Varistoare

1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE

1.1. Definiţie

Materialele semiconductoare sunt cele a căror capacitate de a conduce curentul electric este mai slabă decât a conductoarelor, dar mai bună decât a izolatoarelor.

Cele mai folosite materiale sunt: siliciul şi germaniul (la fabricarea componentelor electronice ca diode, tranzistori, redresoare, varistoare), dar şi combinaţii semiconductoare ca: sulfurile, carburile, oxizii- folosite la iluminatul cu lămpi fluorescente, dispozitive de măsurare a temperaturii, fabricarea ecranelor de televizor. Se mai folosesc stibiul şi arsenul, indiul.

Semiconductoare: materiale solide sau lichide cu o conductivitate electrică intermediară între materialele conductoare şi cele izolatoare conductoare (metale): rezistivitatea variază între 10-6 si 10-4 ohm∙cm rezistivitatea izolatorilor (diamant, cuarţ) este intre 1010 si 1020 ohm∙cm

Materialele semiconductoare (siliciul şi germaniul): rezistivităţi intermediare (sute sau mii ohm∙cm); se găsesc pe coloana a IV-a a tabelei Mendeleev, având patru electroni de valenţă. Modificarea comportării materialelor semiconductoare se face prin adăugare de impurităţi, prin procesul de dopare

1.2. Tipuri de materiale semiconductoare

Materialele semiconductoare sunt de două tipuri:

- tip n, unde electronii sunt in exces; obţinute prin adăugarea de impurităţi precum fosforul, arseniul, elemente care se găsesc pe coloana a V-a ;

- tip p, unde purtătorii de sarcină în exces sunt cei pozitivi (goluri); obţinute prin adăugarea de impurităţi precum borul sau aluminiul, aflate pe coloana a III-a şi având trei electroni de valenţă.

2. VARISTORUL

2.1. Prezentare generală

Varistoarele sînt fabricate din materiale semiconductoare (carbură de siliciu) şi au o caracteristică puternic dependentă de tensiunea la borne.

Scopul în care este folosit varistorul este de protecţie a unui circuit, împotriva vîrfurilor accidentale de tensiune (spe exemplu, produse la contactele unui releu de sarcina inductivă).

Varistoarele sunt defapt rezistoare a căror reziatenţă se modifică în funcţie de tensiune, deci caracteristica curent-tensiune este nelineară (figura 1). În figura 2 sunt prezentate cateva simboluri ale varistoarelor.

Fig. 1 Caracteristica I(U) a varistorului Fig. 2 Simboluri ale varistoarelor

2.2 Caracteristica electrică a varistoarelor

Caracteristica electrică curent-tensiune poate fi prezentată prin relaţiile (1).

(1)

unde:- k (sauC) este o constantă;

-α(sau β=1/α) este coeficientul de nelinearitate care depinde de materialul folosit la realizarea varistoarelor (α≈5 pentru SiC şi α [20,40]pentru ZnO).

2.3. Parametrii varistoarelor

Principalii parametri ai varistoarelor sunt:

a) tensiunea nominală (Un) – reprezintă valoarea tensiunii continue la care funcţionează varistorul când este parcurs de curentul nominal;

b) curentul nominal (In) - reprezintă valoarea curentului prin varistor când tensiunea este egală cu Un;

c) puterea nominală disipată (Pn);

d) asimetria curenţilor – reprezintă o mărime care caracterizează abaterea relativă a curentilor (I1 I2) pentru aceeaşi tensiune aplicată în ambele sensuri:

(2)

e) coeficientul de temperatură (al curentului) [x]

2.4. Stabilitatea termică a varistoarelor

Ca o consecinţă a activării termice a curentului, stabilitatea termică a varistoarelor trebuie analizată în două situaţii diferite:

- În regim de serviciu nominal, prin creşterea temperaturii mediului ambiant sau creşterea tensiunii reţelei;

- În regim de serviciu de avarie, energia din undele de supratensiune produce o creştere rapidă şi pronunţată a temperaturii;

Regimul de impuls este, de regulă, specificat de către producător, prin marcarea capacităţii de absorbţie în energie a respectivului dispozitiv, pentru o anumită tensiune maximă, în cazul unui impuls standardizat. Bineînţeles, acest parametru este pur informal, deoarece nici o lovitură

de trăznet reală nu este standardizată, în evaluarea energiei vehiculate, fiind implicaţi mai mulţi parametrii, cum ar fi temperatura mediului ambiant, temperatura varistorului,

forma de undă a impulsului, etc.

Pentru a mări capacitatea de absorbţie în energie în cazul unui impuls, există numeroase soluţii tehnice (noi materiale, radiatoare, alte sisteme de răcire, etc.). În general, varistoarele se comportă în conformitate cu specificaţiile fabricantului, datorită unei serii de teste efectuate în prealabil. Nici un model matematic nu poate descrie complet un astfel de incident; metodele experimentale sunt singurele care pot caracteriza acest tip de defecţiuni electrice