1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie z własnościami oporników nieliniowych - warystorów, zasadą ich działania oraz sposobem określania podstawowych parametrów.

2. Wiadomości teoretyczne.

Warystor to półprzewodnikowy podzespół elektroniczny (rezystor), o nieliniowej charakterystyce rezystancji, zależnej od napięcia elektrycznego. Dla małych napięć wykazuje on dużą rezystancję, gdy napięcie przekroczy pewną wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu omów.

Warystory stosowane są jako elementy zabezpieczenia odbiorników przed zbyt wysokim napięciem. Gdy napięcie przekroczy zadaną wartość, płynie przez niego duży prąd powodujący przejęcie energii impulsu a nawet przepalenie lub rozłączenie bezpiecznika, co jest równoznaczne z wyłączeniem urządzenia (tylko wtedy, gdy pracuje on jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, a więc połączony jest równolegle ze źródłem napięcia). W trakcie pracy jako ogranicznik przepięć (połączenie szeregowe pomiędzy piorunochronem a uziemieniem) jego mała rezystancja, wywołana ogromnym napięciem pioruna, pozwala na swobodny przepływ prądu do ziemi.

Warystory wytwarzane są metodą spiekania sprasowanych proszków tlenków cynku i bizmutu.

Charakterystykę prądowo-napięciową warystora można opisać równaniem:

gdzie: - stała ; - współczynnik nieliniowości, określany jako:
, im bardziej tym charakterystyka warystora jest korzystniejsza

3. Układ pomiarowy

Pomiar charakterystyk statycznych wykonuje się w układnie pomiarowym zasilanym ze stabilizowanego źródła napięcia stałego. Szczególną uwagę należy zwrócić na wartość prądu podczas zwiększania wartości napięcia zasilania.

4. Tabela pomiarów prądu w zależności zwiększania napięcia zasilania.

   	napięcie zasilania	prąd I warystora	prąd II warystora	prąd III warystora	prąd IV warystora
   lp	U[V]	I[mA]	I[mA]	I[mA]	I[mA]
   1	50	0,005	0,005	0,005	0,005
   2	100	0,01	0,01	0,01	0,01
   3	150	0,015	0,016	0,015	0,015
   4	200	0,022	0,022	0,02	0,021
   5	250	0,03	0,029	0,025	0,029
   6	300	0,045	0,037	0,031	0,043
   7	350	0,073	0,046	0,039	0,071
   8	400	0,127	0,059	0,05	0,129
   9	450	0,226	0,075	0,067	0,24
   10	500	0,402	0,095	0,094	0,45
   11	550	0,702	0,121	0,137	0,855
   12	600	1,227	0,154	0,202	1,498

   
   
   

5. Charakterystyki statyczne warystorów.
   
   

6. Wyznaczanie współczynnika nieliniowości β oraz stałej C.

Wzór można przedstawić w postaci logarytmicznej :
logU = βlogI + logC *
*( U=Y , I=X)
W tym celu wykonujemy wykresy, na których skale obu osi są w postaci logarytmicznej, a następnie odczytujemy logarytmiczne równania otrzymanego wykresu, które pozwalają nam na prawie bezpośrednie odczytanie wartości współczynnika nieliniowości β oraz stałej C.

β = 0.401039

logC = 6.63891 => C = 4354216.308

β = 0.718402

logC = 7.94409 => C = 87920469.79

β = 0.669073

logC = 7.81192 => C = 64851496.17

β = 0.380882

logC = 6.57187 => C = 3731384.473


7. Wnioski

Ćwiczenie pokazało, że warystory to nieliniowe oporniki. Najmniejszą nieliniowość ma warystor 2, ponieważ jego współczynnik β = 0,72 i jest on najbardziej zbliżony do wartości 1 spośród wszystkich badanych elementów. Największą nieliniowość wykazuje opornik nr 4 (β = 0,38) , którego charakterystyka jest najkorzystniejsza.