სტატიკური ელექტროენერგიის წარმოქმნის მექანიზმი

ჩვეულებრივ, სტატიკური ელექტროენერგია წარმოიქმნება ხახუნის ან ინდუქციის გამო.

ხახუნის სტატიკური ელექტროენერგია წარმოიქმნება ელექტრული მუხტების მოძრაობით, რომლებიც წარმოიქმნება კონტაქტის, ხახუნის ან ორ ობიექტს შორის განცალკევების დროს. გამტარებს შორის ხახუნის შედეგად დარჩენილი სტატიკური ელექტროენერგია ჩვეულებრივ შედარებით სუსტია გამტარების ძლიერი გამტარობის გამო. ხახუნის შედეგად წარმოქმნილი იონები სწრაფად გადაადგილდებიან ერთად და განეიტრალდებიან ხახუნის პროცესის დროს და ბოლოს. იზოლატორის ხახუნის შემდეგ შეიძლება წარმოიქმნას უფრო მაღალი ელექტროსტატიკური ძაბვა, მაგრამ დამუხტვის რაოდენობა ძალიან მცირეა. ეს განისაზღვრება თავად იზოლატორის ფიზიკური სტრუქტურით. იზოლატორის მოლეკულურ სტრუქტურაში ელექტრონებს უჭირთ თავისუფლად გადაადგილება ატომური ბირთვის შებოჭვისგან, ამიტომ ხახუნი იწვევს მხოლოდ მცირე მოლეკულურ ან ატომურ იონიზაციას.

ინდუქციური სტატიკური ელექტროენერგია არის ელექტრული ველი, რომელიც წარმოიქმნება ობიექტში ელექტრონების მოძრაობით ელექტრომაგნიტური ველის მოქმედებით, როდესაც ობიექტი ელექტრულ ველშია. ინდუქციური სტატიკური ელექტროენერგია ჩვეულებრივ შეიძლება წარმოიქმნას მხოლოდ გამტარებზე. სივრცითი ელექტრომაგნიტური ველების გავლენა იზოლატორებზე შეიძლება იგნორირებული იყოს.

ელექტროსტატიკური გამონადენი მექანიზმი

რა არის მიზეზი იმისა, რომ 220 ვოლტიან ელექტროენერგიას შეუძლია ადამიანების მოკვლა, მაგრამ ათასობით ვოლტი ადამიანებზე ვერ კლავს მათ? კონდენსატორზე ძაბვა აკმაყოფილებს შემდეგ ფორმულას: U=Q/C. ამ ფორმულის მიხედვით, როდესაც ტევადობა მცირეა და დამუხტვის რაოდენობა მცირეა, წარმოიქმნება მაღალი ძაბვა. „ჩვეულებრივ, ჩვენს ირგვლივ ჩვენი სხეულებისა და ობიექტების ტევადობა ძალიან მცირეა. როდესაც წარმოიქმნება ელექტრული მუხტი, მცირე რაოდენობით ელექტრული მუხტი ასევე შეიძლება წარმოქმნას მაღალი ძაბვა. ” ელექტრული მუხტის მცირე რაოდენობის გამო, განმუხტვის დროს წარმოქმნილი დენი ძალიან მცირეა, დრო კი ძალიან მოკლე. ძაბვის შენარჩუნება შეუძლებელია და დენი ეცემა უკიდურესად მოკლე დროში. „რადგან ადამიანის სხეული არ არის იზოლატორი, მთელ სხეულში დაგროვილი სტატიკური მუხტები, როდესაც არის გამონადენის გზა, გადაიყრება. აქედან გამომდინარე, იგრძნობა, რომ დენი უფრო მაღალია და არსებობს ელექტროშოკის შეგრძნება. ” მას შემდეგ, რაც სტატიკური ელექტროენერგია წარმოიქმნება გამტარებლებში, როგორიცაა ადამიანის სხეულები და ლითონის საგნები, გამონადენის დენი შედარებით დიდი იქნება.

კარგი საიზოლაციო თვისებების მქონე მასალებისთვის, ერთი ის არის, რომ წარმოქმნილი ელექტრული მუხტის რაოდენობა ძალიან მცირეა, მეორე კი ის, რომ წარმოქმნილი ელექტრული მუხტი ძნელად მიედინება. მიუხედავად იმისა, რომ ძაბვა მაღალია, როდესაც სადმე არის გამონადენის გზა, მხოლოდ დამუხტვა კონტაქტურ წერტილში და ახლომახლო მცირე დიაპაზონში შეიძლება გადიოდეს და განიტვირთოს, ხოლო არაკონტაქტურ წერტილში დამუხტვა არ შეიძლება. ამიტომ, თუნდაც ათიათასობით ვოლტის ძაბვის შემთხვევაში, გამონადენის ენერგიაც უმნიშვნელოა.

