Strona1 (2)

ĆWICZENIE NR 6

BADANIE CHARAKTERYSTYK REZYSTORÓW NIELINIOWYCH

1. Wiadomości podstawowe

1.1. Warystory

1.1.1. Warystory z tlenków metali

1.1.1.1. Mikrostruktura warystorów

Warystory są półprzewodnikowymi rezystorami o charakterystyce napięciowo-prądowej odznaczającej się dużą nieliniowością. Jednym z materiałów wykazującym silną nieliniowość charakterystyki jest materiał ceramiczny z tlenków metali. Warystory z tlenków¹ metali są obecnie powszechnie stosowane w elektrotechnice do stabilizacji napięcia i do ochrony przed przepięciami urządzeń elektrycznych.

Warystory takie są spiekami tlenku cynku z innymi tlenkami innych metali np. Bii03, C0203, Sb;03, Mn02 lub AI2O3. Tlenek cynku stanowi ponad 90% masy, BiiOj - kilka procent, zaś inne tlenki występują w spiekach w niewielkich ilościach, mniejszych od 1 %. Część z tych tlenków jest źródłem domieszek donorowych lub akceptorowych (np. jony kobaltu lub glinu dyfundujądo tlenku cynku podczas spiekania jako domieszki donorowe, zaś litu - jako akceptorowe). Inne tlenki mają znaczenie w procesie spiekania, dostarczając tlen lub sterując wzrostem ziaren ZnO. Spiekanie kształtek ceramicznych odbywa się w tzw. stanie płynnym, tj. w temperaturze wyższej niż temperatura topnienia Bi20}. Przy stygnięciu Bi2C>3 wypełnia on przestrzeń między ziarnami ZnO i tworząc zewnętrzną warstwę izolacyjną na ziarnach. Wymiary ziaren ZnO wynoszą od 1 pm do 10 pm, zaś grubość warstwy izolacyjnej między ziarnami zawiera się w przedziale od 0,005 pm do 0,01 pm.

Warystory z tlenków metali charakteryzują się silnie nieliniowymi charakterystykami napięciowo-prądowymi. Rezystywność wnętrza ziaren z ZnO jest niewielka i wynosi mniej niż 1 Iłem. Nieliniowość przewodnictwa wynika ze zjawisk zachodzących na granicy ziaren ZnO. Tam właśnie zachodzą procesy, które decydują o właściwościach zaworowych i przewodzących warystorów. Pomiędzy ziarnami ZnO tworzą się bariery potencjału, utrudniające przepływ prądu przy małym doprowadzonym napięciu, a regulujące przepływ dużych prądów przy większym napięciu. Warystor składa się więc jakby z wielu elementarnych mikrowarystorów, połączonych szeregowo-równolegle.