|
วาริสเตอร์ผู้พิทักษ์วงจร
 เดี๋ยวนี้การป้องกันวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันมากๆ
ทำได้ไม่ยากแล้วครับ . ลงทุนเพียงเล็ก น้อยด้วยอุปกรณ์เพียงตัวเดียว แต่ช่วยรักษาอุปกรณ์ได้มากมายจริง
ๆ.
ตัวต้านทานที่แปรค่าตามแรงดันนั้น
รียกว่า วาริสเตอร์ ( Varistor ) ซึ่งไม่ค่อยจะเป็นที่รู้จักกันดีนักในหมู่นักอิเล็คทรอ
นิกส์ สมัครเล่น โดยวาริสเตอร์นี้มีคุณสมบัติเฉพาะที่เด่น คือ เหมาะสำหรับใช้ป้องกันวงจรทางด้านอิเล็กทรอนิกส์
และ สารกึ่ง ตัวนำจากแรงดันเกิน ( overvoltages ) บทความนี้จะได้อธิบายถึงการทำงาน
คุณสมบัติ และ การประยุกต์นำไปใช้งานต่าง ๆ
รูปที่
1 (ก) ค่าความต้านทานของวาริสเตอร์จะแปรผกผันกับแรงดันที่ตกคร่อมตัว
(ข) กระแสจะไหลแบบเอ็กโปแนนเชียลเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น
วาริสเตอร์จัดเป็นตัวต้านทานที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งโครงสร้างภายในผลิตมาจากซิลิกอนคาร์ไบด์
, สังกะสี ออกไซด์ ( Zincite ) หรือ ไททาเนียมออกไซด์ โดยบดสารแหล่านี้ให้เป็นเม็ดเล็กๆ
และ นำไปเผาที่อุณหภูมิสูงจนแข็งตัว เป็นเซรามิก. ลักษณะ เด่นของตัวต้านทานที่แปรค่าตามแรงดันนี้
คือ คุณสมบัติระหว่างความต้านทาน ต่อแรงดันนั้น จะสมมาตรกัน. และจะ ไม่ขึ้นกับขั้วของแรงดันด้วย.
ดังในรูปที่ 1 ก. ถึงแม้ว่าในความเป็นจริงแล้วหน้าสัมผัสเดี่ยวใด ๆ ของสารที่ใช้ทำตัวต้านทานจะ
ยอมให้กระแสไหลผ่านได้ทางเดียวก็ตาม แต่การกระจายอย่างไม่เป็นระเบียบของหน้าสัมผัสจำนวนมาก.
ซึ่งต่ออนุกรม และ ขนานกัน มีผลทำให้เกิดการเรียงกระแสในทิศทางตรงกันข้ามมีจำนวนเท่าๆ
กัน. ดังนั้นตัวต้านทานชนิดนี้ จึงสามารถนำไปใช้ งานที่เกี่ยวกับไฟกระแสสลับ.
ซึ่งไดโอดที่นิยมนำมาใช้ป้องกันวงจรทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้. การทำงานของวาริส
เตอร์นั้น สามารถเข้าใจได้ง่ายโดยพิจารณาว่าเป็นซีเนอร์ไดโอดสองตัวต่อหลังชนกัน.
เมื่อค่าแรงดันที่ป้อนให้วาริส เตอร์ต่ำกว่าค่าที่ กำหนดไว้. กระแสจะไหลได้น้อย
เนื่องจากค่าความต้านทานสูง เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานจะลดลง.
และ กระแสเพิ่ม ขึ้นอย่างเป็นเอ็กโพเนนเชียล ดังในรูป 1 ข.
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าแรงดัน
( V ) และ กระแส ( I ) ของวาริส เตอร์สามารถอธิบายได้ด้วยสมการ
V
= CI เบต้า
ซึ่ง
V มีหน่วยเป็นโวลต์ I มีหน่วยเป็นแอมแปร์ ส่วน C และ เบต้า
เป็นค่าคงที่ของสารที่ ใช้ทำตัวต้านทานในทางปฏิบัติ ค่าของ C อยู่ในช่วง
14 จนถึง 2 - 3,000 สำหรับค่า เบต้า
นั้น แสดงในตารางที่ 1 เมื่อค่าแรงดัน และ กระแสถูกวาดลงบนสเกล แบบลอก -
ลอก ดังในรูปที่ 2 โดยคุณสมบัติระหว่าง V / I จะเป็นเส้นตรงซึ่งมีความชันเท่ากับ
เบต้า.
คุณสมบัตินี้จะเบี่ยงแบน ไปจากเส้นตรงเฉพาะเมื่อกระแสมีค่าน้อยมาก.
ตารางที่1
แสดงการเปรียบเทียบให้เห็นถึงวาริสเตอร์ชนิดต่าง
ๆ
รูปที่
2 การหาค่า เบต้า
จากการวาดระหว่างกระแสและแรงดันบนกราฟแบบลอก-ลอก
การเลือกใช้ชนิดของวาริสเตอร์ให้เหมาะสมกับงานนั้น
ไม่จำเป็นที่เราต้องรู้ถึงคุณสมบัติของมันอย่างแท้จริง เพียงแต่ รู้ข้อมูลบางอย่าง
เช่น
- ระดับแรงดันช่วงที่วาริสเตอร์เริ่มทำงาน
ซึ่งความแหลมของช่วงแรงดันนี้ เป็นคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้ ทำ
ยกตัว อย่างเช่น วาริสเตอร์ที่ทำจากสังกะสี - ออกไซด์ จะมีช่วงแรงดันที่แหลมกว่าชนิดที่ทำจากซิลิ
กอนคาร์ไบด์. ส่วนวาริส เตอร์ที่ทำจากไททาเนี่ยมออกไซด์ จะมีช่วงแรงดันค่อนข้างต่ำ
( ประมาณ 2.7 โวลต์ ) แรงดันช่วงที่วาริส เตอร์เริ่มทำงาน นี้จะถูกกำหนดมาสำหรับค่ากระแสที่เหมาะสม
ซึ่งขึ้นอยู่กับค่าของวาริส เตอร์.
- เบต้า (
ดูรูปที่ 2 ประกอบ ) ค่าคงที่นี้มีค่าน้อยมากสำหรับวาริส เตอร์ที่ทำจากสังกะสีออกไซด์
ซึ่งหมายความว่า ถึงแม้ว่า จะเพิ่มค่าแรงดันเป็นจำนวนน้อย แต่จะก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของกระแสอย่างมากมาย.
- ค่ากระแสยอดสูงสุด หรือ พลังงานของพัลส์สูงสุด
ซึ่งสามารถแผ่กระจายออกไป โดยค่าพลังงานของพัลส์สูงสุดนี้ เป็น ตัวแปรที่สำคัญที่สุดในวงจรป้องกัน.
- กี่ใช้งานอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีความสำคัญ
เมื่อเวลาใช้วาริส เตอร์ในวงจรรักษาระดับแรงดัน หรือ วงจรที่มีอัตราการส่ง
พัลส์อย่างเร็วมาก.
|
หน้าแรก