სტატიკური ელექტროენერგიის საფრთხე ელექტრონულ კომპონენტებზე

სტატიკური ელექტროენერგია შეიძლება საზიანო იყოსLEDs, არა მხოლოდ LED-ის უნიკალური „პატენტი“, არამედ სილიკონის მასალისგან დამზადებული საყოველთაოდ გამოყენებული დიოდები და ტრანზისტორები. შენობები, ხეები და ცხოველებიც კი შეიძლება დაზიანდეს სტატიკური ელექტროენერგიით (ელვა არის სტატიკური ელექტროენერგიის ფორმა და ჩვენ მას აქ არ განვიხილავთ).

მაშ, როგორ აზიანებს სტატიკური ელექტროენერგია ელექტრონულ კომპონენტებს? შორს წასვლა არ მინდა, მხოლოდ ნახევარგამტარ მოწყობილობებზე ვისაუბრო, მაგრამ ასევე შემოიფარგლება დიოდებით, ტრანზისტორებით, IC-ებით და LED-ებით.

ელექტროენერგიით მიყენებული ზიანი ნახევარგამტარულ კომპონენტებზე საბოლოოდ მოიცავს დენს. ელექტრული დენის მოქმედებით, მოწყობილობა ზიანდება სითბოს გამო. თუ არის დენი, უნდა იყოს ძაბვა. თუმცა, ნახევარგამტარულ დიოდებს აქვთ PN შეერთებები, რომლებსაც აქვთ ძაბვის დიაპაზონი, რომელიც ბლოკავს დენს როგორც წინა, ისე საპირისპირო მიმართულებით. წინა პოტენციური ბარიერი დაბალია, ხოლო საპირისპირო პოტენციური ბარიერი გაცილებით მაღალია. წრეში, სადაც წინააღმდეგობა მაღალია, ძაბვა კონცენტრირებულია. მაგრამ LED-ებისთვის, როდესაც ძაბვა გამოიყენება LED-ზე წინ, როდესაც გარე ძაბვა ნაკლებია დიოდის ზღვრულ ძაბვაზე (შეესაბამება მატერიალური ზოლის სიგანის), არ არის წინა დენი და ძაბვა გამოიყენება PN კვანძი. როდესაც ძაბვა გამოიყენება LED-ზე საპირისპიროდ, როდესაც გარე ძაბვა ნაკლებია LED-ის საპირისპირო დაშლის ძაბვაზე, ძაბვა ასევე გამოიყენება მთლიანად PN შეერთებაზე. ამ დროს არ არის ძაბვის ვარდნა არც LED-ის გაუმართავი შედუღების ერთობლიობაში, არც სამაგრში, არც P ზონაში და არც N ზონაში! რადგან დენი არ არის. PN შეერთების დაშლის შემდეგ, გარე ძაბვა იზიარებს მიკროსქემის ყველა რეზისტორს. სადაც წინააღმდეგობა მაღალია, ნაწილის მიერ გატარებული ძაბვა მაღალია. რაც შეეხება LED-ებს, ბუნებრივია, რომ PN შეერთება ატარებს ძაბვის დიდ ნაწილს. PN შეერთებაზე წარმოქმნილი თერმული სიმძლავრე არის მასზე ძაბვის ვარდნა გამრავლებული მიმდინარე მნიშვნელობაზე. თუ მიმდინარე მნიშვნელობა შეზღუდული არ არის, გადაჭარბებული სიცხე დაწვავს PN შეერთებას, რომელიც დაკარგავს თავის ფუნქციას და შეაღწევს.

რატომ ეშინიათ IC-ებს შედარებით სტატიკური ელექტროენერგიის? იმის გამო, რომ IC-ში თითოეული კომპონენტის ფართობი ძალიან მცირეა, თითოეული კომპონენტის პარაზიტული ტევადობა ასევე ძალიან მცირეა (ხშირად მიკროსქემის ფუნქცია მოითხოვს ძალიან მცირე პარაზიტულ ტევადობას). ამრიგად, ელექტროსტატიკური მუხტის მცირე რაოდენობა წარმოქმნის მაღალ ელექტროსტატიკური ძაბვას და თითოეული კომპონენტის სიმძლავრის ტოლერანტობა ჩვეულებრივ ძალიან მცირეა, ამიტომ ელექტროსტატიკური გამონადენი ადვილად აზიანებს IC-ს. თუმცა, ჩვეულებრივ დისკრეტულ კომპონენტებს, როგორიცაა ჩვეულებრივი მცირე სიმძლავრის დიოდები და მცირე სიმძლავრის ტრანზისტორები, ძალიან არ ეშინიათ სტატიკური ელექტროენერგიის, რადგან მათი ჩიპის ფართობი შედარებით დიდია და მათი პარაზიტული ტევადობა შედარებით დიდია და ადვილი არ არის მაღალი ძაბვის დაგროვება. ისინი ზოგადად სტატიკური პარამეტრებით. დაბალი სიმძლავრის MOS ტრანზისტორები მიდრეკილია ელექტროსტატიკური დაზიანებისკენ მათი თხელი კარიბჭის ოქსიდის ფენისა და მცირე პარაზიტული ტევადობის გამო. ისინი ჩვეულებრივ ტოვებენ ქარხანას შეფუთვის შემდეგ სამი ელექტროდის მოკლე შერთვის შემდეგ. გამოყენებისას, ხშირად საჭიროა მოკლე მარშრუტის ამოღება შედუღების დასრულების შემდეგ. მაღალი სიმძლავრის MOS ტრანზისტორების ჩიპის დიდი ფართობის გამო, ჩვეულებრივი სტატიკური ელექტროენერგია არ დააზიანებს მათ. ამრიგად, თქვენ ნახავთ, რომ სიმძლავრის MOS ტრანზისტორების სამი ელექტროდი არ არის დაცული მოკლე ჩართვით (ადრეული მწარმოებლები ჯერ კიდევ მოკლე ჩართავდნენ მათ ქარხნის გასვლამდე).

