وریستور چیست؟ 3 روش تست veristor + نحوه خواندن مشخصات وریستور
وریستور، به عنوان محافظ مدارهای الکترونیکی، نقش مهمی را در جلوگیری از آسیب دیدن قطعات حساس ایفا می کند. این قطعه الکترونیکی کوچک اما قدرتمند با تغییر مقاومت خود در مواجهه با نوسانات ولتاژ، همچون سدی محکم در برابر اضافه ولتاژ می باشد. وریستورها در انواع مختلفی از جمله MOV، SiC و پلیمر تولید می شوند که هر کدام برای کاربردهای خاص و با توجه به نوع قطعاتی که از آن ها محافظت می کنند، طراحی شده اند. برای انتخاب مناسب ترین وریستور و اطمینان از حفاظت مطلوب قطعات SMD و DIP، آشنایی با مشخصات فنی آن ها، روش های تست و کاربردهای مختلف آن ها ضروری است. شرکت مونتاژ SMD با توجه به حساسیت قطعاتی که با آن ها سروکار دارند، در انتخاب وریستور دقت بسیار زیادی داشته و از محصولات با کیفیت و استاندارد استفاده می کنند.
وریستور چیست؟
وریستور یک قطعه الکترونیکی است که به عنوان یک مقاومت وابسته به ولتاژ عمل می کند. این بدان معناست که مقدار مقاومت الکتریکی وریستور با تغییر ولتاژ اعمال شده به آن به صورت غیر خطی تغییر می کند. وریستورها معمولا از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند و به طور گسترده ای برای محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ (سرج) استفاده می شوند. انتخاب نادرست این قطعه می تواند منجر به آسیب دیدن قطعات SMD و DIP و اختلال در عملکرد مدار شود.
در حالت عادی، وریستور مانند یک عایق عمل می کند و جریان الکتریکی از آن گذر ندارد. اما وقتی ولتاژ اعمال شده به وریستور از یک مقدار مشخص (ولتاژ شکست) بیشتر شود، مقاومت آن به شدت کاهش می یابد و به این ترتیب جریان زیادی از آن عبور می کند. این جریان زیاد، انرژی اضافی را جذب کرده و از آسیب دیدن سایر اجزای مدار جلوگیری می کند. پس از رفع شرایط افزایش ولتاژ، وریستور به حالت اولیه خود باز می گردد.
اگر ولتاژ اضافه بسیار زیاد یا مدت زمان آن طولانی باشد، وریستور نمی تواند تمام انرژی را جذب کند و در نتیجه می سوزد. به همین دلیل، انتخاب وریستور مناسب با توجه به مشخصات مدار بسیار مهم است.
آشنایی با ساختار وریستور
وریستور از نظر ظاهری شبیه به یک خازن سرامیکی است، اما ساختار داخلی و عملکرد متفاوتی دارد. در وریستور، به جای دو صفحه هادی، یک صفحه سرامیکی متخلخل وجود دارد که از دانه های ریز یک ماده نیمه رسانا مانند اکسید روی (ZnO) تشکیل شده است. مرزهای بین این دانه ها، نقش کلیدی در عملکرد وریستور ایفا می کنند. هنگامی که ولتاژ اعمال شده به وریستور از یک حد مشخص فراتر رود، میدان الکتریکی در این مرزها به اندازه ای قوی می شود که الکترون ها بتوانند از یک دانه به دانه دیگر جهش کنند و در نتیجه مقاومت وریستور به شدت کاهش می یابد. برای محافظت از این ساختار داخلی، وریستور معمولا با یک لایه رزین پوشیده می شود تا عایق بندی شده و از نفوذ رطوبت و آلودگی ها جلوگیری شود. این لایه رزینی به وریستور ظاهری سفت و مقاوم می بخشد.
