સ્થિર વીજળીની જનરેશન મિકેનિઝમ

સામાન્ય રીતે, સ્થિર વીજળી ઘર્ષણ અથવા ઇન્ડક્શનને કારણે ઉત્પન્ન થાય છે.

ઘર્ષણ સ્થિર વીજળી એ બે પદાર્થો વચ્ચેના સંપર્ક, ઘર્ષણ અથવા વિભાજન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુત શુલ્કની હિલચાલ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. વાહક વચ્ચે ઘર્ષણ દ્વારા છોડવામાં આવતી સ્થિર વીજળી સામાન્ય રીતે પ્રમાણમાં નબળી હોય છે, કારણ કે વાહકની મજબૂત વાહકતા. ઘર્ષણ દ્વારા પેદા થતા આયનો ઝડપથી એકસાથે ખસી જશે અને ઘર્ષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન અને તેના અંતે તટસ્થ થઈ જશે. ઇન્સ્યુલેટરના ઘર્ષણ પછી, ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે, પરંતુ ચાર્જનું પ્રમાણ ખૂબ જ ઓછું છે. આ ઇન્સ્યુલેટરની શારીરિક રચના દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ઇન્સ્યુલેટરની પરમાણુ રચનામાં, ઇલેક્ટ્રોન માટે અણુ ન્યુક્લિયસના બંધનમાંથી મુક્તપણે ખસેડવું મુશ્કેલ છે, તેથી ઘર્ષણના પરિણામે માત્ર થોડી માત્રામાં પરમાણુ અથવા અણુ આયનીકરણ થાય છે.

ઇન્ડક્ટિવ સ્ટેટિક ઇલેક્ટ્રિસિટી એ જ્યારે ઑબ્જેક્ટ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ ઑબ્જેક્ટમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ દ્વારા રચાયેલી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ છે. પ્રેરક સ્થિર વીજળી સામાન્ય રીતે માત્ર કંડક્ટર પર જ પેદા કરી શકાય છે. ઇન્સ્યુલેટર પર અવકાશી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોની અસરને અવગણી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ડિસ્ચાર્જ મિકેનિઝમ

શું કારણ છે કે 220V મેન્સ વીજળી લોકોને મારી શકે છે, પરંતુ લોકો પર હજારો વોલ્ટ તેમને મારી શકતા નથી? સમગ્ર કેપેસિટરનો વોલ્ટેજ નીચેના સૂત્રને પૂર્ણ કરે છે: U=Q/C. આ સૂત્ર મુજબ, જ્યારે કેપેસીટન્સ નાનું હોય અને ચાર્જનું પ્રમાણ ઓછું હોય, ત્યારે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ જનરેટ થશે. "સામાન્ય રીતે, આપણા શરીર અને આપણી આસપાસના પદાર્થોની ક્ષમતા ખૂબ ઓછી હોય છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ જનરેટ થાય છે, ત્યારે થોડી માત્રામાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પણ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પેદા કરી શકે છે. વિદ્યુત ચાર્જની ઓછી માત્રાને લીધે, જ્યારે ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થયેલ વર્તમાન ખૂબ જ નાનો હોય છે, અને સમય ખૂબ જ ઓછો હોય છે. વોલ્ટેજ જાળવી શકાતું નથી, અને વર્તમાન ખૂબ જ ટૂંકા સમયમાં ઘટી જાય છે. “કારણ કે માનવ શરીર ઇન્સ્યુલેટર નથી, જ્યારે વિસર્જન માર્ગ હોય ત્યારે, સમગ્ર શરીરમાં એકઠા થયેલા સ્થિર ચાર્જ એકરૂપ થાય છે. તેથી, એવું લાગે છે કે વર્તમાન વધુ છે અને ઇલેક્ટ્રિક આંચકાની લાગણી છે." માનવ શરીર અને ધાતુના પદાર્થો જેવા વાહકમાં સ્થિર વીજળી ઉત્પન્ન થયા પછી, સ્રાવ પ્રવાહ પ્રમાણમાં મોટો હશે.

સારી ઇન્સ્યુલેશન ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી માટે, એક એ છે કે ઉત્પન્ન થયેલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું પ્રમાણ ખૂબ જ ઓછું છે, અને બીજું એ છે કે ઉત્પન્ન થયેલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને વહેવું મુશ્કેલ છે. જો કે વોલ્ટેજ ઊંચું હોય છે, જ્યારે ક્યાંક ડિસ્ચાર્જ પાથ હોય છે, ત્યારે માત્ર સંપર્ક બિંદુ પર અને નજીકની નાની રેન્જમાંનો ચાર્જ જ પ્રવાહિત થઈ શકે છે અને ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે, જ્યારે બિન-સંપર્ક બિંદુ પરનો ચાર્જ ડિસ્ચાર્જ થઈ શકતો નથી. તેથી, હજારો વોલ્ટના વોલ્ટેજ સાથે પણ, ડિસ્ચાર્જ ઊર્જા પણ નહિવત્ છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટે સ્થિર વીજળીના જોખમો

સ્થિર વીજળી માટે હાનિકારક હોઈ શકે છેએલઇડીs, માત્ર LED ની અનન્ય “પેટન્ટ” જ નહીં, પણ સિલિકોન સામગ્રીથી બનેલા સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ડાયોડ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર પણ. ઇમારતો, વૃક્ષો અને પ્રાણીઓને પણ સ્થિર વીજળી દ્વારા નુકસાન થઈ શકે છે (વીજળી એ સ્થિર વીજળીનું એક સ્વરૂપ છે, અને અમે તેને અહીં ધ્યાનમાં લઈશું નહીં).

