в этом диапазоне можно считать постоянным. Тогда



и ВАХ варистора будет иметь вид:

. (2.7)

Иногда ВАХ варисторов аппроксимируют уравнением:

, (2.8)

где и .

Используя уравнения (2.7) и (2.8), можно определить зависимость сопротивления от тока и напряжения:

, (2.9)

(2.10)

Температурные коэффициенты статического сопротивления, напряжения и тока (TKR, или; TKU, или ,TKI, или ). В связи с нелинейностью ВАХ следует различать температурные коэффициенты статического сопротивления варистора, измеренные при постоянных напряжении или токе, а также температурные коэффициенты напряжения и тока. Из уравнений (2.7) – (2.10), с учетом температурного изменения коэффициентов A и , получим:

, (2.11)

, (2.12)

, (2.13)

, (2.14)

При малых напряжениях на варисторах, когда коэффициент нелинейности , т.е. на линейном участке ВАХ

, (2.15)

Используя уравнения (2.11) – (2.14), определим соотношения между различными температурными коэффициентами варистора:

, .

У отечественных варисторов, в диапазоне температур от -40 до

, .

Частотные свойства варисторов могут определяться либо инерционностью процессов, приводящих к нелинейности ВАХ, либо собственной емкостью варистора. Инерционность разогрева и охлаждения активных областей под точечными контактами между кристаллами очень мала. Поэтому частотные свойства варисторов определяются временем перезаряда их собственной емкости.

В некоторых случаях указывают коэффициент защиты варистора - это отношение напряжения на варисторе при токе 100А к напряжению при токе 1мА (т.е. к классификационному напряжению). Этот коэффициент для варисторов на основе оксида цинка находится в пределах 1.4 - 1.6, и он характеризует способность варистора ограничивать импульсы перенапряжения. Другими словами - при росте напряжения в 1,4- 1,6 раза ток возрастает в 100 000 раз (!).

^ 2.3. Применение и основные схемы включения
Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.

Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии передачи, линии связи, электрические приборы) и др.

Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение - изменение параметров со временем и при колебаниях температуры. В последние 5 лет появились на рынке так называемые "нестарящиеся" варисторы, имеющие по ряду параметров улучшение электрических свойств во времени под напряжением промышленной частоты. Важно отметить, что варисторы, как элементы защиты устанавливают параллельно защищаемому прибору (схеме).


^ 3. Лабораторное задание


  1. Снять зависимость R=f(T) для терморезистора при различных температурах.

  2. Снять статическую вольт – амперную характеристику терморезистора.

  3. Вычислить коэффициент температурной чувствительности B и температурный коэффициент сопротивления согласно формулам (1.2) и (1.3).

  4. Снять вольтамперной характеристики варистора на постоянном токе. Подать питание на измерительную схему рис. 15. Изменяя входное напряжение от 0 до 60 В, замерить и записать значения тока через варистор (6…8 точек).

  5. Исследовать мостовой стабилизатор напряжения на варисторах на постоянном токе.

  6. Исследовать мостовой стабилизатор напряжения на варисторах на переменном токе.

  7. Зарисовать осциллограммы напряжений на выходе мостового стабилизатора.



4. Эксперимент
Описание экспериментальной установки для выполнения заданий 1-3.

Эксперимент проводится на установке аналогичной изображенной на рис.15. Терморезистор помещается в термостат, температура внутри которого измеряется термометром или термопарой. Сопротивление резистора измеряется омметром.


Рис.15. Экспериментальная установка
Снятие вольтамперных характеристик выполняется по схеме, приведенной на рис. 15. Измерительная цепь питается от источника постоянного регулируемого напряжения ИП с вольтметром V. Ток через терморезистор измеряется миллиамперметром.

Описание экспериментальной установки для выполнения заданий 4-6.

4. Вольтамперные характеристики варистора снимаются по схеме рис. 15. Снять вольтамперной характеристики варистора на постоянном токе. Подать питание на измерительную схему рис. 15. Изменяя входное напряжение от 0 до 60 В, замерить и записать значения тока через варистор.

Варисторы широко применяются в технике для защиты от перенапряжений (искрогасители), в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в преобразователях сигнала (умножители частоты). В данной работе исследуется мостовой стабилизатор напряжения на варисторах (рис. 16).


Рис.16. Мостовой стабилизатор
Напряжение на выходе стабилизатора равно разности напряжений на варисторе (U) и на линейном резисторе (UR): Uвых = U - UR. С ростом входного напряжения Uвх растет ток в элементах моста. Выходное напряжение, как видно из рис.17а, вначале увеличивается, затем падает до нуля и после изменения знака снова растет по абсолютной величине.


а б

Рис.17. Характеристики стабилизатора
Внешняя характеристика стабилизатора Uвых(Uвх) в режиме холостого хода приведена на рис. 17б.

Выходное напряжение остается приблизительно постоянным при изменении входного напряжения от Uвх1до Uвх2, когда величина дифференциального сопротивления варистора равна или близка к величине сопротивления линейного резистора. Количественной оценкой стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации

(4.1)

При синусоидальном входном напряжении мост стабилизирует действующее значение выходного напряжения. Последнее содержит третью гармонику, удельный вес которой возрастает с ростом амплитуды входного напряжения.

При исследовании стабилизирующих свойств варисторов будет использоваться схема, приведенная на рис.17.


Рис.17. Схема мостового стабилизатора на варисторах
5. Исследование моста на постоянном токе.

Отключить осциллограф рубильником К. Переключатель П2 установить в положение «1». Подключить к схеме источник постоянного напряжения и регулируя его напряжение, установить по цифровому вольтметру V напряжение Uвх на входе стабилизатора 10 В. Установить переключатель П2 в положение «2» и измерить напряжение Uвых на выходе стабилизатора. Провести аналогичные измерения при увеличении входного напряжения до 80 В (через 10 В. Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле (4.1).

6. Исследование моста на переменном токе.

Включить осциллограф и подключить его к исследуемой цепи, замкнув рубильник К. Переключить клеммы и переключатель рода работы цифрового вольтметра в режим измерения переменного напряжения. Подать на вход схемы переменное напряжение от задающего генератора ЗГ и провести измерения, аналогичные измерениям на постоянном токе.

Список литературы


  1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб.: Лань. – 2006. – 479 с.

  2. Трегубов С.В., Пантелеев В.А., Фрезе О.Г. Общие принципы выбора варистора для защиты от импульсных./ http://www.proton-impuls.ru/stati/opvv.htm

  3. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам. Под ред. Шалимовой К.В. М.: Высшая школа. - 1968. - 464 с.

  4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М.: Высшая школа. – 1991. - 622 с.

  5. Герасимов В.Г, Князьков О.М., Краснопольский А.Е., Сухоруков В.В. Основы промышленной электроники. М.: Высшая школа. – 1986. - 366 с.



Скачать файл (545 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации