Opwekkingsmeganisme van statiese elektrisiteit

Gewoonlik word statiese elektrisiteit opgewek as gevolg van wrywing of induksie.

Wrywing statiese elektrisiteit word opgewek deur die beweging van elektriese ladings wat gegenereer word tydens kontak, wrywing of skeiding tussen twee voorwerpe. Die statiese elektrisiteit wat deur wrywing tussen geleiers gelaat word, is gewoonlik relatief swak, as gevolg van die sterk geleidingsvermoë van die geleiers. Die ione wat deur wrywing gegenereer word, sal vinnig saambeweeg en neutraliseer tydens en aan die einde van die wrywingsproses. Na wrywing van die isolator kan 'n hoër elektrostatiese spanning opgewek word, maar die hoeveelheid lading is baie klein. Dit word bepaal deur die fisiese struktuur van die isolator self. In die molekulêre struktuur van 'n isolator is dit moeilik vir elektrone om vry te beweeg vry van die binding van die atoomkern, so wrywing lei tot slegs 'n klein hoeveelheid molekulêre of atoomionisasie.

Induktiewe statiese elektrisiteit is 'n elektriese veld wat gevorm word deur die beweging van elektrone in 'n voorwerp onder die werking van 'n elektromagnetiese veld wanneer die voorwerp in 'n elektriese veld is. Induktiewe statiese elektrisiteit kan oor die algemeen slegs op geleiers opgewek word. Die effek van ruimtelike elektromagnetiese velde op isolators kan geïgnoreer word.

Elektrostatiese ontladingsmeganisme

Wat is die rede hoekom 220V-elektrisiteit mense kan doodmaak, maar duisende volts op mense kan hulle nie doodmaak nie? Die spanning oor die kapasitor voldoen aan die volgende formule: U=Q/C. Volgens hierdie formule, wanneer die kapasitansie klein is en die hoeveelheid lading klein is, sal 'n hoë spanning opgewek word. “Gewoonlik is die kapasitansie van ons liggame en voorwerpe rondom ons baie klein. Wanneer 'n elektriese lading opgewek word, kan 'n klein hoeveelheid elektriese lading ook 'n hoë spanning opwek.”. As gevolg van die klein hoeveelheid elektriese lading, wanneer dit ontlaai, is die opgewekte stroom baie klein, en die tyd is baie kort. Die spanning kan nie gehandhaaf word nie, en die stroom daal in 'n uiters kort tyd. “Omdat die menslike liggaam nie 'n isolator is nie, sal die statiese ladings wat deur die liggaam opgehoop word, wanneer daar 'n ontladingspad is, konvergeer. Daarom voel dit of die stroom hoër is en daar 'n gevoel van elektriese skok is.”. Nadat statiese elektrisiteit in geleiers soos menslike liggame en metaalvoorwerpe opgewek is, sal die ontladingsstroom relatief groot wees.

Vir materiale met goeie isolasie-eienskappe is die een dat die hoeveelheid elektriese lading wat gegenereer word baie klein is, en die ander is dat die gegenereerde elektriese lading moeilik is om te vloei. Alhoewel die spanning hoog is, wanneer daar iewers 'n ontladingspad is, kan slegs die lading by die kontakpunt en binne 'n klein reeks daar naby vloei en ontlaai, terwyl die lading by die niekontakpunt nie kan ontlaai nie. Daarom, selfs met 'n spanning van tienduisende volts, is die ontladingsenergie ook weglaatbaar.

Gevare van statiese elektrisiteit vir elektroniese komponente

Statiese elektrisiteit kan skadelik wees virLEDs, nie net LED se unieke "patent", maar ook algemeen gebruikte diodes en transistors gemaak van silikon materiale. Selfs geboue, bome en diere kan deur statiese elektrisiteit beskadig word (weerlig is 'n vorm van statiese elektrisiteit, en ons sal dit nie hier oorweeg nie).

So, hoe beskadig statiese elektrisiteit elektroniese komponente? Ek wil nie te ver gaan nie, praat net van halfgeleiertoestelle, maar ook beperk tot diodes, transistors, IC's en LED's.

Die skade wat elektrisiteit aan halfgeleierkomponente veroorsaak, behels uiteindelik stroom. Onder die werking van elektriese stroom word die toestel beskadig as gevolg van hitte. As daar 'n stroom is, moet daar 'n spanning wees. Halfgeleierdiodes het egter PN-aansluitings, wat 'n spanningreeks het wat stroom beide in die voorwaartse en terugwaartse rigting blokkeer. Die voorwaartse potensiaalversperring is laag, terwyl die omgekeerde potensiaalversperring baie hoër is. In 'n stroombaan, waar die weerstand hoog is, word die spanning gekonsentreer. Maar vir LED's, wanneer die spanning vorentoe na die LED toegepas word, wanneer die eksterne spanning minder is as die drempelspanning van die diode (wat ooreenstem met die materiaalbandgapingwydte), is daar geen voorwaartse stroom nie, en die spanning word alles toegepas op die PN-aansluiting. Wanneer die spanning in omgekeerde op die LED toegepas word, wanneer die eksterne spanning minder is as die omgekeerde deurbreekspanning van die LED, word die spanning ook heeltemal op die PN-aansluiting toegepas. Op hierdie tydstip is daar geen spanningsval in die foutiewe soldeerverbinding van die LED, die hakie, die P-area of ​​die N-area nie! Want daar is geen stroom nie. Nadat die PN-aansluiting afgebreek is, word die eksterne spanning deur al die resistors op die stroombaan gedeel. Waar die weerstand hoog is, is die spanning wat deur die onderdeel gedra word hoog. Wat LED's betref, is dit natuurlik dat die PN-aansluiting die meeste van die spanning dra. Die termiese krag wat by die PN-aansluiting opgewek word, is die spanningsval daaroor vermenigvuldig met die huidige waarde. As die huidige waarde nie beperk word nie, sal oormatige hitte die PN-aansluiting uitbrand, wat sy funksie sal verloor en deurdring.

