Статикалық электр тогының пайда болу механизмі

Әдетте статикалық электр үйкеліс немесе индукция нәтижесінде пайда болады.

Үйкеліс статикалық электр энергиясы екі заттың жанасуы, үйкелісі немесе ажырауы кезінде пайда болатын электр зарядтарының қозғалысы арқылы пайда болады. Өткізгіштердің күшті өткізгіштігіне байланысты өткізгіштер арасындағы үйкелістен қалған статикалық электр әдетте салыстырмалы түрде әлсіз. Үйкеліс нәтижесінде пайда болған иондар тез бірге қозғалады және үйкеліс процесі кезінде және оның соңында бейтараптанады. Оқшаулағыштың үйкелісінен кейін жоғарырақ электростатикалық кернеу пайда болуы мүмкін, бірақ заряд мөлшері өте аз. Бұл оқшаулағыштың физикалық құрылымымен анықталады. Оқшаулағыштың молекулалық құрылымында электрондардың атом ядросының байланысынан еркін қозғалуы қиын, сондықтан үйкеліс нәтижесінде молекулалық немесе атомдық иондану аз ғана болады.

Индуктивті статикалық электр дегеніміз - объект электр өрісінде болған кезде электромагниттік өрістің әсерінен объектідегі электрондардың қозғалысы нәтижесінде пайда болатын электр өрісі. Индуктивті статикалық электр әдетте тек өткізгіштерде ғана жасалуы мүмкін. Кеңістіктік электромагниттік өрістердің оқшаулағыштарға әсерін елемеуге болады.

Электростатикалық разряд механизмі

Неліктен 220В желілік электр тогы адамдарды өлтіруі мүмкін, бірақ адамдардағы мыңдаған вольттар оларды өлтіре алмайды? Конденсатордағы кернеу келесі формулаға сәйкес келеді: U=Q/C. Бұл формулаға сәйкес сыйымдылық аз және заряд мөлшері аз болғанда, жоғары кернеу пайда болады. «Әдетте біздің денеміздің және айналамыздағы заттардың сыйымдылығы өте аз. Электр заряды пайда болған кезде электр зарядының аз мөлшері де жоғары кернеуді тудыруы мүмкін.». Электр зарядының аздығына байланысты разрядтау кезінде пайда болатын ток өте аз, ал уақыт өте қысқа. Кернеуді ұстап тұру мүмкін емес, ал ток өте қысқа уақыт ішінде төмендейді. «Адам денесі оқшаулағыш болмағандықтан, разряд жолы болған кезде бүкіл денеде жинақталған статикалық зарядтар біріктіріледі. Сондықтан ток күшейіп, ток соғу сезімі бар сияқты. Статикалық электр тогы адам денелері мен металл заттар сияқты өткізгіштерде пайда болғаннан кейін разрядтық ток салыстырмалы түрде үлкен болады.

Жақсы оқшаулау қасиеттері бар материалдар үшін бірі түзілетін электр зарядының мөлшері өте аз болса, екіншісі - пайда болған электр зарядының ағуы қиын. Кернеу жоғары болғанымен, бір жерде разряд жолы болған кезде, тек жанасу нүктесіндегі және жақын маңдағы шағын диапазондағы заряд ағып, разрядталады, ал байланыссыз нүктедегі заряд разрядталмайды. Сондықтан он мыңдаған вольттық кернеудің өзінде разряд энергиясы да шамалы.

Электрондық компоненттерге статикалық электр тогының қауіптілігі

Статикалық электр энергиясы зиянды болуы мүмкінЖарық диодты индикаторс, тек жарық диодтың бірегей «патенті» ғана емес, сонымен қатар кремний материалдарынан жасалған жиі қолданылатын диодтар мен транзисторлар. Тіпті ғимараттар, ағаштар мен жануарлар статикалық электр тогының әсерінен зақымдалуы мүмкін (найзағай - бұл статикалық электр тогының бір түрі, біз оны бұл жерде қарастырмаймыз).

Сонымен, статикалық электр тогы электрондық компоненттерді қалай зақымдайды? Мен тым алысқа барғым келмейді, тек жартылай өткізгіш құрылғылар туралы айтамын, сонымен қатар диодтармен, транзисторлармен, IC және жарықдиодтармен шектелемін.

Жартылай өткізгішті құрамдас бөліктерге электр тогының зақымдануы, сайып келгенде, токты қамтиды. Электр тогының әсерінен құрылғы жылу әсерінен зақымдалады. Ток болса, кернеу болуы керек. Дегенмен, жартылай өткізгіш диодтарда тікелей және кері бағытта токты блоктайтын кернеу диапазоны бар PN түйіспелері бар. Тура потенциалдық кедергі төмен, ал кері потенциалдық кедергі әлдеқайда жоғары. Кедергі жоғары болатын тізбекте кернеу шоғырланған. Бірақ жарықдиодты шамдар үшін кернеу диодқа алға қарай қолданылғанда, сыртқы кернеу диодтың шекті кернеуінен аз болғанда (материалдық жолақ саңылауының еніне сәйкес), тікелей ток болмайды және кернеу барлығына қолданылады. PN түйісуі. Кернеу светодиодқа кері қолданылғанда, сыртқы кернеу жарық диодының кері бұзылу кернеуінен аз болғанда, кернеу сонымен қатар PN өткеліне толығымен қолданылады. Бұл уақытта жарық диодтың ақаулы дәнекерлеу түйінінде, кронштейнде, P аймағында немесе N аймағында кернеудің төмендеуі жоқ! Өйткені ток жоқ. PN түйісу үзілгеннен кейін сыртқы кернеу тізбектегі барлық резисторларға бөлінеді. Кедергі жоғары болған жерде бөлікке түсетін кернеу жоғары болады. Жарықдиодты шамдарға келетін болсақ, PN түйісу кернеудің көп бөлігін көтеретіні табиғи нәрсе. PN түйісуінде өндірілетін жылу қуаты ондағы кернеудің төмендеуін ток мәніне көбейтеді. Егер ағымдағы мән шектелмесе, шамадан тыс қызу PN түйісуін күйдіреді, ол өз қызметін жоғалтады және енеді.