در این مرحله چه نتیجه ای رخ می دهد؟ وقتی ولتاژی به وریستور اعمال می شود، تا زمانی که ولتاژ از یک حد مشخص کمتر باشد، وریستور مانند یک عایق عمل می کند. به عبارت دیگر، مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد. به همین دلیل، اگر بخواهید وریستور سالم را با مولتی متر تست کنید، دستگاه عدد بسیار بزرگی (مگا اهم یا حتی بی نهایت) را نشان خواهد داد. این نشان می دهد که وریستور در حالت عادی مقاومت بسیار بالایی دارد و مانع عبور جریان می شود.
معرفی انواع وریستور
دسته بندی وریستورها را می توان بر اساس جنبه های مختلفی انجام داد. هر یک از این دسته بندی ها، دیدگاه های متفاوتی به ما می دهند و در انتخاب وریستور مناسب برای کاربردهای مختلف، کمک زیادی می کنند.
1. دسته بندی وریستور از نظر ساختار و عملکرد
وریستورها را بر اساس ساختار و عملکرد می توان به صورت زیر دسته بندی کرد که هر یک از آنها ویژگی های خاص خودش را داشته و برای کاربردهای مختلف مناسب است.
وریستور اکسید فلزی (MOV: Metal Oxide Varistor)
مدل MOV رایج ترین نوع وریستور می باشد که از یک ماتریس سرامیکی متخلخل حاوی دانه های اکسید روی (ZnO) تشکیل شده است. این مدل به دلیل دارا بودن خاصیت نیمه رسانایی در مرزهای بین دانه ها، باعث می شود که وریستور در برابر افزایش ولتاژ واکنش نشان دهد. از کاربردهای وریستور اکسید فلزی می توان به محافظت مدارهای الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ، نویزهای الکترومغناطیسی و تخلیه های الکترواستاتیک اشاره کرد.
وریستور کاربید سیلیکون (SiC)
وریستورهای SiC از کاربید سیلیکون ساخته شده اند و در برابر دما و ولتاژ های بالا مقاومت بسیار بالایی دارند. آنها برای کاربردهای با توان بالا و دمای زیاد مانند صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا و تجهیزات صنعتی مناسب هستند.
وریستور پلیمر: وریستورهای پلیمری از مواد پلیمری ساخته شده اند و به دلیل انعطاف پذیری و اندازه کوچک، در مدارهای مجتمع و تجهیزات الکترونیکی قابل حمل کاربرد دارند. آنها برای محافظت از مدارهای مجتمع، تجهیزات الکترونیکی قابل حمل و حسگرها استفاده می شوند.
وریستور گازی (GDT): وریستورهای گازی در برابر ولتاژهای بسیار بالا مقاومت بالایی دارند و برای محافظت از سیستم های قدرت و تجهیزات ولتاژ بالا استفاده می شوند. عملکرد آنها به این صورت است که با افزایش ولتاژ، گاز درون لوله یونیزه شده و جریان را از خود عبور می دهد.
وریستورهای چند لایه (MLV): وریستورهای MLV، ساختاری مشابه MOVها دارند اما از چند لایه تشکیل شده اند تا توان آن ها افزایش یابد. کاربرد وریستور چند لایه برای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیکی است.
دیود TVS: دیود TVS (Transient Voltage Suppressor) نوعی دیود زنر با توان بالا است که به دلیل سرعت پاسخ بسیار سریع، برای محافظت از مدارهای الکترونیکی حساس در برابر نوسانات ناگهانی ولتاژ (نویزهای ولتاژی) به کار می رود. این دیودها در مقایسه با وریستورهای معمولی، سریع تر عمل کرده و از آسیب دیدن قطعات حساس در مدار جلوگیری می کنند.
2. دسته بندی وریستور از نظر جنس ماده
وریستورها بر اساس جنس ماده به دو دسته وریستور اکسید فلزی (MOV) و وریستور کاربید سیلیکون (SiC) تقسیم می شوند که تعریف هر یک به صورت زیر است.