LED-ს რეალურად აქვს დიოდი და მისი ფართობი ძალიან დიდია IC-ის თითოეულ კომპონენტთან შედარებით. ამიტომ, LED-ების პარაზიტული ტევადობა შედარებით დიდია. ამიტომ, სტატიკური ელექტროენერგია ზოგად სიტუაციებში არ შეიძლება დააზიანოს LED-ები.

ელექტროსტატიკური ელექტროენერგია ზოგად სიტუაციებში, განსაკუთრებით იზოლატორებზე, შეიძლება ჰქონდეს მაღალი ძაბვა, მაგრამ გამონადენის ოდენობა უკიდურესად მცირეა და გამონადენის ხანგრძლივობა ძალიან მოკლეა. დირიჟორზე გამოწვეული ელექტროსტატიკური მუხტის ძაბვა შეიძლება არ იყოს ძალიან მაღალი, მაგრამ გამონადენის დენი შეიძლება იყოს დიდი და ხშირად უწყვეტი. ეს ძალიან საზიანოა ელექტრონული კომპონენტებისთვის.

რატომ აზიანებს სტატიკური ელექტროენერგიაLED ჩიპებიხშირად არ ხდება

დავიწყოთ ექსპერიმენტული ფენომენით. ლითონის რკინის ფირფიტა ატარებს 500 ვ სტატიკური ელექტროენერგიას. განათავსეთ LED შუქნიშანი ლითონის ფირფიტაზე (ყურადღება მიაქციეთ განლაგების მეთოდს, რათა თავიდან აიცილოთ შემდეგი პრობლემები). როგორ ფიქრობთ, LED დაზიანდება? აქ, LED-ის დასაზიანებლად, ის ჩვეულებრივ უნდა იქნას გამოყენებული მის დაშლის ძაბვაზე მეტი ძაბვით, რაც ნიშნავს, რომ LED-ის ორივე ელექტროდი ერთდროულად უნდა დაუკავშირდეს ლითონის ფირფიტას და ჰქონდეს ძაბვა ავარიის ძაბვაზე მეტი. იმის გამო, რომ რკინის ფირფიტა კარგი გამტარია, მასზე ინდუცირებული ძაბვა თანაბარია და ე.წ. 500 ვ ძაბვა მიწასთან შედარებით. აქედან გამომდინარე, LED- ის ორ ელექტროდს შორის არ არის ძაბვა და ბუნებრივია, არ იქნება დაზიანება. თუ არ დაუკავშირდებით LED-ის ერთ ელექტროდს რკინის ფირფიტით, ხოლო მეორე ელექტროდს დააკავშირებთ გამტარით (ხელით ან მავთულით საიზოლაციო ხელთათმანების გარეშე) მიწასთან ან სხვა გამტარებთან.

ზემოაღნიშნული ექსპერიმენტული ფენომენი გვახსენებს, რომ როდესაც LED არის ელექტროსტატიკურ ველში, ერთი ელექტროდი უნდა დაუკავშირდეს ელექტროსტატიკურ სხეულს, ხოლო მეორე ელექტროდი უნდა დაუკავშირდეს მიწას ან სხვა გამტარებს, სანამ ის დაზიანდება. რეალურ წარმოებასა და გამოყენებაში, LED-ების მცირე ზომით, იშვიათად არის შანსი, რომ მსგავსი რამ მოხდეს, განსაკუთრებით პარტიებში. შესაძლებელია შემთხვევითი მოვლენები. მაგალითად, LED არის ელექტროსტატიკურ სხეულზე და ერთი ელექტროდი ეკონტაქტება ელექტროსტატიკურ სხეულს, ხოლო მეორე ელექტროდი უბრალოდ შეჩერებულია. ამ დროს ვინმე შეჩერებულ ელექტროდს ეხება, რამაც შესაძლოა დააზიანოს იგიLED განათება.

ზემოთ მოყვანილი ფენომენი გვეუბნება, რომ ელექტროსტატიკური პრობლემების იგნორირება შეუძლებელია. ელექტროსტატიკური გამონადენი მოითხოვს გამტარ წრეს და არავითარი ზიანი არ არის, თუ არსებობს სტატიკური ელექტროენერგია. როდესაც მხოლოდ ძალიან მცირე გაჟონვა ხდება, შეიძლება განიხილებოდეს შემთხვევითი ელექტროსტატიკური დაზიანების პრობლემა. თუ ეს ხდება დიდი რაოდენობით, უფრო სავარაუდოა, რომ ეს არის ჩიპების დაბინძურების ან სტრესის პრობლემა.