Statik elektrikin yaranma mexanizmi

Adətən sürtünmə və ya induksiya nəticəsində statik elektrik yaranır.

Sürtünmə statik elektriki iki cisim arasında təmas, sürtünmə və ya ayrılma zamanı yaranan elektrik yüklərinin hərəkəti nəticəsində yaranır. Konduktorların güclü keçiriciliyinə görə keçiricilər arasında sürtünmə nəticəsində qalan statik elektrik adətən nisbətən zəif olur. Sürtünmə nəticəsində yaranan ionlar sürtünmə prosesi zamanı və sonunda sürətlə birlikdə hərəkət edəcək və neytrallaşacaq. İzolyatorun sürtünməsindən sonra daha yüksək elektrostatik gərginlik yarana bilər, lakin yükün miqdarı çox azdır. Bu, izolyatorun özünün fiziki quruluşu ilə müəyyən edilir. İzolyatorun molekulyar strukturunda elektronların atom nüvəsinin bağlanmasından azad şəkildə sərbəst hərəkət etməsi çətindir, buna görə də sürtünmə yalnız kiçik miqdarda molekulyar və ya atom ionlaşması ilə nəticələnir.

İnduktiv statik elektrik, cisim elektrik sahəsində olduqda elektromaqnit sahəsinin təsiri altında cisimdə elektronların hərəkəti nəticəsində yaranan elektrik sahəsidir. İnduktiv statik elektrik ümumiyyətlə yalnız keçiricilərdə yarana bilər. Məkan elektromaqnit sahələrinin izolyatorlara təsirini nəzərə almamaq olar.

Elektrostatik boşalma mexanizmi

220V şəbəkə elektrik cərəyanının insanları öldürə bildiyi halda, minlərlə voltun insanları öldürə bilməməsinin səbəbi nədir? Kondensatordakı gərginlik aşağıdakı düstura cavab verir: U=Q/C. Bu düstura görə, tutum kiçik olduqda və yükün miqdarı kiçik olduqda, yüksək gərginlik yaranacaq. “Adətən bədənimizin və ətrafımızdakı cisimlərin tutumu çox kiçik olur. Elektrik yükü yarandıqda, az miqdarda elektrik yükü də yüksək gərginlik yarada bilər”. Az miqdarda elektrik yükü olduğundan, boşalma zamanı yaranan cərəyan çox az olur və vaxt çox qısa olur. Gərginliyi saxlamaq mümkün deyil və cərəyan çox qısa müddətdə düşür. “İnsan bədəni izolyator olmadığına görə, boşalma yolu olduqda bütün bədəndə yığılan statik yüklər birləşəcək. Ona görə də hiss olunur ki, cərəyan daha yüksəkdir və elektrik şoku hissi var.” İnsan bədənləri və metal əşyalar kimi keçiricilərdə statik elektrik yarandıqdan sonra boşalma cərəyanı nisbətən böyük olacaqdır.

Yaxşı izolyasiya xassələri olan materiallar üçün biri yaranan elektrik yükünün miqdarının çox az olması, digəri isə yaranan elektrik yükünün çətin axmasıdır. Gərginlik yüksək olsa da, hardasa boşalma yolu olduqda, yalnız təmas nöqtəsindəki və yaxınlıqdakı kiçik diapazonda olan yük axıb boşalda bilər, təmas nöqtəsindəki yük isə boşalda bilməz. Buna görə də, on minlərlə volt gərginliklə belə, boşalma enerjisi də əhəmiyyətsizdir.

Elektron komponentlərə statik elektrikin təhlükələri

Statik elektrik zərərli ola bilərLEDs, təkcə LED-in unikal “patenti” deyil, həm də silikon materiallardan hazırlanmış geniş yayılmış diodlar və tranzistorlar. Hətta binalar, ağaclar və heyvanlar statik elektrik tərəfindən zədələnə bilər (ildırım statik elektrikin bir formasıdır və biz bunu burada nəzərə almayacağıq).

Beləliklə, statik elektrik elektron komponentlərə necə zərər verir? Mən çox uzağa getmək istəmirəm, yalnız yarımkeçirici cihazlar haqqında danışıram, həm də diodlar, tranzistorlar, IC və LED-lərlə məhdudlaşır.

Yarımkeçirici komponentlərə elektrik cərəyanının vurduğu zərər son nəticədə cərəyanı əhatə edir. Elektrik cərəyanının təsiri altında cihaz istilik səbəbindən zədələnir. Bir cərəyan varsa, bir gərginlik olmalıdır. Bununla belə, yarımkeçirici diodlarda həm irəli, həm də əks istiqamətdə cərəyanı bloklayan gərginlik diapazonuna malik PN qovşaqları var. İrəli potensial maneə aşağı, əks potensial maneə isə daha yüksəkdir. Müqavimətin yüksək olduğu bir dövrədə gərginlik cəmləşir. Lakin LED-lər üçün, gərginlik LED-ə irəli tətbiq edildikdə, xarici gərginlik diodun eşik gərginliyindən az olduqda (maddi zolaq boşluğunun genişliyinə uyğundur), irəli cərəyan yoxdur və gərginlik hamısı tətbiq olunur. PN qovşağı. Gərginlik LED-ə tərsinə tətbiq edildikdə, xarici gərginlik LED-in əks parçalanma gərginliyindən az olduqda, gərginlik də tamamilə PN qovşağına tətbiq olunur. Bu zaman nə LED-nin nasaz lehim birləşməsində, nə mötərizədə, nə P sahəsində, nə də N sahəsində gərginlik düşməsi yoxdur! Çünki cərəyan yoxdur. PN qovşağı qırıldıqdan sonra xarici gərginlik dövrədəki bütün rezistorlar tərəfindən paylaşılır. Müqavimət yüksək olduqda, hissənin çəkdiyi gərginlik yüksəkdir. LED-lərə gəldikdə, PN qovşağının gərginliyin çox hissəsini daşıması təbiidir. PN qovşağında yaranan istilik gücü onun üzərindəki gərginliyin düşməsinin cari dəyərə vurulmasıdır. Cari dəyər məhdud deyilsə, həddindən artıq istilik PN qovşağını yandıracaq, bu da funksiyasını itirəcək və nüfuz edəcəkdir.

