Краткие сведения из теории

в аристором называется нелинейный полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения.

Варисторы изготавливаются из размолотого карбида кремния (SiC) с добавкой связующего вещества.

Причинами, обусловливающими нелинейность вольтамперной характери­стики варистора, являются:

– микронагрев контактов между отдельными зернами карбида кремния, приводящий к возрастанию проводимости элемента во всем объеме;

– увеличение проводимости вследствие частичного про­боя оксидных пленок, покрывающих зерна карбида кремния, при напряженностях электрического поля E = 10⁵…10⁶ В/м;

– существование на поверхности зерен карбида кремния запирающих р-п-переходов, обусловленных различ­ным характером электропроводности по поверхности и в объеме отдельного зерна SiC.

ВАХ варистора (рис. 3.1), как и всякого нели­нейного резистора, в рабочей точке (точка А) харак­теризуется статическим и дифференциальным сопротивле­ниями

                                                       (3.1)

где М _U , M_I — масштабы по осям координат.

Степень нелинейности ВАХ оценивается коэффициентом нелинейности

                                         ,                                                       (3.2)

который у варисторов довольно велик (b = 2…7) и несколько меняется в различных точках ВАХ. Разделяя переменные в выражении (3.2) и интегрируя, можно получить аналитическую аппроксимацию ВАХ варистора  ,                                                                   (3.3)

 где В – посто­янная, зависящая от свойств полупроводникового материала и геометрических размеров варистора.

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. 3.2). напряжение на выходе стабилизатора равно разности напряжений на варисторе ( U ) и на линейном резисторе ( U_R ): U _вых = U - U_R. С ростом входного напряжения U_вх растет ток в элементах моста. Выходное напря­жение, как видно из рис. 3.3, вначале увеличи­вается, затем падает до нуля и после изменения знака снова растет по абсолютной величине. Внешняя характери­стика стабилизатора U_вых(U_вх) в режиме холостого хода приведена на рис. 3.4.

Выходное напря­жение остается приблизительно постоянным при изменении входного напряжения от U_вх1 до U _вх2 , когда величина диф­ференциального сопротивления варистора равна или близка к величине сопротивления линейного резистора. Количественной оценкой стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации

                                                 (3.4)

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