Staatilise elektri genereerimise mehhanism

Tavaliselt tekib staatiline elekter hõõrdumise või induktsiooni tõttu.

Staatiline hõõrdeelekter tekib elektrilaengute liikumisel, mis tekivad kahe objekti kokkupuutel, hõõrdumisel või eraldumisel. Juhtidevahelisest hõõrdumisest tekkiv staatiline elekter on juhtide tugeva juhtivuse tõttu tavaliselt suhteliselt nõrk. Hõõrdumisel tekkivad ioonid liiguvad kiiresti kokku ja neutraliseerivad hõõrdeprotsessi ajal ja lõpus. Pärast isolaatori hõõrdumist võib tekkida kõrgem elektrostaatiline pinge, kuid laengu hulk on väga väike. Selle määrab isolaatori enda füüsiline struktuur. Isolaatori molekulaarstruktuuris on elektronidel raske aatomituuma sidumisest vabalt liikuda, mistõttu tekib hõõrdumine vaid vähesel määral molekulaarset või aatomilist ionisatsiooni.

Induktiivne staatiline elekter on elektriväli, mis tekib elektronide liikumisel objektis elektromagnetvälja toimel, kui objekt on elektriväljas. Induktiivset staatilist elektrit saab üldjuhul tekitada ainult juhtmetel. Ruumiliste elektromagnetväljade mõju isolaatoritele võib ignoreerida.

Elektrostaatilise lahenduse mehhanism

Mis on põhjus, miks 220 V vooluvõrgu elekter võib inimesi tappa, aga tuhanded voltid inimeste peal ei suuda neid tappa? Kondensaatori pinge vastab järgmisele valemile: U=Q/C. Selle valemi kohaselt, kui mahtuvus on väike ja laengu maht on väike, tekib kõrge pinge. «Tavaliselt on meie kehade ja meid ümbritsevate objektide mahtuvus väga väike. Elektrilaengu tekkimisel võib ka väike kogus elektrilaengut tekitada kõrgepinge.”. Väikese elektrilaengu tõttu on tühjenemisel tekkiv vool väga väike ja aeg väga lühike. Pinget ei saa säilitada ja vool langeb väga lühikese aja jooksul. «Kuna inimkeha ei ole isolaator, koonduvad tühjenemistee olemasolul kogu kehasse kogunenud staatilised laengud. Seetõttu on tunne, et vool on suurem ja tekib elektrilöögi tunne.”. Pärast staatilise elektri tekitamist juhtides, nagu inimkehad ja metallesemed, on tühjendusvool suhteliselt suur.

Heade isolatsiooniomadustega materjalide puhul on üks see, et tekkiv elektrilaeng on väga väike, teine ​​aga see, et tekkiv elektrilaeng on raskesti voolav. Kuigi pinge on kõrge, siis kui kuskil on tühjenemistee, saab voolata ja tühjeneda ainult kontaktpunktis ja väikeses vahemikus olev laeng, samas kui mittekontaktpunktis olev laeng ei saa tühjeneda. Seetõttu on isegi kümnete tuhandete voltide pinge korral tühjendusenergia tühine.

Staatilise elektri ohud elektroonilistele komponentidele

Staatiline elekter võib olla kahjulikLEDs, mitte ainult LED-i ainulaadne “patent”, vaid ka tavaliselt kasutatavad ränimaterjalidest valmistatud dioodid ja transistorid. Staatiline elekter võib kahjustada isegi hooneid, puid ja loomi (välk on staatilise elektri vorm ja me seda siin ei käsitle).

Niisiis, kuidas staatiline elekter elektroonilisi komponente kahjustab? Ma ei taha minna liiga kaugele, räägin lihtsalt pooljuhtseadmetest, aga piirdutakse ka dioodide, transistoride, IC-de ja LED-idega.

Elektri poolt pooljuhtkomponentidele tekitatud kahju hõlmab lõpuks voolu. Elektrivoolu mõjul on seade kuumuse tõttu kahjustatud. Kui on vool, peab olema pinge. Pooljuhtdioodidel on aga PN-siirded, mille pingevahemik blokeerib voolu nii edasi- kui ka tagasisuunas. Pärisuunaline potentsiaalbarjäär on madal, samas kui vastupidine potentsiaalbarjäär on palju kõrgem. Ahelas, kus takistus on suur, pinge koondub. Kuid LED-ide puhul, kui pinge suunatakse LED-ile, kui välispinge on väiksem kui dioodi lävipinge (vastab materjali ribalaiusele), siis pärivoolu ei ole ja pinge rakendatakse PN-ristmik. Kui LED-ile rakendatakse pinget vastupidises suunas, kui väline pinge on väiksem kui LED-i tagasilöögipinge, rakendatakse pinge täielikult ka PN-ristmikule. Sel ajal ei esine pingelangust LED-i vigases jootekohas, kronsteinis, P- ega N-piirkonnas! Sest voolu pole. Pärast PN-siirde purunemist jagavad välist pinget kõik ahela takistid. Kui takistus on kõrge, on detaili pinge kõrge. Mis puudutab LED-e, siis on loomulik, et PN-liides kannab suurema osa pingest. PN-ristmikul tekkiv soojusvõimsus on selle pingelang, mis on korrutatud praeguse väärtusega. Kui voolu väärtust ei piirata, põletab liigne kuumus PN-ristmiku läbi, mis kaotab oma funktsiooni ja tungib läbi.