Niyə IC-lər statik elektrikdən nisbətən qorxurlar? IC-də hər bir komponentin sahəsi çox kiçik olduğundan, hər bir komponentin parazit tutumu da çox kiçikdir (çox vaxt dövrə funksiyası çox kiçik parazitar tutum tələb edir). Buna görə də, az miqdarda elektrostatik yük yüksək elektrostatik gərginlik yaradacaq və hər bir komponentin güc tolerantlığı adətən çox kiçikdir, buna görə də elektrostatik boşalma asanlıqla IC-yə zərər verə bilər. Bununla belə, adi kiçik güc diodları və kiçik güclü tranzistorlar kimi adi diskret komponentlər statik elektrikdən çox qorxmurlar, çünki onların çip sahəsi nisbətən böyükdür və parazitar tutumu nisbətən böyükdür və yüksək gərginlikləri toplamaq asan deyil. onları ümumi statik parametrlərdə. Aşağı güclü MOS tranzistorları nazik qapı oksid təbəqəsi və kiçik parazit tutumu səbəbindən elektrostatik zədələnməyə meyllidir. Onlar adətən qablaşdırmadan sonra üç elektrodda qısaqapanmadan sonra fabriki tərk edirlər. İstifadədə, qaynaq tamamlandıqdan sonra tez-tez qısa yolu çıxarmaq tələb olunur. Yüksək güclü MOS tranzistorlarının böyük çip sahəsinə görə adi statik elektrik onlara zərər verməyəcək. Beləliklə, MOS tranzistorlarının üç elektrodunun qısa qapanma ilə qorunmadığını görəcəksiniz (ilk istehsalçılar hələ də fabrikdən çıxmazdan əvvəl onları qısa qapanırdılar).

Bir LED əslində bir dioda malikdir və onun sahəsi IC daxilindəki hər bir komponentə nisbətən çox böyükdür. Buna görə də, LED-lərin parazit tutumu nisbətən böyükdür. Buna görə, ümumi vəziyyətlərdə statik elektrik LED-lərə zərər verə bilməz.

Ümumi vəziyyətlərdə, xüsusən də izolyatorlarda elektrostatik elektrik yüksək gərginliyə malik ola bilər, lakin boşalma yükünün miqdarı olduqca kiçikdir və axıdma cərəyanının müddəti çox qısadır. Dirijorda induksiya olunan elektrostatik yükün gərginliyi çox yüksək olmaya bilər, lakin boşalma cərəyanı böyük və çox vaxt davamlı ola bilər. Bu, elektron komponentlər üçün çox zərərlidir.

Statik elektrik niyə zərər verir?LED çipləritez-tez baş vermir

Eksperimental bir fenomenlə başlayaq. Bir metal dəmir lövhə 500V statik elektrik daşıyır. LED-i metal lövhəyə qoyun (aşağıdakı problemlərin qarşısını almaq üçün yerləşdirmə üsuluna diqqət yetirin). Sizcə LED zədələnəcək? Burada, bir LED-ə zərər vermək üçün, adətən, onun qırılma gərginliyindən daha böyük bir gərginliklə tətbiq edilməlidir, yəni LED-in hər iki elektrodu eyni vaxtda metal plitə ilə əlaqə saxlamalı və qırılma gərginliyindən daha böyük bir gərginliyə sahib olmalıdır. Dəmir lövhə yaxşı keçirici olduğundan, onun üzərindəki induksiya gərginliyi bərabərdir və sözdə 500V gərginlik yerə nisbətəndir. Buna görə də, LED-in iki elektrodu arasında heç bir gərginlik yoxdur və təbii olaraq heç bir zərər olmayacaqdır. Bir LED-in bir elektrodu ilə dəmir lövhə ilə əlaqə saxlasanız və digər elektrodu bir keçirici ilə (izolyasiya əlcəkləri olmayan əl və ya tel) yerə və ya digər keçiricilərə birləşdirməyincə.

Yuxarıdakı eksperimental fenomen bizə xatırladır ki, bir LED elektrostatik sahədə olduqda, bir elektrod elektrostatik gövdə ilə təmasda olmalıdır və digər elektrod zədələnmədən əvvəl yerə və ya digər keçiricilərə toxunmalıdır. Faktiki istehsal və tətbiqdə, LED-lərin kiçik ölçüsü ilə, nadir hallarda, xüsusən də partiyalarda belə şeylərin baş verməsi şansı var. Təsadüfi hadisələr mümkündür. Məsələn, bir LED elektrostatik gövdədədir və bir elektrod elektrostatik gövdə ilə təmasda olur, digər elektrod isə sadəcə dayandırılır. Bu zaman kimsə asılmış elektroda toxunur, bu da elektrodu zədələyə bilərLED İşıq.

Yuxarıdakı fenomen bizə deyir ki, elektrostatik problemləri göz ardı etmək olmaz. Elektrostatik boşalma keçirici dövrə tələb edir və statik elektrik varsa heç bir zərəri yoxdur. Yalnız çox az miqdarda sızma baş verdikdə, təsadüfən elektrostatik zədələnmə problemi nəzərdən keçirilə bilər. Böyük miqdarda baş verərsə, çipin çirklənməsi və ya stress problemi olma ehtimalı daha yüksəkdir.