ויסטורים - עקרון הפעולה, סוגים ויישום

וריסטור הוא רכיב מוליך למחצה שיכול לשנות את ההתנגדות הפעילה שלו באופן לא ליניארי בהתאם לגודל המתח המופעל עליו. למעשה, מדובר בנגד בעל מאפיין זרם-מתח כזה, שהחתך הליניארי שלו מוגבל לטווח צר, אליו מגיעה ההתנגדות של הווריסטור כאשר מופעל עליו מתח מעל סף מסוים.

בשלב זה, ההתנגדות של היסוד משתנה בחדות במספר סדרי גודל - היא יורדת מעשרות ההתחלה של MΩ ליחידות של אוהם. וככל שהמתח המופעל גדל יותר, כך ההתנגדות של הווריסטור הולכת וקטנה. תכונה זו הופכת את הווריסטור למרכיב עיקרי של התקני הגנה מודרניים מפני נחשולי מתח.

המחובר במקביל לעומס המוגן, הווריסטור סופג את זרם ההפרעה ומפזר אותו כחום. ובסוף אירוע זה, כאשר המתח המופעל יורד וחוזר מעל הסף, הווריסטור משחזר את ההתנגדות הראשונית שלו ומוכן שוב לבצע פונקציית הגנה.

אנו יכולים לומר שהווריסטור הוא אנלוגי מוליכים למחצה של פער ניצוץ גז, רק בווריסטור, בניגוד לניצוץ גז, ההתנגדות הגבוהה הראשונית משוחזרת מהר יותר, אין כמעט אינרציה, וטווח המתחים הנומינליים מתחיל מ-6 ו מגיע ל-1000 וולט יותר.

מסיבה זו, וריסטורים נמצאים בשימוש נרחב במעגלי הגנה. מתגי מוליכים למחצה, במעגלים עם אלמנטים אינדוקטיביים (לכיבוי ניצוצות), כמו גם אלמנטים עצמאיים של הגנה אלקטרוסטטית של מעגלי הכניסה של מכשירים אלקטרוניים.

תהליך ייצור וריסטו מורכב מסינטרינג של מוליך למחצה אבקת עם מקשר בטמפרטורה של כ-1700 מעלות צלזיוס. כאן משתמשים במוליכים למחצה כגון תחמוצת אבץ או סיליקון קרביד. הקלסר יכול להיות זכוכית מים, חימר, לכה או שרף. על האלמנט בצורת דיסק המתקבל על ידי סינטר, אלקטרודות מוחלות על ידי מתכת שאליה מולחמים חוטי ההרכבה של הרכיב.

בנוסף לצורת הדיסק המסורתית, ניתן למצוא וריסטורים בצורה של מוטות, חרוזים וסרטים. וריסטורים מתכווננים עשויים בצורה של מוטות עם מגע נע. חומרים מוליכים למחצה מסורתיים המשמשים לייצור וריסטורים המבוססים על סיליקון קרביד עם קשרים שונים: תיריט, וויליט, לטין, סיליט.

עקרון הפעולה הפנימי של הווריסטור הוא שהקצוות של גבישי מוליכים למחצה קטנים בתוך מסת המליטה נמצאים במגע זה עם זה, ויוצרים מעגלים מוליכים. כאשר זרם בסדר גודל מסוים עובר דרכם, מתרחשת התחממות יתר מקומית של הגבישים וההתנגדות של המעגלים יורדת. תופעה זו מסבירה את אי-ליניאריות ה-CVC של הווריסטור.

אחד הפרמטרים העיקריים של הווריסטור, יחד עם מתח התגובה ה-rms, הוא מקדם הלא-לינאריות, המציין את היחס בין ההתנגדות הסטטית להתנגדות הדינמית. עבור וריסטורים המבוססים על תחמוצת אבץ, פרמטר זה משתנה בין 20 ל-100. באשר למקדם הטמפרטורה של ההתנגדות של הווריסטור (TCR), הוא בדרך כלל שלילי.

וריסטורים הם קומפקטיים, אמינים ומתפקדים היטב בטווח רחב של טמפרטורות פעולה. במעגלים מודפסים וב-SPDs ניתן למצוא וריסטורים דיסקים קטנים בקוטר של 5 עד 20 מ"מ. כדי לפזר הספקים גבוהים יותר, נעשה שימוש בווריסטורי בלוקים במידות כוללות של 50, 120 ומעלה מילימטרים, המסוגלים לפזר קילו-ג'אול של אנרגיה בפולס ולהעביר דרכם זרמים של עשרות אלפי אמפר, תוך איבוד יעילות.

אחד הפרמטרים החשובים ביותר של כל וריסטו הוא זמן התגובה. למרות שזמן ההפעלה הטיפוסי של וריסטור אינו עולה על 25 ns, ובמעגלים מסוימים זה מספיק, בכל זאת במקומות מסוימים, למשל, להגנה מפני אלקטרוסטטיקה, נדרשת תגובה מהירה יותר, לא יותר מ 1 ns.

בקשר עם צורך זה, היצרנים המובילים בעולם של וריסטורים מכוונים את מאמציהם להגביר את הביצועים שלהם. אחת הדרכים להשיג מטרה זו היא להפחית את אורך (בהתאמה, השראות) של המסופים של הרכיבים הרב-שכבתיים. וריסטורי CN כאלה כבר תפסו מקום ראוי בהגנה מפני פלט סטטי של מעגלים משולבים.

מתח דירוג הווריסטור DC (1mA) הוא פרמטר מותנה, במתח זה הזרם דרך הווריסטור אינו עולה על 1mA.המתח הנקוב מצוין על סימון הווריסטור.

ACrms היא תגובת מתח AC rms של הווריסטור. DC - הפעלת מתח DC.

בנוסף, המתח המרבי המותר בזרם נתון הוא סטנדרטי, למשל V @ 10A. W הוא פיזור ההספק הנקוב של הרכיב. J היא האנרגיה המקסימלית של דופק בודד שנקלט, הקובעת את הזמן שבמהלכו הווריסטור יוכל להפיץ את ההספק הנקוב בעודו במצב טוב. Ipp - זרם השיא של הווריסטור, מנורמל לפי זמן העלייה ומשך הדופק הנקלט, ככל שהפולס ארוך יותר, כך זרם השיא המותר נמוך יותר (נמדד בקילואמפר).

כדי להשיג פיזור כוח גדול יותר, מותר חיבור מקביל וסדרתי של וריסטורים. בחיבור במקביל, חשוב לבחור בווריסטורים קרוב ככל האפשר לפרמטרים.