O que são Varistores? Como Funcionam? Para que Servem?

Fig. 1 - O que são Varistores? Como Funcionam? Para que Servem?

O que são Varistores? Como Funcionam? Para que Servem?

Olá a Todos!

Varistor é um resistor variável cuja resistência depende da tensão aplicada. O nome foi uma amálgama linguística de duas palavras; “Variável” e “Resistor”. 

Eles também são conhecidos pelos nomes:

• VDR (Voltage Dependent Resistor) - Resistor Dependente de Tensão.
• MOV (Metal Oxide Varistor) -Varistor de Óxido de Metal.

Eles possuem características não ôhmicas. Portanto, eles são classificados por categoria de resistores não lineares.

Como os Varistores Funcionam

Embora existam várias categorias de varistores, o objetivo dos varistores é fornecerem resistência. Ao contrário dos potenciômetros e reostatos, onde a resistência muda de um valor mínimo para um valor máximo.

A operação de um Varistor é diferente, quando são submetidas a uma certa voltagem (tensão limiar) a resistência diferencial cai subitamente para uma baixa resistência.

Os Varistores possuem dois elementos semicondutores e fornece proteção contra sobretensão em um circuito, a funcionalidade do Varistor é semelhante à de um diodo Zener, onde permite que as tensões do limite inferior passem inalteradas.

Grande parte das aplicações, na prática, também utilizam a função do Varistor como protetor de tensões transientes excessivas no circuito. Essas tensões transientes são geralmente causadas devido a descargas eletrostáticas e surtos de raios, isso detalharemos mais tarde.

Tipos de Varistores

Existem vários tipos de varistores, cada um com suas próprias características e aplicações específicas. Aqui estão os principais tipos de varistores:

Varistor de óxido de zinco (MOV)

O varistor de óxido de zinco é o tipo mais comum de varistor. Ele é composto por um material cerâmico de óxido de zinco que possui uma alta resistência em condições normais, mas sua resistência diminui significativamente quando uma tensão de surto é aplicada. 

Os varistores de óxido de zinco são amplamente utilizados para proteção contra surtos em equipamentos eletrônicos e sistemas de energia.

Varistor de óxido de zinco com bismuto

O varistor de óxido de zinco com adição de bismuto é uma variação do varistor de óxido de zinco tradicional que contém uma pequena quantidade de bismuto em sua composição. Essa adição de bismuto tem como objetivo melhorar as características elétricas e de desempenho do varistor.

O bismuto é adicionado ao óxido de zinco para promover a formação de uma camada de grãos de limite de grão semicondutora mais estável e uniforme. Isso resulta em um varistor com características elétricas aprimoradas, como menor tensão de ruptura e coeficiente de temperatura mais estável.

As principais vantagens do varistor de óxido de zinco com adição de bismuto incluem:

• Tensão de ruptura mais baixa: O bismuto reduz a tensão de ruptura do varistor, permitindo que ele comece a conduzir em uma tensão mais baixa em comparação com o varistor de óxido de zinco convencional. Isso é benéfico em aplicações onde é necessário um controle mais preciso da tensão de ativação.

• Coeficiente de temperatura mais estável: A adição de bismuto ajuda a estabilizar o coeficiente de temperatura do varistor, tornando-o menos sensível a variações de temperatura. Isso significa que as características elétricas do varistor permanecem mais consistentes em diferentes faixas de temperatura.

• Melhor desempenho em altas temperaturas: O varistor de óxido de zinco com adição de bismuto tem uma melhor resistência térmica em comparação com o varistor convencional. Isso permite que ele mantenha seu desempenho mesmo em condições de alta temperatura, garantindo uma proteção confiável contra surtos de tensão.

Devido a essas melhorias, o varistor de óxido de zinco com adição de bismuto é amplamente utilizado em aplicações que exigem maior precisão na tensão de ativação, estabilidade em diferentes temperaturas e resistência a altas temperaturas.

Varistor de óxido de metal (MO)

O varistor de óxido de metal é outro tipo de varistor que utiliza um óxido de metal em vez de óxido de zinco. Ele oferece características de resposta a surtos semelhantes aos varistores de óxido de zinco, mas com propriedades de resposta mais rápidas e maior capacidade de absorção de energia. Esses varistores são frequentemente encontrados em aplicações de alta potência e sistemas de proteção contra surtos de tensão industrial.

Varistor de carbeto de silício (SiC) 

O varistor de carbeto de silício é utilizado para aplicações de alta tensão e alta potência. Ele possui uma resposta rápida a surtos de tensão e é capaz de lidar com altos níveis de energia. Os varistores de carbeto de silício são frequentemente encontrados em sistemas de energia elétrica, transmissão de energia e outras aplicações de alta potência.

Estes são os tipos mais comuns de varistores utilizados para proteção contra surtos de tensão. Cada tipo de varistor tem suas próprias características elétricas e faixas de aplicação específicas.

