Mekanizmi i gjenerimit të elektricitetit statik

Zakonisht, elektriciteti statik gjenerohet për shkak të fërkimit ose induksionit.

Elektriciteti statik i fërkimit gjenerohet nga lëvizja e ngarkesave elektrike të krijuara gjatë kontaktit, fërkimit ose ndarjes midis dy objekteve. Elektriciteti statik i lënë nga fërkimi midis përçuesve është zakonisht relativisht i dobët, për shkak të përçueshmërisë së fortë të përçuesve. Jonet e krijuara nga fërkimi do të lëvizin shpejt së bashku dhe do të neutralizohen gjatë dhe në fund të procesit të fërkimit. Pas fërkimit të izolatorit, mund të gjenerohet një tension elektrostatik më i lartë, por sasia e ngarkesës është shumë e vogël. Kjo përcaktohet nga struktura fizike e vetë izolatorit. Në strukturën molekulare të një izoluesi, është e vështirë që elektronet të lëvizin lirshëm nga lidhja e bërthamës atomike, kështu që fërkimi rezulton në vetëm një sasi të vogël jonizimi molekular ose atomik.

Elektriciteti statik induktiv është një fushë elektrike e formuar nga lëvizja e elektroneve në një objekt nën veprimin e një fushe elektromagnetike kur objekti është në një fushë elektrike. Elektriciteti statik induktiv në përgjithësi mund të gjenerohet vetëm në përçues. Efekti i fushave elektromagnetike hapësinore në izolatorë mund të injorohet.

Mekanizmi i shkarkimit elektrostatik

Cila është arsyeja pse rryma elektrike 220 V mund të vrasë njerëzit, por mijëra volt mbi njerëzit nuk mund t'i vrasin ata? Tensioni nëpër kondensator plotëson formulën e mëposhtme: U=Q/C. Sipas kësaj formule, kur kapaciteti është i vogël dhe sasia e ngarkesës është e vogël, do të gjenerohet një tension i lartë. “Zakonisht, kapaciteti i trupave tanë dhe i objekteve rreth nesh është shumë i vogël. Kur gjenerohet një ngarkesë elektrike, një sasi e vogël e ngarkesës elektrike mund të gjenerojë gjithashtu një tension të lartë.” Për shkak të sasisë së vogël të ngarkesës elektrike, gjatë shkarkimit, rryma e gjeneruar është shumë e vogël, dhe koha është shumë e shkurtër. Tensioni nuk mund të mbahet, dhe rryma bie në një kohë jashtëzakonisht të shkurtër. “Për shkak se trupi i njeriut nuk është një izolues, ngarkesat statike të grumbulluara në të gjithë trupin, kur ka një rrugë shkarkimi, do të konvergojnë. Prandaj, ndjehet sikur rryma është më e lartë dhe ka një ndjenjë goditjeje elektrike. Pasi të krijohet elektriciteti statik në përcjellës të tillë si trupat e njeriut dhe objektet metalike, rryma e shkarkimit do të jetë relativisht e madhe.

Për materialet me veti të mira izoluese, njëra është se sasia e ngarkesës elektrike të gjeneruar është shumë e vogël dhe tjetra është se ngarkesa elektrike e krijuar është e vështirë të rrjedhë. Edhe pse voltazhi është i lartë, kur ka një rrugë shkarkimi diku, vetëm ngarkesa në pikën e kontaktit dhe brenda një diapazoni të vogël afër mund të rrjedhë dhe shkarkohet, ndërsa ngarkesa në pikën jo kontakti nuk mund të shkarkohet. Prandaj, edhe me një tension prej dhjetëra mijëra volt, energjia e shkarkimit është gjithashtu e papërfillshme.

Rreziqet e elektricitetit statik ndaj komponentëve elektronikë

Elektriciteti statik mund të jetë i dëmshëm përLEDs, jo vetëm "patenta" unike e LED-it, por edhe diodat dhe transistorët e përdorur zakonisht nga materiale silikoni. Edhe ndërtesat, pemët dhe kafshët mund të dëmtohen nga elektriciteti statik (rrufeja është një formë e elektricitetit statik dhe ne nuk do ta shqyrtojmë këtu).

Pra, si i dëmton elektriciteti statik komponentët elektronikë? Nuk dua të shkoj shumë larg, duke folur vetëm për pajisjet gjysmëpërçuese, por edhe të kufizuara në dioda, transistorë, IC dhe LED.

Dëmi i shkaktuar nga elektriciteti në komponentët gjysmëpërçues në fund të fundit përfshin rrymën. Nën veprimin e rrymës elektrike, pajisja dëmtohet për shkak të nxehtësisë. Nëse ka një rrymë, duhet të ketë një tension. Sidoqoftë, diodat gjysmëpërçuese kanë nyje PN, të cilat kanë një gamë tensioni që bllokon rrymën si në drejtimin përpara ashtu edhe në drejtim të kundërt. Pengesa potenciale e përparme është e ulët, ndërsa pengesa e kundërt e mundshme është shumë më e lartë. Në një qark, ku rezistenca është e lartë, voltazhi është i përqendruar. Por për LED-të, kur voltazhi aplikohet përpara tek LED, kur tensioni i jashtëm është më i vogël se voltazhi i pragut të diodës (që korrespondon me gjerësinë e hendekut të brezit material), nuk ka rrymë përpara, dhe tensioni aplikohet i gjithë në kryqëzimi PN. Kur voltazhi aplikohet në LED në të kundërt, kur tensioni i jashtëm është më i vogël se voltazhi i kundërt i prishjes së LED-it, voltazhi aplikohet gjithashtu në kryqëzimin PN tërësisht. Në këtë kohë, nuk ka rënie të tensionit as në bashkimin e gabuar të saldimit të LED-it, në kllapa, në zonën P ose në zonën N! Sepse nuk ka rrymë. Pas prishjes së kryqëzimit PN, tensioni i jashtëm ndahet nga të gjitha rezistorët në qark. Aty ku rezistenca është e lartë, voltazhi i bartur nga pjesa është i lartë. Për sa i përket LED-ve, është e natyrshme që kryqëzimi PN mban pjesën më të madhe të tensionit. Fuqia termike e gjeneruar në kryqëzimin PN është rënia e tensionit në të shumëzuar me vlerën aktuale. Nëse vlera aktuale nuk është e kufizuar, nxehtësia e tepërt do të djegë kryqëzimin PN, i cili do të humbasë funksionin e tij dhe do të depërtojë.

Pse IC-të kanë relativisht frikë nga elektriciteti statik? Për shkak se sipërfaqja e secilit komponent në një IC është shumë e vogël, kapaciteti parazitar i secilit komponent është gjithashtu shumë i vogël (shpesh funksioni i qarkut kërkon një kapacitet shumë të vogël parazitar). Prandaj, një sasi e vogël e ngarkesës elektrostatike do të gjenerojë një tension të lartë elektrostatik, dhe toleranca e fuqisë së secilit komponent është zakonisht shumë e vogël, kështu që shkarkimi elektrostatik mund të dëmtojë lehtësisht IC. Megjithatë, komponentët e zakonshëm diskrete, të tilla si diodat e zakonshme me fuqi të vogël dhe transistorët me fuqi të vogël, nuk kanë shumë frikë nga elektriciteti statik, sepse sipërfaqja e tyre e çipit është relativisht e madhe dhe kapaciteti i tyre parazitar është relativisht i madh dhe nuk është e lehtë të grumbullohen tensione të larta në ato në cilësimet e përgjithshme statike. Transistorët MOS me fuqi të ulët janë të prirur ndaj dëmtimeve elektrostatike për shkak të shtresës së tyre të hollë të oksidit të portës dhe kapacitetit të vogël parazitar. Ata zakonisht largohen nga fabrika pasi lidhin të tre elektrodat pas paketimit. Në përdorim, shpesh kërkohet të hiqet rruga e shkurtër pas përfundimit të saldimit. Për shkak të zonës së madhe të çipit të transistorëve MOS me fuqi të lartë, elektriciteti i zakonshëm statik nuk do t'i dëmtojë ato. Pra, do të shihni se tre elektrodat e tranzistorëve të fuqisë MOS nuk mbrohen nga qarqet e shkurtra (prodhuesit e hershëm ende i lidhnin ato me qark të shkurtër përpara se të largoheshin nga fabrika).

Një LED në fakt ka një diodë dhe zona e saj është shumë e madhe në lidhje me secilin komponent brenda IC. Prandaj, kapaciteti parazitar i LED-ve është relativisht i madh. Prandaj, elektriciteti statik në situata të përgjithshme nuk mund të dëmtojë LED.

Energjia elektrike elektrostatike në situata të përgjithshme, veçanërisht në izolatorë, mund të ketë një tension të lartë, por sasia e ngarkesës së shkarkimit është jashtëzakonisht e vogël, dhe kohëzgjatja e rrymës së shkarkimit është shumë e shkurtër. Tensioni i ngarkesës elektrostatike të shkaktuar në përcjellës mund të mos jetë shumë i lartë, por rryma e shkarkimit mund të jetë e madhe dhe shpesh e vazhdueshme. Kjo është shumë e dëmshme për komponentët elektronikë.

Pse dëmton elektriciteti statikÇipa LEDjo shpesh ndodhin

Le të fillojmë me një fenomen eksperimental. Një pllakë hekuri metalike mbart elektricitet statik 500 V. Vendoseni LED-in në pllakën metalike (i kushtoni vëmendje mënyrës së vendosjes për të shmangur problemet e mëposhtme). A mendoni se LED do të dëmtohet? Këtu, për të dëmtuar një LED, zakonisht duhet të aplikohet me një tension më të madh se voltazhi i tij i prishjes, që do të thotë se të dy elektrodat e LED duhet të kontaktojnë njëkohësisht me pllakën metalike dhe të kenë një tension më të madh se tensioni i prishjes. Meqenëse pllaka e hekurit është një përcjellës i mirë, tensioni i induktuar në të është i barabartë, dhe i ashtuquajturi tension 500 V është në raport me tokën. Prandaj, nuk ka tension midis dy elektrodave të LED, dhe natyrisht nuk do të ketë asnjë dëmtim. Nëse nuk e kontaktoni njërën elektrodë të një LED me një pllakë hekuri dhe e lidhni elektrodën tjetër me një përcjellës (dorë ose tel pa doreza izoluese) në tokë ose përçues të tjerë.

Fenomeni eksperimental i mësipërm na kujton se kur një LED është në një fushë elektrostatike, njëra elektrodë duhet të kontaktojë trupin elektrostatik dhe elektroda tjetër duhet të kontaktojë tokën ose përçuesit e tjerë përpara se të dëmtohet. Në prodhimin dhe aplikimin aktual, me madhësinë e vogël të LED-ve, rrallë ka mundësi që gjëra të tilla të ndodhin, veçanërisht në grupe. Ngjarje aksidentale janë të mundshme. Për shembull, një LED është në një trup elektrostatik dhe njëra elektrodë kontakton trupin elektrostatik, ndërsa elektroda tjetër është thjesht e pezulluar. Në këtë kohë, dikush prek elektrodën e pezulluar, e cila mund të dëmtojë atëDritë LED.

Dukuria e mësipërme na tregon se problemet elektrostatike nuk mund të shpërfillen. Shkarkimi elektrostatik kërkon një qark përçues dhe nuk ka dëm nëse ka elektricitet statik. Kur ndodh vetëm një sasi shumë e vogël rrjedhjeje, mund të merret parasysh problemi i dëmtimit aksidental elektrostatik. Nëse shfaqet në sasi të mëdha, ka më shumë gjasa të jetë një problem i kontaminimit të çipave ose stresit.