Варистор: принцип действия, проверка и подключение

Содержание

Скачки напряжения – бич электрических сетей, поэтому существует различные приборы, которые защищают последние от перепадов. Так как скачки могут быть разными по величине, то и приборы специально подбираются под данное значение. К примеру, варисторы устанавливаются в электрических цепях для их защиты от скачков значительной величины. Но, как и все элементы, варисторы иногда выходят из строя, и причин тому несколько. Но нас в этой статье будет интересовать другой вопрос – как проверить варистор мультиметром? На него и будем отвечать, дополняя информацией о самом радиоэлементе.

Защита электрических схем

Перед тем как отвечать на вопрос, как проверить варистор, необходимо понять, в каких конкретных целях он используется. Наверное, не стоит говорить о том, что защита электрических цепей – это основное требование их корректной работы. Все дело в том, что проводка и приборы в сети обладают определенной изоляцией, которая соответствует номинальному напряжению. То есть, превышение этого показателя тут же влияет на качество изоляции. И если высокое напряжение будет действовать долго, то изоляция будет пробита. Так что до короткого замыкания не так и долго остается.

Но существует такое понятие, как рабочее напряжение. Оно отличается от номинального, и разница (в большую или меньшую сторону) не должна превышать определенный уровень, который обычно называется максимальное рабочее напряжение. В электрических сетях появляются и другие разновидности, которые действуют краткосрочно, правда их величина может быть очень большой. Такое напряжение называется импульсным. Именно для защиты от него в электрические сети устанавливается варистор.

Варистор – применение и проверка

Варистор – это полупроводниковый резистор нелинейного типа. Принцип работы варистора очень прост. Его обычно подключают к защищаемой цепи, участку, приборам параллельно. Он совершенно бездействует, пока в цепи напряжение не переходит черту максимально допустимого значения. То есть, когда возникает импульс, сопротивление самого радиоприбора резко уменьшается, через него проходит ток, нагрузка шунтируется и поглощенная таким образом электроэнергия переходит в энергию тепловую.

Проверка варистора мультиметром

Теперь о том, как правильно проверить данный радиоприбор на его пригодность. Самый лучший вариант – это проверка мультиметром. Варисторы проверяются на сопротивление. Если эта характеристика, показываемая мультиметром, большая, то сам прибор находится в отличном состоянии. Если величина малая, то этот элемент лучше нигде не использовать.

Итак, давайте рассмотрим, как пользоваться мультиметром, для определения сопротивления. Запомните, что этот тестовый прибор может измерять напряжение и силу тока. Напомним, что при проверке постоянного напряжения, тестер выставляется в позицию «ACV», при проверке переменного в позицию «DCV». Но нас интересует именно проверка сопротивления.

Если варистор впаян в схему, то его один конец надо обязательно отпаять, чтобы другие элементы цепи не влияли на корректность снятия показаний. Тестер переключается в режим сопротивления. С помощью рукоятки на мультиметре выставляется величина, обозначенная в кОм, соответствующая величине сопротивления самого варистора, которое указывается на корпусе прибора. Обязательно надо учитывать допуск величины. К примеру, если данный показатель варистора составляет 200 кОм, то с учетом допуска (15%) проверку можно проводить в пределах от 170 до 230 кОм. Если выявляется, что параметр элемента больше или меньше этих значений, то его можно считать неисправным.

Ремонт и диагностика неисправностей радиоэлектронных устройств происходит путём нахождения вышедших из строя элементов с последующей их заменой. Визуально определить, какая радиодеталь неисправна, часто не представляется возможным, поэтому для выявления поломок используют измерительные приборы — тестеры. С их помощью проверить варистор обычно не составляет труда.

Назначение и характеристики

Варистор — это электронный прибор, имеющий два контакта и обладающий нелинейно-симметричной вольт-амперной характеристикой. Термин «варистор» произошёл от латинских слов variable — «изменяемый» и resisto — «резистор». По своей сути он является полупроводниковым резистором, способным изменять своё сопротивление в зависимости от приложенного к его выводам напряжения.

Изготавливаются такого типа резисторы путём спекания при высокой температуре полупроводника и связующего материала. В качестве полупроводника используется карбид кремния, находящийся в порошкообразном состоянии, или оксид цинка, а связующего вещества — стекло, лак, смола. Полученный после спекания элемент подвергается металлизации с дальнейшим формированием выводов. По своей конструкции приборы выполняются в форме, похожей на диск, таблетку, цилиндр, или плёночного вида.

Обладая свойством резко уменьшать своё сопротивление при возникновении на его выводах определённого напряжения, варистор применяется в электронных схемах в качестве защитного элемента. При возникновении броска напряжения определённой величины полупроводниковый прибор мгновенно снижает своё внутреннее сопротивление до десятков Ом, тем самым практически закорачивая цепь, не давая импульсу повредить остальные элементы схемы. Поэтому важным параметром варистора является значение напряжения, при котором наступает пробой устройства.

Принцип работы элемента подразумевает его включение параллельно цепи питания. После его срабатывания и уменьшения напряжения на входе он самовосстанавливается до первоначального значения. Из-за малой инерционности это происходит мгновенно.

Основные параметры

Перед тем как проверить варистор на исправность, необходимо понимать не только принцип его действия, но и знать, какими характеристиками он обладает. Как и любой электронный элемент, варистор имеет ряд характеристик, которые позволяют его использовать в различных схемах. Основным параметром является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она наглядно показывает, как меняется ток при той или иной величине напряжения. Изучая ВАХ, можно увидеть что варистор, обладая симметрично-двунаправленной характеристикой, работает как в прямой, так и обратной зоне синусоиды, напоминая стабилитрон.

Кроме ВАХ, при исследовании варистора отмечаются следующие характеристики:

  • Um — наибольшее допустимое рабочее напряжение для тока переменной или постоянной величины.
  • P — мощность, которую может рассеять на себе элемент без ухудшения своих параметров.
  • W — допустимая энергия в джоулях, которую может поглотить радиоэлемент при воздействии одиночного импульса.
  • Ipp — наибольшее значение импульсного тока, для которого определена форма импульса.
  • Co — ёмкость, значение которой измеряется у варистора в нормальном состоянии.

Но на практике особое внимание уделяется в основном параметру Um. Эта характеристика показывает уровень напряжения, при котором происходит пробой элемента и начинает течь ток.

Виды устройств

Разнообразие встречаемых видов варисторов обусловлено тем, что производители стремятся в первую очередь повысить их быстродействие. Поэтому и используются SMD технологии безвыводного монтажа, что позволяет добиваться малого времени срабатывания при скачке входного напряжения. Типовое время срабатывания элементов с выводами находится в пределе 15−25 наносекунд, а SMD — 0,5 наносекунд.

Существует класс низковольтных варисторов и высоковольтных. Первые выпускаются с рабочим напряжением до двухсот вольт и силой тока до одного ампера. Вторые же имеют рабочее напряжение до двадцати киловольт. Маломощные элементы используются в качестве защиты от скачка напряжения, возникающего в бытовой сети, а мощные применяются на трансформаторных подстанциях и в системах защиты от грозы.

Маркировка элементов

Независимо от производителя существует стандарт маркировки варисторов. На сам элемент принято наносить цифробуквенный код, в котором зашифровываются основные параметры. Например, для дискового типа это обозначение выглядит как S6K210, где:

  • S — материал, из которого изготовлен варистор;
  • 6 — диаметр корпуса элемента, указывается в миллиметрах;
  • K — величина допуска отклонения;
  • 210 — значение рабочего напряжения, выраженное в вольтах.

Для планарного типа используется такая же маркировка, только первыми буквами ставится CN, обозначающая тип изделия.

На схемах радиоэлемент графически обозначается как перечёркнутый прямоугольник. На перечёркивающей палочке делается полочка, над которой ставится буква U. Подписывается на схемах элемент латинскими буквами RU.

Методы проверки мультиметром

Для проверки варистора, впрочем, как и любого другого радиоэлемента, проще всего использовать специально разработанные для этого приборы. В качестве таких устройств используются мультиметры. Основной параметр, который можно им померить — это внутреннее сопротивление элемента. Но перед тем как непосредственно приступить к проверке варистора, следует подготовиться.

Кроме мультиметра, понадобится:

  • паяльник;
  • припой;
  • флюс;
  • даташит.

Измерение сопротивления элемента можно проводить и без его выпаивания из схемы, но для получения достоверных данных следует отсоединить от платы хотя бы один его вывод. Вся подготовка сводится к тому, что полупроводниковый элемент сначала визуально осматривается на отсутствие: расколов, почернений, трещин. Если сразу видно лопнувший корпус, то проверку можно дальше не проводить. Такой варистор явно неисправен.

Паяльник, флюс и припой понадобится для того, чтобы отпаять один из выводов элемента или даже снять его целиком, а после проверки при необходимости запаять обратно. Даташит на элемент представляет собой официальный документ, выпускаемый производителем. В нём указываются все основные данные и характеристики.

Даташит используется для того, чтобы точно знать, какое рабочее сопротивление в состоянии покоя у радиодетали. Если при замере мультиметром сопротивление варистора не отличается более чем на 10%, то он считается исправным. Если сопротивление значительно меньше указанного в даташите, то его понадобится заменить. Важно отметить, что в обычном состоянии сопротивление варистора достигает нескольких сотен мегаом, поэтому и тестер должен иметь возможность измерять в этом пределе.

