المتغيرات - مبدأ التشغيل والأنواع والتطبيق

المكثف هو مكون من أشباه الموصلات يمكنه تغيير مقاومته النشطة بشكل غير خطي اعتمادًا على حجم الجهد المطبق عليه. في الواقع ، إنه مقاوم بخاصية الجهد الحالي ، حيث يقتصر قسمه الخطي على نطاق ضيق ، حيث تأتي مقاومة المكثف عندما يتم تطبيق جهد أعلى من عتبة معينة عليه.

في هذه المرحلة ، تتغير مقاومة العنصر بشكل حاد بعدة أوامر من حيث الحجم - تنخفض من العشرات الأولية من MΩ إلى وحدات أوم. وكلما زاد الجهد المطبق ، أصبحت مقاومة المتغير أصغر وأصغر. تجعل هذه الخاصية المكثف عنصرًا أساسيًا في أجهزة الحماية من زيادة التيار.

متصل بالتوازي مع الحمل المحمي ، يمتص المكثف تيار الاضطراب ويبدده كحرارة. وفي نهاية هذا الحدث ، عندما ينخفض ​​الجهد المطبق ويعود فوق العتبة ، يستعيد المتغير مقاومته الأولية ويكون جاهزًا مرة أخرى لأداء وظيفة الحماية.

يمكننا أن نقول أن المكثف هو نظير أشباه الموصلات لفجوة شرارة غاز ، فقط في مكثف ، على عكس شرارة الغاز ، تتم استعادة المقاومة العالية الأولية بشكل أسرع ، ولا يوجد عملياً أي خمول ، ويبدأ نطاق الفولتية الاسمية من 6 و يصل إلى 1000 فولت وأكثر.

لهذا السبب ، تستخدم المتغيرات على نطاق واسع في الدوائر الواقية. مفاتيح أشباه الموصلات، في الدوائر ذات العناصر الاستقرائية (لإطفاء الشرر) ، وكذلك العناصر المستقلة للحماية الكهروستاتيكية لدوائر الإدخال للأجهزة الإلكترونية.

تتكون عملية تصنيع المكثف من تلبيد مسحوق شبه موصل مع مادة رابطة عند درجة حرارة حوالي 1700 درجة مئوية. تُستخدم هنا أشباه الموصلات مثل أكسيد الزنك أو كربيد السيليكون. يمكن أن يكون الموثق زجاجًا مائيًا أو طينًا أو ورنيشًا أو راتينج. على العنصر على شكل قرص الذي تم الحصول عليه عن طريق التلبيد ، يتم تطبيق الأقطاب الكهربائية عن طريق المعدن الذي يتم لحام أسلاك التجميع الخاصة بالمكون.

بالإضافة إلى شكل القرص التقليدي ، يمكن العثور على المتغيرات في شكل قضبان وخرز وأفلام. المتغيرات القابلة للتعديل مصنوعة في شكل قضبان مع اتصال متحرك. مواد أشباه الموصلات التقليدية المستخدمة في تصنيع المتغيرات القائمة على كربيد السيليكون مع روابط مختلفة: ثايرايت ، وليت ، وليثين ، وسيليت.

المبدأ الداخلي لتشغيل المكثف هو أن حواف بلورات أشباه الموصلات الصغيرة داخل كتلة الترابط تتلامس مع بعضها البعض ، وتشكل دوائر موصلة. عندما يمر تيار بحجم معين من خلالها ، يحدث ارتفاع درجة حرارة محلية للبلورات وتقل مقاومة الدوائر. تشرح هذه الظاهرة اللاخطية CVC للمكثف.

أحد المعلمات الرئيسية للمكثف ، جنبًا إلى جنب مع جهد استجابة rms ، هو معامل اللاخطية ، والذي يشير إلى نسبة المقاومة الساكنة إلى المقاومة الديناميكية. بالنسبة للمتغيرات القائمة على أكسيد الزنك ، تتراوح هذه المعلمة من 20 إلى 100. أما بالنسبة لمعامل درجة الحرارة لمقاومة المكثف (TCR) ، فعادة ما يكون سالبًا.

المتغيرات مضغوطة وموثوقة وذات أداء جيد في نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.على لوحات الدوائر المطبوعة وفي SPD يمكنك العثور على متغيرات قرص صغيرة بقطر من 5 إلى 20 مم. لتبديد القوى الأعلى ، يتم استخدام متغيرات الكتلة بأبعاد إجمالية تبلغ 50 و 120 ملم وأكثر ، قادرة على تبديد كيلو جول من الطاقة في نبضة وتمرير تيارات من عشرات الآلاف من الأمبيرات من خلالها ، مع عدم فقدان الكفاءة.

يعد وقت الاستجابة أحد أهم المعلمات لأي مكثف. على الرغم من أن وقت التنشيط النموذجي للمكثف لا يتجاوز 25 نانوثانية ، وفي بعض الدوائر يكون هذا كافيًا ، ولكن في بعض الأماكن ، على سبيل المثال ، للحماية من الكهرباء الساكنة ، يلزم استجابة أسرع ، لا تزيد عن 1 نانوثانية.

فيما يتعلق بهذه الحاجة ، يوجه كبار مصنعي المتغيرات جهودهم لزيادة أدائهم. تتمثل إحدى طرق تحقيق هذا الهدف في تقليل الطول (على التوالي ، الحث) لأطراف المكونات متعددة الطبقات. لقد احتلت متغيرات CN هذه بالفعل مكانًا جيدًا في الحماية ضد الإخراج الثابت للدوائر المتكاملة.

جهد تصنيف متغير التيار المستمر (1 مللي أمبير) هو معلمة شرطية ، عند هذا الجهد ، لا يتجاوز التيار من خلال المكثف 1 مللي أمبير.يشار إلى الجهد المقنن على وسم المكثف.

ACrms هي استجابة جهد rms للتيار المتردد للمكثف. DC - تشغيل الجهد المستمر.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم توحيد الجهد الأقصى المسموح به عند تيار معين ، على سبيل المثال V @ 10A. W هو معدل تبديد الطاقة للمكون. J هي الطاقة القصوى لنبضة واحدة ممتصة ، والتي تحدد الوقت الذي يكون خلاله المكثف قادرًا على تبديد الطاقة المقدرة مع البقاء في حالة جيدة. Ipp - تيار الذروة للمكثف ، الذي يتم تطبيعه بواسطة وقت الصعود ومدة النبض الممتص ، وكلما طالت النبضة ، انخفض تيار الذروة المسموح به (يقاس بالكيلو أمبير).

لتحقيق قدر أكبر من تبديد الطاقة ، يُسمح بالاتصال المتوازي والمتسلسل للمتغيرات. عند الاتصال بالتوازي ، من المهم اختيار المتغيرات أقرب ما يمكن إلى المعلمات.