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Como a Mudança na Tensão Aplicada Muda Sua Resistência?

Isso é determinada pela sua composição. Como é fabricado por material semicondutor, as suas características semicondutoras na composição de sua construção, faz com que o Varistor mude sua resistência com altas tensões operacionais.

Quando a tensão aplicada em um Varistor é maior que a de seu valor nominal (tensão limiar), a resistência efetiva do Varistor cai drasticamente e continua a diminuir à medida que a tensão aplicada aumenta.

A curva representando a resistência estática do Varistor em relação à sua tensão aplicada é mostrada na Figura 2 abaixo.

Fig. 2 - Curva característica resistência Varistor - Tensão limiar

Símbolo do Varistores

Fig. 3 - Varistor - Símbolos e Padrões

Como um Varistor ajuda a suprimir os transientes de tensão em um circuito?

Para entender isso, vamos primeiro entender qual é a fonte de tensão transitória. A origem da tensão Os transientes em circuitos elétricos e fontes são independentes de terem operado a partir de uma fonte CA ou CC.

Visto que sua origem é do próprio circuito ou são transmitidos de qualquer fonte externa. Esses transientes resultam em um aumento na voltagem para vários milhares de voltes, o que pode ser catastrófico para o circuito.

Tensão Corrente "V-I" Características

Segundo a lei de Ohm, a curva de características de corrente-tensão de um resistor é uma linha reta, assumindo que o valor do resistor é mantido constante.

Neste caso, a corrente que flui através de um resistor é diretamente proporcional à tensão aplicada através das extremidades do resistor.

No caso de um Varistor, a curva de características de corrente-tensão não é uma linha reta. Isto é devido ao comportamento de resistência incomum do Varistor.

No caso de um Varistor, uma pequena alteração na tensão aplicada a ele causará uma mudança suficientemente grande na corrente que flui através dele.

A curva de características de tensão atual de um Varistor é mostrada na Figura 4 abaixo.

Fig. 4 - Curva de Características de corrente/tensão de um Varistor

A curva característica de corrente-tensão de um Varistor mostra uma relação linear entre corrente e tensão quando o Varistor não está conduzindo. Isso ocorre porque a corrente que flui através do Varistor permanecerá constante e o valor é muito baixo.

Esta é a corrente de fuga no Varistor e o valor dessa corrente é da ordem de poucos miliamperes. A razão para isso é a alta resistência do Varistor. Esta pequena corrente permanecerá constante até que a tensão aplicada através do Varistor atinja a tensão nominal do Varistor.

A tensão nominal do Varistor é também chamada tensão de aperto. A tensão nominal de um Varistor é a tensão através dele, medida com corrente CC especificada de 1mA. Isso pode ser explicado como a tensão CC aplicada através dos terminais do Varistor, que permite que uma corrente de 1mA flua através dele.

A corrente que flui através do corpo do Varistor é dependente do material usado para a construção do Varistor. Neste nível de tensão nominal, a funcionalidade do Varistor começa a mudar.

Até a tensão nominal, o Varistor atua como um isolante. Se a tensão aplicada do Varistor atinge sua tensão nominal, o comportamento do Varistor muda do estado de isolamento para o estado de condução.

A resistência do Varistor torna-se muito pequena quando a tensão transiente aplicada é maior ou igual à tensão nominal do Varistor. Isso ocorre devido a um fenômeno chamado avalanche de avaria em materiais semicondutores.

A quebra de avalanche é uma forma de multiplicação de corrente que permite grandes correntes nos materiais que atuam anteriormente como isolantes. Devido a esta situação, a pequena corrente que flui através do Varistor, sendo a corrente de fuga, aumentará rapidamente.

Mesmo que a corrente que flui através do Varistor aumente, a tensão através dele é limitada a um valor próximo da tensão nominal. Isso significa que o Varistor atua como um auto-regulador para as tensões transientes aplicadas através dele, passando ou permitindo que mais corrente flua através do Varistor.

Assim, após cruzar a tensão nominal do Varistor, a curva corrente-voltagem torna-se uma curva não linear íngreme. Devido a esta característica, um Varistor pode passar correntes variando extensivamente ao longo de um intervalo muito estreito de voltagens cortando quaisquer picos de voltagem.

Conclusão

Os varistores são componentes eletrônicos essenciais para a proteção de equipamentos eletrônicos contra surtos de tensão. Eles funcionam como uma espécie de "válvula de escape" para a corrente elétrica excessiva, dissipando-a de forma segura e protegendo os dispositivos conectados. 

Além disso, os varistores são amplamente utilizados em diversas aplicações, desde equipamentos de telecomunicações até sistemas de energia renovável. Compreender o funcionamento e a importância dos varistores é fundamental para garantir a segurança e a eficiência dos equipamentos eletrônicos em nosso dia a dia.

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