Hoekom is IC's relatief bang vir statiese elektrisiteit? Omdat die oppervlakte van elke komponent in 'n IC baie klein is, is die parasitiese kapasitansie van elke komponent ook baie klein (dikwels vereis die stroombaanfunksie baie klein parasitiese kapasitansie). Daarom sal 'n klein hoeveelheid elektrostatiese lading 'n hoë elektrostatiese spanning genereer, en die kragtoleransie van elke komponent is gewoonlik baie klein, so elektrostatiese ontlading kan die IC maklik beskadig. Gewone diskrete komponente, soos gewone klein drywingsdiodes en klein drywingstransistors, is egter nie baie bang vir statiese elektrisiteit nie, want hul chip-area is relatief groot en hul parasitiese kapasitansie relatief groot, en dit is nie maklik om hoë spannings op te akkumuleer nie. hulle in algemene statiese instellings. Laekrag MOS-transistors is geneig tot elektrostatiese skade as gevolg van hul dun hekoksiedlaag en klein parasitiese kapasitansie. Hulle verlaat gewoonlik die fabriek nadat hulle die drie elektrodes kortgesluit het ná verpakking. In gebruik word dit dikwels vereis om die kort roete te verwyder nadat sweiswerk voltooi is. As gevolg van die groot chip area van hoë-krag MOS transistors, sal gewone statiese elektrisiteit hulle nie beskadig nie. So jy sal sien dat die drie elektrodes van krag MOS-transistors nie deur kortsluitings beskerm word nie (vroeë vervaardigers het hulle nog kortgesluit voordat hulle die fabriek verlaat het).

'n LED het eintlik 'n diode, en sy area is baie groot relatief tot elke komponent binne die IC. Daarom is die parasitiese kapasitansie van LED's relatief groot. Daarom kan statiese elektrisiteit in algemene situasies nie LED's beskadig nie.

Elektrostatiese elektrisiteit in algemene situasies, veral op isolators, kan 'n hoë spanning hê, maar die hoeveelheid ontladingslading is uiters klein, en die duur van die ontladingsstroom is baie kort. Die spanning van die elektrostatiese lading wat op die geleier geïnduseer word, is dalk nie baie hoog nie, maar die ontladingsstroom kan groot en dikwels aaneenlopend wees. Dit is baie skadelik vir elektroniese komponente.

Hoekom beskadig statiese elektrisiteitLED-skyfiesnie dikwels voorkom nie

Kom ons begin met 'n eksperimentele verskynsel. ’n Metaal-ysterplaat dra 500V statiese elektrisiteit. Plaas die LED op die metaalplaat (let op die plasingsmetode om die volgende probleme te vermy). Dink jy die LED sal beskadig word? Hier, om 'n LED te beskadig, moet dit gewoonlik toegepas word met 'n spanning wat groter is as sy afbreekspanning, wat beteken dat beide elektrodes van die LED gelyktydig met die metaalplaat moet kontak maak en 'n spanning groter as die deurbreekspanning moet hê. Aangesien die ysterplaat 'n goeie geleier is, is die geïnduseerde spanning daaroor gelyk, en die sogenaamde 500V-spanning is relatief tot die grond. Daarom is daar geen spanning tussen die twee elektrodes van die LED nie, en natuurlik sal daar geen skade wees nie. Tensy jy een elektrode van 'n LED met 'n ysterplaat kontak, en die ander elektrode met 'n geleier (hand of draad sonder isolerende handskoene) aan grond of ander geleiers verbind.

Bogenoemde eksperimentele verskynsel herinner ons daaraan dat wanneer 'n LED in 'n elektrostatiese veld is, een elektrode die elektrostatiese liggaam moet kontak, en die ander elektrode moet die grond of ander geleiers kontak voordat dit beskadig kan word. In werklike produksie en toepassing, met die klein grootte van LED's, is daar selde 'n kans dat sulke dinge sal gebeur, veral in groepe. Toevallige gebeurtenisse is moontlik. Byvoorbeeld, 'n LED is op 'n elektrostatiese liggaam, en een elektrode kontak die elektrostatiese liggaam, terwyl die ander elektrode net opgeskort is. Op hierdie tydstip raak iemand aan die opgeskorte elektrode, wat dieLED lig.

Die bogenoemde verskynsel sê vir ons dat elektrostatiese probleme nie geïgnoreer kan word nie. Elektrostatiese ontlading vereis 'n geleidende stroombaan, en daar is geen skade as daar statiese elektrisiteit is nie. Wanneer slegs 'n baie klein hoeveelheid lekkasie voorkom, kan die probleem van toevallige elektrostatiese skade oorweeg word. As dit in groot hoeveelhede voorkom, is dit meer waarskynlik 'n probleem van skyfiebesmetting of stres.