Mecanismul de generare a electricității statice

De obicei, electricitatea statică este generată din cauza frecării sau inducției.

Electricitatea statică de frecare este generată de mișcarea sarcinilor electrice generate în timpul contactului, frecării sau separării dintre două obiecte. Electricitatea statică lăsată de frecarea dintre conductori este de obicei relativ slabă, datorită conductivității puternice a conductorilor. Ionii generați de frecare se vor mișca rapid împreună și se vor neutraliza în timpul și la sfârșitul procesului de frecare. După frecarea izolatorului, poate fi generată o tensiune electrostatică mai mare, dar cantitatea de încărcare este foarte mică. Acest lucru este determinat de structura fizică a izolatorului în sine. În structura moleculară a unui izolator, este dificil ca electronii să se miște liber, liberi de legarea nucleului atomic, astfel încât frecarea are ca rezultat doar o cantitate mică de ionizare moleculară sau atomică.

Electricitatea statică inductivă este un câmp electric format prin mișcarea electronilor într-un obiect sub acțiunea unui câmp electromagnetic atunci când obiectul se află într-un câmp electric. Electricitatea statică inductivă poate fi generată în general numai pe conductori. Efectul câmpurilor electromagnetice spațiale asupra izolatorilor poate fi ignorat.

Mecanism de descărcare electrostatică

Care este motivul pentru care rețeaua electrică de 220 V poate ucide oameni, dar mii de volți pe oameni nu îi pot ucide? Tensiunea pe condensator îndeplinește următoarea formulă: U=Q/C. Conform acestei formule, atunci când capacitatea este mică și cantitatea de încărcare este mică, va fi generată o tensiune înaltă. „De obicei, capacitatea corpului și a obiectelor din jurul nostru este foarte mică. Când se generează o sarcină electrică, o cantitate mică de sarcină electrică poate genera și o tensiune înaltă.” Datorită cantității mici de sarcină electrică, la descărcare, curentul generat este foarte mic, iar timpul este foarte scurt. Tensiunea nu poate fi menținută, iar curentul scade într-un timp extrem de scurt. „Deoarece corpul uman nu este un izolator, sarcinile statice acumulate în tot corpul, atunci când există o cale de descărcare, vor converge. Prin urmare, se simte că curentul este mai mare și există o senzație de șoc electric.” După ce electricitatea statică este generată în conductori precum corpurile umane și obiectele metalice, curentul de descărcare va fi relativ mare.

Pentru materialele cu proprietăți bune de izolare, una este aceea că cantitatea de sarcină electrică generată este foarte mică, iar cealaltă este că sarcina electrică generată este dificil de circulat. Deși tensiunea este ridicată, atunci când există o cale de descărcare undeva, numai încărcarea la punctul de contact și într-un interval mic din apropiere poate curge și descărca, în timp ce încărcarea la punctul fără contact nu se poate descărca. Prin urmare, chiar și cu o tensiune de zeci de mii de volți, energia de descărcare este, de asemenea, neglijabilă.

Pericole de electricitate statică pentru componentele electronice

Electricitatea statică poate fi dăunătoareLEDs, nu doar „brevetul” unic al LED-ului, ci și diode și tranzistori utilizate în mod obișnuit din materiale siliconice. Chiar și clădirile, copacii și animalele pot fi deteriorate de electricitatea statică (fulgerul este o formă de electricitate statică și nu o vom lua în considerare aici).

Deci, cum dăunează electricitatea statică componentelor electronice? Nu vreau să merg prea departe, vorbind doar despre dispozitive semiconductoare, dar limitat și la diode, tranzistori, circuite integrate și LED-uri.

Daunele cauzate de electricitate componentelor semiconductoare implică în cele din urmă curent. Sub acțiunea curentului electric, dispozitivul este deteriorat din cauza căldurii. Dacă există curent, trebuie să existe o tensiune. Cu toate acestea, diodele semiconductoare au joncțiuni PN, care au un domeniu de tensiune care blochează curentul atât în ​​direcția înainte, cât și în cea inversă. Bariera de potențial direct este scăzută, în timp ce bariera de potențial invers este mult mai mare. Într-un circuit, unde rezistența este mare, tensiunea este concentrată. Dar pentru LED-uri, atunci când tensiunea este aplicată înainte la LED, când tensiunea externă este mai mică decât tensiunea de prag a diodei (corespunzător lățimii benzii de material), nu există curent direct, iar tensiunea este aplicată în totalitate. joncțiunea PN. Când tensiunea este aplicată LED-ului în sens invers, când tensiunea externă este mai mică decât tensiunea de defalcare inversă a LED-ului, tensiunea este aplicată și joncțiunii PN în întregime. În acest moment, nu există o cădere de tensiune nici în îmbinarea de lipire defectă a LED-ului, a suportului, în zona P sau în zona N! Pentru că nu există curent. După ce joncțiunea PN este defectată, tensiunea externă este împărțită de toate rezistențele de pe circuit. Acolo unde rezistența este mare, tensiunea suportată de piesă este mare. În ceea ce privește LED-urile, este firesc ca joncțiunea PN să suporte cea mai mare parte a tensiunii. Puterea termică generată la joncțiunea PN este căderea de tensiune pe ea înmulțită cu valoarea curentului. Dacă valoarea curentă nu este limitată, căldura excesivă va arde joncțiunea PN, care își va pierde funcția și va pătrunde.

