Was ist ein Varistoren?
Ein Varistor ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Elektroden, deren Widerstand sich je nach der angelegten Spannung ändert.
Der Begriff Varistor leitet sich von Variable + Resistor ab und bedeutet “veränderlicher Widerstand”. Aus diesem Grund wird er manchmal auch als nicht direkter Widerstand oder als spannungsabhängiger Widerstand bezeichnet.
Spannung und Strom sind durch ein nichtproportionales Verhältnis gekennzeichnet: Wenn die an den Varistor angelegte Spannung niedrig ist, ist der Widerstand hoch, und wenn die Spannung hoch ist, ist der Widerstand niedrig.
Verwendungszwecke von Varistoren
Varistoren haben einen von der Spannung abhängigen Widerstand. Diese Eigenschaft kann zum Schutz von IC-Elementen und anderen Geräten vor statischer Elektrizität oder zum Schutz elektronischer Geräte vor Blitzüberspannungen verwendet werden.
Wenn eine anormale Spannung an ein Element wie einen IC oder ein elektronisches Gerät angelegt wird, kann dies zu einer Fehlfunktion oder Zerstörung führen. Wenn eine hohe Spannung an einen Varistor angelegt wird, wird der Widerstand des Varistors niedrig. Dies erleichtert den Stromfluss im Schaltkreis und verringert die Belastung der elektronischen Geräte, indem ein Spannungsabfall in der Leitungsimpedanz entsteht. Weitere Anwendungen sind die Verhinderung elektrostatischer Entladungen und die Verhinderung von Zersplitterung.
1. Verhinderung von Entladungen durch statische Elektrizität
Elektronische Geräte mit externen Schnittstellen, wie z. B. Mobiltelefone, Musikplayer und USB-Geräte, die im täglichen Leben verwendet werden, lassen sich nur schwer gegen statische Elektrizität abschirmen und erfordern daher den Einsatz von Bauelementen zur Verhinderung statischer Elektrizität. Denn die technische Raffinesse und die schwierige Herstellung dieser Geräte machen sie anfällig für elektrostatische Entladungen und damit anfällig für Zerstörung.
Bisher wurde ein stabiles und konstantes Spannungselement, die so genannte Zener-Diode, als Methode zur Verhinderung statischer Elektrizität verwendet, aber die Entwicklung von kleinen, kostengünstigen Multilayer-Chip-Varistoren hat zur Verwendung von Varistoren geführt.
2. Anti-Dispersionsmittel
Kommutatormotoren sind ein Oberbegriff für Elektromotoren und Leistungsgeräte mit einem mechanischen Kommutator und Bürsten, die den fließenden Strom entsprechend der Drehphase umschalten und die Leistung der rotierenden Welle in einer konstanten Richtung halten.
Eine Art von Kommutatormotor ist der Bürsten-Gleichstrommotor, der einen Teil hat, der Bürste genannt wird und durch den der Strom direkt fließt, aber der Kommutator, der sich intermittierend dreht, erzeugt Hochspannung und Funken, wodurch die Bürsten verschleißen und Geräusche erzeugt werden. Um dies zu verhindern, werden Varistoren eingesetzt.
Das Prinzip eines Varistors
Ein Varistor besteht aus zwei Elektroden, die zwischen zwei keramischen Halbleitern liegen, deren Hauptbestandteil Zinkoxid ist. Die Eigenschaften eines Varistors lassen sich als I=KV^α ausdrücken, wobei I der Strom und V die Spannung ist. wobei K eine elementspezifische Konstante und α der Spannungs-Nichtlinearitätskoeffizient (α-Faktor) ist.
Der Spannungs-Nichtlinearitätskoeffizient ist ein Koeffizient, der die Krümmung nach dem Brechungspunkt ausdrückt, dem Punkt, an dem der Übergang von niedrigem zu hohem Widerstand erfolgt. Das Ersatzschaltbild eines Varistors besteht aus zwei umgedrehten Zenerdioden, die parallel zu einem Kondensator geschaltet sind.
Daraus ist ersichtlich, dass der Varistor eine Kondensatorkomponente hat, was bedeutet, dass die Spannung über dem Varistor niedrig ist und dass der Varistor eine geringe Kapazität hat, wenn er einen hohen Widerstand hat.
Bis zu einer bestimmten Spannung lässt die Struktur aufgrund des hohen Widerstands keinen Strom fließen, aber wenn eine Last über einer bestimmten Spannung angelegt wird, ist die Spannung höher als der Widerstand, so dass aufgrund des quantenmechanischen Tunneleffekts ein großer Strom fließt. Wenn also eine Hochspannungslast an ein Element oder ein elektronisches Gerät angelegt wird, dient der Varistor dazu, statische Elektrizität zur Erde abzuleiten usw.
Weitere Informationen über Varistoren
Eigenschaften von Varistoren
Varistoren haben eine bestimmte Lebensdauer. Es ist notwendig, einen Varistor auszuwählen, dessen Lebensdauer anhand der an den Varistor angelegten Spannung, der Widerstandsfähigkeit des Varistors und eines linearen Diagramms, das die Ergebnisse der Überspannungswellenform zeigt, richtig bestimmt werden kann, d. h. sowohl der freigegebene als auch der kurzgeschlossene Ausgang. Werden die Vorgaben weit überschritten, kann das Produkt brechen oder zerspringen und zu Verletzungen führen.
Eine weitere ähnliche Struktur ist die Zenerdiode, die sich leicht unterscheidet, da sie eine symmetrische Strom-Spannungs-Charakteristik aufweist und daher keine Polarität besitzt.