Miks IC-d suhteliselt kardavad staatilist elektrit? Kuna iga komponendi pindala IC-s on väga väike, on ka iga komponendi parasiitmahtuvus väga väike (sageli nõuab ahela funktsioon väga väikest parasiitmahtuvust). Seetõttu tekitab väike elektrostaatiline laeng kõrge elektrostaatilise pinge ja iga komponendi võimsustaluvus on tavaliselt väga väike, nii et elektrostaatiline laeng võib IC-d kergesti kahjustada. Tavalised diskreetsed komponendid, nagu tavalised väikesed jõudioodid ja väikesed jõutransistorid, aga staatilist elektrit väga ei karda, kuna nende kiibi pindala on suhteliselt suur ja parasiitmahtuvus suhteliselt suur ning kõrgeid pingeid pole lihtne koguda. neid üldistes staatilistes seadetes. Väikese võimsusega MOS-transistorid on õhukese paisoksiidikihi ja väikese parasiitmahtuvuse tõttu altid elektrostaatilisele kahjustusele. Tavaliselt lahkuvad nad tehasest pärast kolme elektroodi lühistamist pärast pakkimist. Kasutamisel tuleb pärast keevitamise lõpetamist sageli eemaldada lühike tee. Suure võimsusega MOS-transistoride suure kiibipinna tõttu ei kahjusta tavaline staatiline elekter neid. Nii näete, et võimsus-MOS-transistoride kolm elektroodi ei ole lühiste eest kaitstud (varasemad tootjad lühistasid need ikka enne tehasest lahkumist).

LED-il on tegelikult diood ja selle pindala on iga IC-s oleva komponendi suhtes väga suur. Seetõttu on LED-ide parasiitmahtuvus suhteliselt suur. Seetõttu ei saa staatiline elekter üldistes olukordades LED-e kahjustada.

Elektrostaatiline elekter võib üldistes olukordades, eriti isolaatoritel, olla kõrge pingega, kuid tühjenduslaengu maht on äärmiselt väike ja tühjendusvoolu kestus on väga lühike. Juhile indutseeritud elektrostaatilise laengu pinge ei pruugi olla väga kõrge, kuid tühjendusvool võib olla suur ja sageli pidev. See on elektroonilistele komponentidele väga kahjulik.

Miks staatiline elekter kahjustabLED kiibidei esine sageli

Alustame eksperimentaalsest nähtusest. Metallist raudplaat kannab 500V staatilist elektrit. Asetage LED metallplaadile (järgmiste probleemide vältimiseks pöörake tähelepanu paigutusmeetodile). Kas arvate, et LED saab kahjustatud? Valgusdioodi kahjustamiseks tuleks seda tavaliselt rakendada pingega, mis on suurem kui selle purunemispinge, mis tähendab, et LED-i mõlemad elektroodid peaksid üheaegselt kokku puutuma metallplaadiga ja nende pinge peaks olema suurem kui läbilöögipinge. Kuna raudplaat on hea juht, on selle indutseeritud pinge võrdne ja nn 500 V pinge on maapinna suhtes. Seetõttu pole LED-i kahe elektroodi vahel pinget ja loomulikult ei teki ka kahjustusi. Kui te ei puutu LED-i ühte elektroodi raudplaadiga ja ühendate teise elektroodi juhiga (käsi või traat ilma isoleerivate kinnasteta) maanduse või muude juhtmetega.

Ülaltoodud eksperimentaalne nähtus tuletab meile meelde, et kui LED on elektrostaatilises väljas, peab üks elektrood kokku puutuma elektrostaatilise kehaga ja teine ​​elektrood peab puudutama maandust või muid juhte, enne kui see saab kahjustada. Tegelikus tootmises ja rakendamises on LED-ide väiksuse tõttu harva võimalus, et sellised asjad juhtuvad, eriti partiidena. Võimalikud on juhuslikud sündmused. Näiteks LED on elektrostaatilisel korpusel ja üks elektrood puutub kokku elektrostaatilise korpusega, teine ​​elektrood on aga lihtsalt riputatud. Sel ajal puudutab keegi rippuvat elektroodi, mis võib kahjustadaLED valgus.

Ülaltoodud nähtus ütleb meile, et elektrostaatilisi probleeme ei saa eirata. Elektrostaatiline lahendus nõuab juhtivat vooluringi ja staatilise elektri korral pole kahju. Kui leke on väga väike, võib kaaluda juhusliku elektrostaatilise kahjustuse probleemi. Kui seda esineb suurtes kogustes, on suurema tõenäosusega tegemist kiibi saastumise või stressiga.