وریستور اکسید فلزی (MOV): وریستور MOV رایج ترین نوع قطعه الکترونیکی وریستور است که از اکسید روی (ZnO) تشکیل شده و به دلیل هزینه پایین و عملکرد قابل اعتماد، بسیار پرکاربرد هستند.
وریستور کاربید سیلیکون (SiC): وریستور SiC نسبت بهMOVها از مقاومت حرارتی بالاتر و سرعت پاسخگویی بیشتر برخوردار است؛ اما هزینه تولید آن بیشتر می باشد.
3. دسته بندی وریستور از نظر شکل ظاهری
وریستورها بر اساس کاربردشان و میزان توانی که باید تحمل کنند، در اشکال مختلفی تولید می شوند. هر یک از این اشکال، مزایا و معایب خاص خود را داشته و برای کاربردهای مشخصی مناسب می باشند. انواع وریستورها از نظر شکل ظاهری به صورت زیر هستند.
دیسکی (صفحه ای): متداول ترین نوع وریستور مدل دیسکی است که به صورت صفحه ای تخت و گرد تولید می شود. شکل ظاهری این مدل مانند یک سکه است و به دلیل ساختار ساده ای که دارد در کاربردهای الکترونیکی استفاده می شود. به دلیل ساختار ساده وریستور صفحه ای، قیمت آن بسیار مناسب است.
بلوکی: وریستور بلوکی به شکل یک بلوک مستطیل شکل تولید می شود و برای کاربردهای با توان بالا طراحی شده است. توان تحمل جریان و ولتاژ در مدل بلوکی زیاد است و به همین دلیل در صنایع سنگین و تجهیزات با توان بالا استفاده می شود.
شعاعی: وریستور شعاعی از نظر ساختاری شبیه به مقاومت های شعاعی است. دو پایه آن در دو طرف بدنه قرار دارد و برای کاربردهایی که محدودیت فضایی وجود دارد، مناسب می باشد.
خطی یا محوری: وریستور خطی به صورت یک استوانه بلند و باریک تولید می شود و دو پایه آن در دو سر استوانه قرار دارد. نوع خطی یا محوری این قطعه الکترونیکی برای کاربردهایی که نیاز به وریستورهای با طول زیاد است، استفاده می شود.
نحوه خواندن مشخصات وریستور چگونه است؟
برای خواندن مشخصات یک وریستور، به کدهایی که روی بدنه آن نوشته شده است، نیاز داریم. این کدها حاوی اطلاعات مهمی درباره ولتاژ نامی، جریان گذرا، توان و سایر مشخصات الکتریکی وریستور هستند. در برندها و مدل های مختلف، ممکن است این کدها کمی متفاوت باشند؛ اما به طور کلی اطلاعات زیر را می توان از آنها دریافت کرد.
ولتاژ نامی (Nominal Voltage): نشان دهنده حداکثر ولتاژی است که وریستور می تواند به طور مداوم تحمل کند.
جریان گذرا (Surge Current): حداکثر جریانی که وریستور می تواند در مدت زمان بسیار کوتاه تحمل کند.
توان (Power): توانی که وریستور می تواند بدون آسیب دیدن پراکنده کند.
نوع وریستور: نوع وریستور مثلا MOV، SiC و سایر مشخصات ساختاری را نشان می دهد.
مثالی از کد روی یک وریستور:
اگر روی یک وریستور عدد “20E222K” نوشته شده باشد، به معنای این است که:
20 ممکن است به قطر وریستور اشاره داشته باشد (اما این قطعی نیست).
E یک کاراکتر استاندارد است که معمولا در کدگذاری وریستورها استفاده می شود.
222 ممکن است به ولتاژ شکست وریستور اشاره داشته باشد. برای تفسیر دقیق این عدد، باید به دیتا شیت وریستور مراجعه کرد.
نحوه خواندن صحیح مشخصات وریستور
برای خواندن صحیح مشخصات وریستور، روش های زیر را انجام دهید.
دیتاشیت وریستور را پیدا کنید: مهم ترین منبع برای فهمیدن معنی اعداد روی وریستور، دیتاشیت آن است. در دیتاشیت، ارتباط بین اعداد روی وریستور و مشخصات الکتریکی آن به طور کامل توضیح داده شده است.
استاندارد کدگذاری: برخی از سازندگان از استانداردهای خاصی برای کدگذاری وریستورهای خود استفاده می کنند. با مطالعه این استانداردها می توانید معنی اعداد را بهتر درک کنید.
تماس با سازنده: در صورت عدم دسترسی به دیتاشیت یا عدم فهمیدن کدگذاری، می توانید با سازنده وریستور تماس بگیرید و از آن ها راهنمایی بخواهید.
کاربرد وریستور الکترونیکی
کاربرد وریستور برای محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ (سرج) است، یعنی پرش هایی در ولتاژ وجود دارد که به کمک وریستور آنها را کنترل می کنیم. این افزایش ولتاژ می تواند ناشی از عوامل مختلفی مانند نوسانات شبکه برق، رعد و برق یا نویزهای الکترومغناطیسی باشد.
برخلاف فیوز که در برابر جریان بیش از حد قطع می شود، وریستور با هدایت جریان اضافی به زمین، از آسیب دیدن قطعات حساس مدار مانند میکروکنترلرها، ترانزیستورها و آی سی ها جلوگیری می کند.
وریستور چگونه کار می کند؟
هر وریستور دارای یک ولتاژ شکست مشخص است. تا زمانی که ولتاژ اعمال شده کمتر از این مقدار باشد، وریستور مانند یک عایق عمل کرده و جریان بسیار کمی از آن عبور می کند. هنگامی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست بیشتر شود، مقاومت وریستور به شدت کاهش یافته و به این ترتیب جریان زیادی از آن عبور می کند. این جریان اضافی به زمین هدایت شده و از آسیب دیدن سایر اجزای مدار جلوگیری به عمل می آید. در واقع، وریستور انرژی اضافی را جذب کرده و به گرما تبدیل می کند تا از افزایش بیش از حد دما در مدار جلوگیری کند. به همین دلیل، وریستور در هنگام کار گرم می شود.
نشانه های خرابی وریستور چیست؟
وریستورهای الکترونیکی، قطعاتی بسیار حساس هستند که برای محافظت از مدارها در برابر نوسانات ولتاژی طراحی شده اند. مانند هر قطعه الکترونیکی دیگر، وریستور نیز ممکن است دچار مشکل شود که اصلی ترین نشانه های خرابی آن موارد زیر هستند.
ترک خوردگی بدنه: یکی از واضح ترین نشانه های خرابی وریستور، ترک خوردگی یا شکستگی بدنه آن است. این مشکل معمولا به دلیل عبور جریان بیش از حد و گرم شدن بیش از حد وریستور رخ می دهد.
تغییر رنگ: تغییر رنگ وریستور، به ویژه سیاه شدن یا زرد شدن آن، می تواند نشانه ای از خرابی داخلی باشد.
کاهش مقاومت: در حالت عادی، وریستور مقاومت بسیار بالایی دارد. اگر با مولتی متر مقاومت وریستور را اندازه گیری کنید و مقدار آن بسیار کمتر از حد معمول باشد، به احتمال زیاد وریستور خراب شده است.
عدم عملکرد صحیح مدار: اگر وریستور خراب شود، ممکن است نتواند از مدار در برابر نوسانات ولتاژی محافظت کند و در نتیجه باعث آسیب دیدن سایر قطعات مدار شود. به عنوان مثال، ممکن است مدار به طور مداوم ریست شود یا به طور کامل از کار بیفتد.
روش های تست وریستور
تست کردن وریستور به دلیل اطمینان از صحیح بودن عملکرد در مدار و سلامت ساختار آن، بسیار اهمیت دارد. بدین منظور وریستور را می توان به دو روش زیر بسته به تجهیزات و شرایط موجود، تست کرد
1. تست با مولتی متر
تست با مولتی متر فقط یک تست اولیه است و برای اطمینان کامل از سلامت وریستور، بهتر است از روش های دقیق تر استفاده شود. تست مقاومت و دیور را با این شیوه انجام می دهند.