Неліктен IC статикалық электрден қорқады? IC-дегі әрбір компоненттің ауданы өте аз болғандықтан, әрбір компоненттің паразиттік сыйымдылығы да өте аз (көбінесе схема функциясы өте аз паразиттік сыйымдылықты қажет етеді). Сондықтан электростатикалық зарядтың аз мөлшері жоғары электростатикалық кернеуді тудырады және әр компоненттің қуат төзімділігі әдетте өте аз, сондықтан электростатикалық разряд IC оңай зақымдауы мүмкін. Дегенмен, қарапайым дискретті компоненттер, мысалы, қарапайым шағын қуатты диодтар және шағын қуатты транзисторлар, статикалық электрден онша қорықпайды, өйткені олардың микросхемасының ауданы салыстырмалы түрде үлкен және олардың паразиттік сыйымдылығы салыстырмалы түрде үлкен және жоғары кернеулерді жинақтау оңай емес. оларды жалпы статикалық параметрлерде. Төмен қуатты MOS транзисторлары жұқа оксид қабаты мен шағын паразиттік сыйымдылыққа байланысты электростатикалық зақымдануға бейім. Олар әдетте қаптамадан кейін үш электродты қысқа тұйықталудан кейін зауыттан шығады. Қолдану кезінде дәнекерлеу аяқталғаннан кейін қысқа жолды алып тастау жиі талап етіледі. Жоғары қуатты MOS транзисторларының үлкен чип аймағына байланысты қарапайым статикалық электр оларды зақымдамайды. Осылайша сіз MOS транзисторларының қуатты үш электроды қысқа тұйықталулардан қорғалмағанын көресіз (алғашқы өндірушілер зауыттан шықпас бұрын оларды әлі де тұйықтап қойған).

Жарық диодтың шын мәнінде диоды бар және оның ауданы IC ішіндегі әрбір компонентке қатысты өте үлкен. Сондықтан жарықдиодты шамдардың паразиттік сыйымдылығы салыстырмалы түрде үлкен. Сондықтан жалпы жағдайларда статикалық электр жарық диодтарын зақымдай алмайды.

Жалпы жағдайларда, әсіресе оқшаулағыштарда электростатикалық электр тогы жоғары кернеуге ие болуы мүмкін, бірақ разряд зарядының мөлшері өте аз және разрядтық токтың ұзақтығы өте қысқа. Өткізгіште индукцияланған электростатикалық зарядтың кернеуі өте жоғары болмауы мүмкін, бірақ разрядтық ток үлкен және жиі үздіксіз болуы мүмкін. Бұл электронды компоненттерге өте зиянды.

Неліктен статикалық электр тогы зақымдайды?Жарықдиодты чиптержиі кездеспейді

Эксперименттік құбылыстан бастайық. Металл темір пластина 500 В статикалық электр тогын тасымалдайды. Жарық диодты металл пластинаға қойыңыз (келесі проблемаларды болдырмау үшін орналастыру әдісіне назар аударыңыз). Жарық диодты зақымдалады деп ойлайсыз ба? Мұнда жарықдиодты зақымдау үшін оны әдетте оның бұзылу кернеуінен жоғары кернеумен қолдану керек, яғни жарық диодының екі электроды да бір уақытта металл пластинамен байланысып, бұзылу кернеуінен жоғары кернеуге ие болуы керек. Темір пластина жақсы өткізгіш болғандықтан, ондағы индукциялық кернеу тең, ал 500 В деп аталатын кернеу жерге қатысты. Демек, жарықдиодтың екі электроды арасында кернеу жоқ және табиғи түрде ешқандай зақым болмайды. Светодиодтың бір электродты темір пластинамен, ал екінші электродты өткізгішпен (оқшаулағыш қолғапсыз қол немесе сым) жерге немесе басқа өткізгіштерге жалғамасаңыз.

Жоғарыда келтірілген эксперименттік құбылыс жарық диодты электростатикалық өрісте болған кезде бір электрод электростатикалық денеге, ал екінші электрод зақымдалудан бұрын жерге немесе басқа өткізгіштерге тиюі керек екенін еске салады. Нақты өндірісте және қолдануда, жарықдиодты шамдардың кішігірім өлшемдерімен, мұндай нәрселердің, әсіресе топтамаларда орын алу мүмкіндігі сирек болады. Кездейсоқ оқиғалар болуы мүмкін. Мысалы, жарық диоды электростатикалық денеде және бір электрод электростатикалық денемен байланысады, ал екінші электрод жай ғана тоқтатылған. Бұл кезде біреу ілулі электродты ұстайды, бұл электродты зақымдауы мүмкінЖарықдиодты шам.

Жоғарыда келтірілген құбылыс электростатикалық мәселелерді елемеуге болмайтынын айтады. Электростатикалық разряд өткізгіш тізбекті қажет етеді, ал статикалық электр тогы болса зияны жоқ. Өте аз мөлшерде ағып кету орын алғанда, кездейсоқ электростатикалық зақымдану мәселесін қарастыруға болады. Егер ол көп мөлшерде пайда болса, бұл чиптің ластануы немесе стресс мәселесі болуы ықтимал.