Измерения стрелочным прибором

Такое устройство считается аналоговым. В его конструкции используется электромеханическая головка. Она представляет собой рамку, помещаемую в магнитное поле. В зависимости от силы тока стрелка в рамке отклоняется, останавливаясь в определённом положении. Диапазон отклонения стрелки проградуирован числами, согласно которым и вычисляется сопротивление.

Перед тем как приступить к проверке варистора, стрелочный мультиметр понадобится настроить. Для этого выполняется его калибровка. Её суть сводится к выставлению нулевого положения стрелки путём вращения специальной ручки при замыкании щупов друг с другом.

Для этого кнопкой переключения выбирается режим работы, соответствующий значку «Ω», а галетный переключатель устанавливается на самый большой предел измерения сопротивления тестером. Чаще всего он обозначается как «х100», что соответствует мегаомам. Измерение сопротивления происходит от установленного в устройстве источника питания (батарейки). Поэтому, если выставить стрелку в ноль не получается, то батарейку понадобится заменить.

Проводя непосредственно измерения, одним щупом тестера дотрагиваются до одного вывода варистора, а другим — до другого. В итоге возможно три исхода:

  1. Стрелка отклонится до нуля или покажет сопротивление в районе килоомов. Делается вывод о неисправности элемента (пробой).
  2. Результат измерений лежит в пределах сотни мегаом. Такое показание указывает на исправность варистора.
  3. При прикасании к выводам радиоэлемента стрелка никак на это не реагирует. Возможные причины в следующем: диапазона работы прибора не хватает для измерения величины сопротивления варистора, неисправен прибор, неисправен радиоэлемент (обрыв).

Цифровой тестер

Используя цифровой мультиметр, проверить варистор на работоспособность будет немного проще, чем аналоговым. Это связано с тем, что цифровой тестер в своей конструкции имеет жк-дисплей, на котором наглядно отображается измеренное сопротивление.

В основе работы тестера такого тип лежит аналого-цифровой преобразователь, принцип работы которого построен на сравнение измеряемого сигнала с опорным. Следует отметить, что, если при включении тестера на экране высвечивается значок мигающей батарейки, то элемент питания понадобится заменить. Порядок измерения сопротивления варистора можно представить в виде следующих действий:

  1. Переключателем устанавливается максимальный предел измерения сопротивления. Обычно этот предел указывается числом и буквой. Если написаны просто числа, то единица измерения — Ом, буква K после числа обозначает килоом, буква M — мегаом.

  2. Щупы фиксируются на двух выводах варистора, а обратные концы проводов со штекерами вставляются в гнёзда тестера, обозначенные Ω и СОМ. Так как полярность приложенного сигнала к варистору значения не имеет, то и неважно, какой провод подключается к тому или иному выводу элемента. Хотя принято, что в разъём СОМ вставляется шнур чёрного цвета.
  3. Устройство включается путём нажатия на тестере кнопки ON/OFF.
  4. Если на индикаторе высвечивается единица, то это обозначает, что выбран малый предел измерений.
  5. Если на экране отображаются цифры отличные от единицы, то это и есть величина измеряемого сопротивления.

При трактовке результата измерений следует учитывать ещё и допуск. Каждый радиоэлемент имеет свой показатель допуска. Например, если допуск составляет 10 процентов, а внутреннее сопротивление варистора указано как 100 МОм, то полученные результаты должны находиться в пределах от 90 до 110 МОм. Если выявляется, что измеренное сопротивление элемента находится ниже или выше этого диапазона, то его можно считать неисправным.

Применение реостата

Проверить варистор возможно не только путем измерения его внутреннего импеданса. Внутреннее значение сопротивления может соответствовать заявленной величине, но при этом пороговое напряжение варистора будет неверным. Для проверки значения пробоя используется мультиметр с лабораторным автотрансформатором или реостатом.

В тестовой схеме к одному из выводов варистора подключается подвижный контакт реостата, а к другому — плавкий предохранитель. Щупы мультиметра фиксируются параллельно выводам полупроводникового элемента, а он сам переключается в режим измерения напряжений. На свободную пару контактов подаётся разность потенциалов, величина которой превышает значение пробоя компонента.

С помощью движимого контакта реостата плавно изменяется напряжение до момента срабатывания варистора. Этот момент определяется по вольтметру. Первоначально показания мультиметра будут расти, а после резко сбросятся до нуля. При этом предохранитель перегорит. Максимальное зафиксированное ненулевое значение и будет являться пороговым напряжением.

Важно отметить, что при измерении, особенно с помощью реостата, возможно поражение организма электрическим током. Поэтому нельзя забывать о технике безопасности, следует неуклонно её соблюдать.