- تست مقاومت: در حالت عادی، وریستور مقاومت بسیار بالایی دارد (مگا اهم یا بالاتر). با استفاده از مولتی متر در حالت اندازه گیری مقاومت، دو پایانه وریستور را به هم وصل کنید. اگر مقدار مقاومت بسیار بالا یا بی نهایت نشان داده شد، وریستور سالم می باشد. اگر مقدار مقاومت بسیار کم یا صفر نشان داده شد، وریستور خراب شده است.
- تست دیود: برخی از مولتی مترها قابلیت تست دیود را دارند. با اتصال پروب های مولتی متر به دو پایانه وریستور، باید افت ولتاژ کمی را مشاهده کنید. اگر افت ولتاژ مشاهده نشد یا مقدار آن بسیار کم بود، وریستور ممکن است خراب باشد.
2. تست با منبع تغذیه و مقاومت
برای تست وریستور با منبع تغذیه و مقاومت، یک منبع تغذیه با ولتاژ قابل تنظیم را به وریستور و یک مقاومت محدود کننده جریان متصل کنید. ولتاژ منبع تغذیه را به آرامی افزایش دهید تا به ولتاژ شکست وریستور برسد. اگر وریستور سالم باشد، در ولتاژ شکست مقاومت آن به شدت کاهش یافته و جریان زیادی از آن عبور می کند. با استفاده از یک اسیلوسکوپ، می توانید شکل موج جریان و ولتاژ را مشاهده کرده و از سلامت وریستور اطمینان حاصل کنید.
3. تست با دستگاه های تخصصی
دستگاه های تخصصی برای تست وریستور وجود دارند که می توانند پارامترهای مختلف وریستور مانند ولتاژ شکست، انرژی سرج و سرعت پاسخگویی را اندازه گیری کنند. با استفاده از آنالایزر مدار می توان وریستور را در یک مدار شبیه سازی شده قرار داده و عملکرد آن را در شرایط مختلف بررسی کرد.
جمع بندی؛ نحوه خواندن مشخصات وریستور
وریستور چیست؟ وریستور یک قطعه الکترونیکی است که برای محافظت مدارهای الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ (سرج) استفاده می شود و به عنوان محافظان مدارهای الکترونیکی، از اهمیت بالایی برخوردار هستند. به کمک یک شرکت مونتاژ SMD برای انتخاب وریستور مناسب و توجه به مشخصات فنی آن، می توان از مدارهای الکترونیکی در برابر آسیب های ناشی از نوسانات ولتاژ محافظت کرد. برای انتخاب وریستور مناسب، علاوه بر مشخصات فنی آن (مانند ولتاژ نامی، جریان گذرا، توان و نوع وریستور)، توجه به تست دوره ای وریستورها برای اطمینان از عملکرد صحیح آن ها بسیار مهم است.
سوالات متداول در خصوص وریستور
محاسبه ولتاژ وریستور چگونه است؟
محاسبه دقیق ولتاژ وریستور نیازمند در نظر گرفتن عوامل مختلفی مانند نوع وریستور، کاربرد آن، شرایط محیطی و مشخصات دیگر مدار است. با این حال، ولتاژ وریستور بر اساس دو پارامتر اصلی ولتاژ نامی و ولتاژ کلمپ تعیین می شود. روش های محاسبه ولتاژ وریستور شامل استفاده از دیتاشیت، استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی و فرمول های تجربی می شود.
علل خرابی وریستور چیست؟
عبور جریان بیش از حد، از دست دادن خاصیت با گذشت زمان، نوسانات شدید و مکرر ولتاژ، کارکرد وریستور در محیط های با دمای بالا از جمله علل خرابی وریستور است.
