Sprawozdanie

Ćwiczenie 12. Rezystory nieliniowe

Warystory są półprzewodnikowymi rezystorami zmiennooporowymi o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej, których rezystancja maleje ze wzrostem doprowadzonego do nich napięcia. Właściwość tę wykazują np. materiały zawierające polikrystaliczny węglik krzemu - SiC o różnej ziarnistości i różnych domieszkach, związany różnego rodzaju lepiszczami, oraz niektóre materiały ceramiczne (tlenkowe) a wśród nich najważniejszy - tlenek cynku ZnO spiekany z nieznaczna ilością tlenków innych metali (Bi, Co, Mn, Sb). Charakterystyka prądowo – napięciowa warystorów wyróżnia się znaczną nieliniowością: zwiększenie napięcia prowadzi do silnego zmniejszenia rezystancji i gwałtownego wzrostu prądu

Warystory wykorzystywane są szeroko w elektronice jako:

1. zabezpieczanie urządzeń przed przepięciami

2. ochronniki przepięciowe i wysokonapięciowe (w telewizorach)

3. ochrona linii wysokiego napięcia

4. zabezpieczenie telefonów, modemów i innych urządzeń podłączonych do linii telefonicznej

5. odgromniki oraz zabezpieczenie transformatorów

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki prądowo – napięciowej dla kilku różnych warystorów, których parametry podano w tabelce:

Warystor	1	2	3	4	5	6	7	8
Napięcie progowe [V]	390	470	680	700	390	270	1900	840

Schemat układu pomiarowego, który został użyty do wyznaczenia zależności prądowo – napięciowej warystorów:

Tabele przedstawiają wyniki pomiarów otrzymane w doświadczeniu.

1 (390V)	2 (470V)	3 (680V)	4 (700V)
I [µA]	U [V]	I [µA]	U [V]
0,1	270	0,1	260
0,2	300	0,3	290
0,4	320	0,4	300
1	340	0,8	330
3,2	360	2,1	360
6,2	370	5,5	390
13,5	380	7,1	400
34,5	390	14,9	420
103	400	32,2	440
440	410	49	450
2300	420	75,4	460
		122	470
		200	480
		360	490
		700	500
		1550	510
		4100	520

5 (390V)	6 (270V)	7 (1900V)	8 (840V)
I [µA]	U [V]	I [µA]	U [V]
0.1	100	0.3	180
0.4	150	0.6	200
0.9	200	2.2	220
2.4	250	4	230
7.9	300	8.8	240
15.4	320	22	250
34	330	70.5	260
52	350	330	270
94	360	2250	280
184	370
410	380
1210	390
4000	400

Dla każdego warystora obliczamy współczynnik nieliniowości α oraz stałą C . Współczynnik α wyznaczamy na podstawie wzoru:

$$\alpha = \frac{ln(\frac{U_{1}}{U_{2}})}{ln(\frac{I_{1}}{I_{2}})}$$

Jednakże dla wyniki uzyskane dla dowolnej pary punktów na charakterystyce są różne, zatem współczynnik obliczmy jako wartość średnią z wyników otrzymanych biorąc wszystkie możliwe zestawienia punktów (kombinacje bez powtórzeń ze zbioru punktów). Stałą C wyznaczamy również jako wartość średnią wszystkich wyników wyznaczonych według wzoru:

$$C = \frac{U}{I^{\alpha}}$$

Otrzymane wyniki prezentujemy w tabeli:

Warystor	1	2	3	4	5	6	7	8
α	0.0459	0.0645	0.1085	0.2402	0.1129	0.0536	0.2125	0.2254
C	701.90	892.68	4174.4	4116.5	2073.0	479.85	1530.3	4388.9

Na podstawie otrzymanych pomiarów sporządzamy wykresy charakterystyk I=f(U) dla każdego warystora: