Statik elektriğin üretim mekanizması

Genellikle sürtünme veya indüksiyon nedeniyle statik elektrik üretilir.

Sürtünme statik elektriği, iki nesne arasındaki temas, sürtünme veya ayrılma sırasında oluşan elektrik yüklerinin hareketi ile üretilir. İletkenler arasındaki sürtünmeden kaynaklanan statik elektrik, iletkenlerin güçlü iletkenliğinden dolayı genellikle nispeten zayıftır. Sürtünme nedeniyle oluşan iyonlar hızla birlikte hareket edecek ve sürtünme süreci sırasında ve sonunda nötralize olacaktır. Yalıtkanın sürtünmesinden sonra daha yüksek bir elektrostatik voltaj üretilebilir, ancak yük miktarı çok küçüktür. Bu, yalıtkanın fiziksel yapısı tarafından belirlenir. Bir yalıtkanın moleküler yapısında, elektronların atom çekirdeğinin bağlanmasından bağımsız olarak serbestçe hareket etmesi zordur, dolayısıyla sürtünme yalnızca küçük miktarda moleküler veya atomik iyonizasyonla sonuçlanır.

Endüktif statik elektrik, nesne bir elektrik alanı içindeyken elektromanyetik alanın etkisi altında bir nesnedeki elektronların hareketiyle oluşan bir elektrik alanıdır. Endüktif statik elektrik genellikle yalnızca iletkenler üzerinde üretilebilir. Uzaysal elektromanyetik alanların yalıtkanlar üzerindeki etkisi göz ardı edilebilir.

Elektrostatik boşalma mekanizması

220V şebeke elektriğinin insanları öldürebilmesine rağmen, üzerindeki binlerce voltun onları öldürememesinin nedeni nedir? Kapasitör üzerindeki voltaj şu formülü karşılar: U=Q/C. Bu formüle göre kapasitans küçük ve yük miktarı küçük olduğunda yüksek voltaj üretilecektir. “Genellikle vücudumuzun ve çevremizdeki nesnelerin kapasitesi çok küçüktür. Bir elektrik yükü oluştuğunda, az miktardaki elektrik yükü de yüksek bir voltaj üretebilir.” Elektrik yükünün az olması nedeniyle, deşarj sırasında üretilen akım çok küçüktür ve zaman çok kısadır. Gerilim korunamaz ve akım çok kısa sürede düşer. "İnsan vücudu bir yalıtkan olmadığından, bir deşarj yolu olduğunda vücutta biriken statik yükler birleşecektir. Bu nedenle sanki akım daha yüksek ve elektrik çarpması hissi var gibi geliyor” dedi. İnsan vücudu ve metal nesneler gibi iletkenlerde statik elektrik oluştuktan sonra deşarj akımı nispeten büyük olacaktır.

Yalıtım özelliği iyi olan malzemeler için biri üretilen elektrik yükü miktarının çok az olması, diğeri ise üretilen elektrik yükünün akışının zor olmasıdır. Gerilim yüksek olmasına rağmen, bir yerde bir deşarj yolu olduğunda, yalnızca temas noktasındaki ve yakınlardaki küçük bir aralıktaki yük akıp deşarj olabilir, temassız noktadaki şarj ise deşarj olamaz. Bu nedenle onbinlerce voltluk bir voltajda bile deşarj enerjisi de ihmal edilebilir düzeydedir.

Statik elektriğin elektronik bileşenlere yönelik tehlikeleri

Statik elektrik sağlığa zararlı olabilirNEDEN OLMUŞSadece LED'in benzersiz “patenti” değil, aynı zamanda yaygın olarak kullanılan silikon malzemelerden yapılmış diyotlar ve transistörler de var. Binalar, ağaçlar ve hayvanlar bile statik elektrikten zarar görebilir (yıldırım, statik elektriğin bir şeklidir ve bunu burada ele almayacağız).

Peki statik elektrik elektronik bileşenlere nasıl zarar verir? Sadece yarı iletken cihazlardan bahsederek çok ileri gitmek istemiyorum, aynı zamanda diyotlar, transistörler, IC'ler ve LED'lerle de sınırlıyım.

Elektriğin yarı iletken bileşenlere verdiği hasar sonuçta akımı içerir. Elektrik akımının etkisi altında cihaz ısı nedeniyle hasar görür. Akım varsa gerilim de olmalıdır. Bununla birlikte, yarı iletken diyotlar, hem ileri hem de geri yönde akımı bloke eden bir voltaj aralığına sahip PN bağlantılarına sahiptir. İleri potansiyel bariyeri düşük, ters potansiyel bariyeri ise çok daha yüksektir. Direncin yüksek olduğu bir devrede gerilim yoğunlaşır. Ancak LED'ler için, voltaj LED'e ileri doğru uygulandığında, harici voltaj diyotun eşik voltajından daha düşük olduğunda (malzeme bant aralığı genişliğine karşılık gelir), ileri akım yoktur ve voltajın tümü diyota uygulanır. PN kavşağı. LED'e ters yönde gerilim uygulandığında, harici gerilim LED'in ters kırılma geriliminden küçük olduğunda PN bağlantısına da gerilim tamamen uygulanır. Bu sırada LED'in hatalı lehim bağlantısında, brakette, P alanında veya N alanında voltaj düşüşü yoktur! Çünkü akım yok. PN bağlantısı kesildikten sonra harici voltaj devredeki tüm dirençler tarafından paylaşılır. Direncin yüksek olduğu durumlarda parçanın taşıdığı voltaj da yüksektir. LED'ler söz konusu olduğunda voltajın çoğunu PN bağlantısının taşıması doğaldır. PN bağlantısında üretilen termal güç, buradaki voltaj düşüşünün mevcut değerle çarpımıdır. Akım değeri sınırlı değilse, aşırı ısı PN ​​bağlantısını yakacak ve işlevini kaybedip içeri girecektir.

IC'ler neden nispeten statik elektrikten korkuyor? Bir IC'deki her bileşenin alanı çok küçük olduğundan, her bileşenin parazitik kapasitansı da çok küçüktür (çoğunlukla devre fonksiyonu çok küçük parazitik kapasitans gerektirir). Bu nedenle, az miktarda elektrostatik yük, yüksek bir elektrostatik voltaj üretecektir ve her bir bileşenin güç toleransı genellikle çok küçüktür, bu nedenle elektrostatik deşarj, IC'ye kolayca zarar verebilir. Bununla birlikte, sıradan küçük güç diyotları ve küçük güç transistörleri gibi sıradan ayrık bileşenler, statik elektrikten pek korkmazlar çünkü çip alanları nispeten büyüktür ve parazit kapasitansları nispeten büyüktür ve üzerinde yüksek voltaj biriktirmek kolay değildir. bunları genel statik ayarlarda kullanın. Düşük güçlü MOS transistörleri, ince geçit oksit katmanları ve küçük parazit kapasitansları nedeniyle elektrostatik hasara eğilimlidir. Genellikle paketlendikten sonra üç elektroda kısa devre yaptırdıktan sonra fabrikadan çıkarlar. Kullanımda, kaynak tamamlandıktan sonra genellikle kısa yolun kaldırılması gerekir. Yüksek güçlü MOS transistörlerin geniş çip alanı nedeniyle sıradan statik elektrik onlara zarar vermez. Böylece güç MOS transistörlerinin üç elektrodunun kısa devrelerle korunmadığını göreceksiniz (ilk üreticiler fabrikadan çıkmadan önce onlara kısa devre yaptırıyordu).

Bir LED'in aslında bir diyotu vardır ve alanı, IC içindeki her bir bileşene göre çok büyüktür. Bu nedenle LED'lerin parazitik kapasitansı nispeten büyüktür. Bu nedenle genel durumlarda statik elektrik LED'lere zarar veremez.

Genel durumlarda, özellikle yalıtkanlarda elektrostatik elektrik yüksek voltaja sahip olabilir, ancak deşarj şarjının miktarı son derece küçüktür ve deşarj akımının süresi çok kısadır. İletken üzerinde indüklenen elektrostatik yükün voltajı çok yüksek olmayabilir ancak deşarj akımı büyük ve sıklıkla sürekli olabilir. Bu elektronik bileşenlere çok zararlıdır.

Statik elektrik neden zarar verirLED çiplerisık sık meydana gelmez

Deneysel bir olayla başlayalım. Metal bir demir plaka 500V statik elektrik taşır. LED'i metal plaka üzerine yerleştirin (aşağıdaki sorunları önlemek için yerleştirme yöntemine dikkat edin). LED'in zarar göreceğini mi düşünüyorsunuz? Burada, bir LED'e zarar vermek için genellikle arıza voltajından daha yüksek bir voltajla uygulanmalıdır; bu, LED'in her iki elektrotunun da aynı anda metal plakaya temas etmesi ve arıza voltajından daha yüksek bir voltaja sahip olması gerektiği anlamına gelir. Demir plaka iyi bir iletken olduğundan, üzerinde indüklenen voltaj eşittir ve 500V olarak adlandırılan voltaj toprağa göredir. Bu nedenle LED'in iki elektrodu arasında voltaj olmaz ve doğal olarak herhangi bir hasar da oluşmaz. LED'in bir elektrotunu demir plakayla temas ettirmediğiniz ve diğer elektrotu bir iletkenle (yalıtım eldivensiz el veya tel) toprağa veya diğer iletkenlere bağlamadığınız sürece.

Yukarıdaki deneysel olay bize, bir LED elektrostatik alanda olduğunda, bir elektrotun elektrostatik gövdeye temas etmesi ve diğer elektrotun zarar görmeden önce toprakla veya diğer iletkenlerle temas etmesi gerektiğini hatırlatır. Gerçek üretim ve uygulamada, LED'lerin küçük boyutlarıyla, özellikle partiler halinde bu tür şeylerin meydana gelme şansı nadiren vardır. Kazara olaylar mümkündür. Örneğin, bir LED elektrostatik bir gövde üzerinde bulunur ve bir elektrot elektrostatik gövdeye temas ederken diğer elektrot asılı kalır. Bu sırada birisi asılı elektroda dokunur ve bu durum elektrota zarar verebilir.LED Işık.

Yukarıdaki olay bize elektrostatik problemlerin göz ardı edilemeyeceğini anlatır. Elektrostatik boşalma iletken bir devre gerektirir, statik elektrik olması durumunda hiçbir zararı yoktur. Sadece çok az miktarda sızıntı meydana geldiğinde, kazara oluşan elektrostatik hasar sorunu düşünülebilir. Büyük miktarlarda meydana gelirse, talaş kirliliği veya stres sorunu olma olasılığı daha yüksektir.