De ce circuitelor integrate le este relativ frică de electricitatea statică? Deoarece aria fiecărei componente într-un circuit integrat este foarte mică, capacitatea parazită a fiecărei componente este, de asemenea, foarte mică (adesea funcția circuitului necesită o capacitate parazită foarte mică). Prin urmare, o cantitate mică de sarcină electrostatică va genera o tensiune electrostatică ridicată, iar toleranța de putere a fiecărei componente este de obicei foarte mică, astfel încât descărcarea electrostatică poate deteriora cu ușurință IC. Cu toate acestea, componentele obișnuite discrete, cum ar fi diodele obișnuite de putere mică și tranzistoarele de putere mică, nu se tem de electricitatea statică, deoarece suprafața lor cip este relativ mare, iar capacitatea lor parazită este relativ mare și nu este ușor să acumulați tensiuni înalte pe ele în setări statice generale. Tranzistoarele MOS de putere mică sunt predispuse la deteriorarea electrostatică datorită stratului lor subțire de oxid de poartă și capacității parazitare mici. De obicei, părăsesc fabrica după scurtcircuitarea celor trei electrozi după ambalare. În timpul utilizării, este adesea necesară îndepărtarea traseului scurt după terminarea sudării. Datorită suprafeței mari de cip a tranzistoarelor MOS de mare putere, electricitatea statică obișnuită nu le va deteriora. Așa că veți vedea că cei trei electrozi ai tranzistoarelor MOS de putere nu sunt protejați de scurtcircuite (producătorii timpurii i-au scurtcircuitat încă înainte de a părăsi fabrica).

Un LED are de fapt o diodă, iar aria sa este foarte mare în raport cu fiecare componentă din IC. Prin urmare, capacitatea parazitară a LED-urilor este relativ mare. Prin urmare, electricitatea statică în situații generale nu poate deteriora LED-urile.

Electricitatea electrostatică în situații generale, în special pe izolatoare, poate avea o tensiune mare, dar cantitatea de sarcină de descărcare este extrem de mică, iar durata curentului de descărcare este foarte scurtă. Tensiunea sarcinii electrostatice induse pe conductor poate să nu fie foarte mare, dar curentul de descărcare poate fi mare și adesea continuu. Acest lucru este foarte dăunător pentru componentele electronice.

De ce dăunează electricitatea staticăcipuri LEDnu apar des

Să începem cu un fenomen experimental. O placă metalică de fier transportă electricitate statică de 500 V. Așezați LED-ul pe placa metalică (acordați atenție metodei de plasare pentru a evita următoarele probleme). Crezi că LED-ul va fi deteriorat? Aici, pentru a deteriora un LED, acesta ar trebui de obicei aplicat cu o tensiune mai mare decât tensiunea de defectare a acestuia, ceea ce înseamnă că ambii electrozi ai LED-ului ar trebui să intre în contact simultan cu placa metalică și să aibă o tensiune mai mare decât tensiunea de defectare. Deoarece placa de fier este un bun conductor, tensiunea indusă pe ea este egală, iar așa-numita tensiune de 500V este relativă la pământ. Prin urmare, nu există tensiune între cei doi electrozi ai LED-ului și, în mod natural, nu vor exista daune. Cu excepția cazului în care contactați un electrod al unui LED cu o placă de fier și conectați celălalt electrod cu un conductor (mână sau sârmă fără mănuși izolatoare) la pământ sau la alți conductori.

Fenomenul experimental de mai sus ne amintește că atunci când un LED se află într-un câmp electrostatic, un electrod trebuie să intre în contact cu corpul electrostatic, iar celălalt electrod trebuie să contacteze pământul sau alți conductori înainte de a putea fi deteriorat. În producția și aplicarea efectivă, cu dimensiunea mică a LED-urilor, rareori există șanse ca astfel de lucruri să se întâmple, mai ales în loturi. Sunt posibile evenimente accidentale. De exemplu, un LED este pe un corp electrostatic, iar un electrod intră în contact cu corpul electrostatic, în timp ce celălalt electrod este doar suspendat. În acest moment, cineva atinge electrodul suspendat, ceea ce poate deterioraLumină LED.

Fenomenul de mai sus ne spune că problemele electrostatice nu pot fi ignorate. Descărcările electrostatice necesită un circuit conductiv și nu există nici un rău dacă există electricitate statică. Când apare doar o cantitate foarte mică de scurgeri, poate fi luată în considerare problema deteriorării accidentale electrostatice. Dacă apare în cantități mari, este mai probabil să fie o problemă de contaminare a așchiilor sau stres.