Область применения

Исследования и разработки в области оксидно-полупроводниковых варисторов стимулированы развитием полупроводниковой и микроэлектронной техники, которая, в отличие от электронно-ламповой, обладает крайне низкой устойчивостью по отношению к перенапряжениям, возникающим в реальной аппаратуре. Варисторы эффективно используются для стабилизации напряжений, ограничения импульсных перегрузок, искрогашения на контактах, помехоподавления, управления люминесцентными индикаторами и жидкокристаллическими дисплеями, помехоподавления и искрогашения в коллекторных микродвигателях, защиты спецаппаратуры от ЭМИ-фактора и т.д.

Область применения варисторов включает: системы телефонии и связи, системы железнодорожной связи и автоматики, тиристорные источники питания и преобразователи, вторичные источники питания, телевизионную технику, ряд областей электроники, бортовые радиоэлектронные системы, робототехнику, микроэлектронные системы, дискретные полупроводниковые приборы. В последнее время область применения значительно расширилась: варисторы используются для ограничения перегрузок и помехоподавления в бытовой звуковой аппаратуре высокого класса, видеомагнитофонах и автомобильной микроэлектронике.

Например, для защиты оборудования от импульсных напряжений в разных странах применяются вентильные разрядники, RC-цепочки, LC-фильтры и т.д. Однако в последние десятилетия во всем мире наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида признано использование нелинейных полупроводниковых резисторов – варисторов.

Основной принцип действия варистора весьма прост. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.

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. 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.

Наиболее широкое применение находят варисторы на основе оксида цинка, что обусловлено, во-первых, относительной простотой их изготовления и, во-вторых, хорошей способностью оксида цинка поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения.

Также стоит отметить, что варисторы изготавливаются из функциональной керамики, интерес к которой значительно возрос в последние годы. Важным достоинством керамики является высокая доступность сырья, в том числе для получения бескислородной керамики типа карбидов и нитридов кремния, циркония или алюминия, заменяющих дефицитные металлы.

Использование керамики открывает возможность для создания разнообразных по свойствам материалов в пределах одной и той же химической композиции. Любое, даже самое малое керамическое изделие состоит из огромного числа кристаллитов размер, форма и относительное расположение которых определяют их свойства. Отсюда возникает перспектива дальнейшей микроминиатюризации приборов с использованием керамических элементов.