તો, સ્થિર વીજળી ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોને કેવી રીતે નુકસાન કરે છે? હું બહુ દૂર જવા માંગતો નથી, માત્ર સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો વિશે વાત કરું છું, પણ તે ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, IC અને LED સુધી મર્યાદિત છે.

સેમિકન્ડક્ટર ઘટકોને વીજળી દ્વારા થતા નુકસાનમાં આખરે વર્તમાનનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ક્રિયા હેઠળ, ગરમીને કારણે ઉપકરણને નુકસાન થાય છે. જો ત્યાં વર્તમાન હોય, તો ત્યાં વોલ્ટેજ હોવું આવશ્યક છે. જો કે, સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડમાં PN જંકશન હોય છે, જેમાં વોલ્ટેજ રેન્જ હોય ​​છે જે પ્રવાહને આગળ અને વિપરીત બંને દિશામાં અવરોધે છે. આગળ સંભવિત અવરોધ ઓછો છે, જ્યારે વિપરીત સંભવિત અવરોધ ઘણો વધારે છે. સર્કિટમાં, જ્યાં પ્રતિકાર વધારે છે, વોલ્ટેજ કેન્દ્રિત છે. પરંતુ એલઇડી માટે, જ્યારે એલઇડી આગળ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, જ્યારે બાહ્ય વોલ્ટેજ ડાયોડના થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોય છે (મટીરિયલ બેન્ડ ગેપ પહોળાઈને અનુરૂપ), ત્યાં કોઈ ફોરવર્ડ કરંટ નથી, અને વોલ્ટેજ બધા પર લાગુ થાય છે. પીએન જંકશન. જ્યારે એલઇડી પર વિપરીત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, જ્યારે બાહ્ય વોલ્ટેજ એલઇડીના રિવર્સ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોય છે, ત્યારે વોલ્ટેજ PN જંકશન પર પણ સંપૂર્ણપણે લાગુ થાય છે. આ સમયે, LED ના ખામીયુક્ત સોલ્ડર જોઈન્ટ, કૌંસ, P એરિયા અથવા N એરિયામાં કોઈ વોલ્ટેજ ડ્રોપ નથી! કારણ કે ત્યાં કોઈ કરંટ નથી. PN જંકશન તૂટી ગયા પછી, બાહ્ય વોલ્ટેજ સર્કિટ પરના તમામ પ્રતિરોધકો દ્વારા વહેંચવામાં આવે છે. જ્યાં પ્રતિકાર વધારે હોય ત્યાં ભાગ દ્વારા વહન કરવામાં આવતો વોલ્ટેજ વધારે હોય છે. જ્યાં સુધી LED નો સંબંધ છે, તે સ્વાભાવિક છે કે PN જંકશન મોટાભાગનો વોલ્ટેજ ધરાવે છે. PN જંકશન પર ઉત્પન્ન થર્મલ પાવર એ વર્તમાન મૂલ્ય દ્વારા ગુણાકાર કરવામાં આવેલ વોલ્ટેજ ડ્રોપ છે. જો વર્તમાન મૂલ્ય મર્યાદિત નથી, તો વધુ પડતી ગરમી PN જંકશનને બાળી નાખશે, જે તેનું કાર્ય ગુમાવશે અને પ્રવેશ કરશે.

શા માટે ICs સ્થિર વીજળીથી પ્રમાણમાં ડરતા હોય છે? કારણ કે IC માં દરેક ઘટકનું ક્ષેત્રફળ ખૂબ નાનું છે, દરેક ઘટકની પરોપજીવી કેપેસીટન્સ પણ ખૂબ જ નાનું છે (ઘણીવાર સર્કિટ ફંક્શનને ખૂબ જ નાની પરોપજીવી કેપેસીટન્સની જરૂર પડે છે). તેથી, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચાર્જની થોડી માત્રા ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરશે, અને દરેક ઘટકની શક્તિ સહિષ્ણુતા સામાન્ય રીતે ખૂબ ઓછી હોય છે, તેથી ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ડિસ્ચાર્જ ICને સરળતાથી નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. જો કે, સામાન્ય અલગ ઘટકો, જેમ કે સામાન્ય નાના પાવર ડાયોડ્સ અને નાના પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર, સ્થિર વીજળીથી બહુ ડરતા નથી, કારણ કે તેમની ચિપ વિસ્તાર પ્રમાણમાં મોટો છે અને તેમની પરોપજીવી કેપેસિટીન્સ પ્રમાણમાં મોટી છે, અને તેના પર ઉચ્ચ વોલ્ટેજ એકઠા કરવાનું સરળ નથી. તેમને સામાન્ય સ્થિર સેટિંગ્સમાં. ઓછી શક્તિ ધરાવતા MOS ટ્રાન્ઝિસ્ટર તેમના પાતળા ગેટ ઓક્સાઇડ સ્તર અને નાના પરોપજીવી કેપેસીટન્સને કારણે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક નુકસાનની સંભાવના ધરાવે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે પેકેજિંગ પછી ત્રણ ઇલેક્ટ્રોડને શોર્ટ-સર્કિટ કર્યા પછી ફેક્ટરી છોડી દે છે. ઉપયોગમાં, વેલ્ડીંગ પૂર્ણ થયા પછી ટૂંકા માર્ગને દૂર કરવા માટે ઘણીવાર જરૂરી છે. ઉચ્ચ-પાવર એમઓએસ ટ્રાંઝિસ્ટરના મોટા ચિપ વિસ્તારને કારણે, સામાન્ય સ્થિર વીજળી તેમને નુકસાન કરશે નહીં. તેથી તમે જોશો કે પાવર એમઓએસ ટ્રાંઝિસ્ટરના ત્રણ ઇલેક્ટ્રોડ શોર્ટ સર્કિટ દ્વારા સુરક્ષિત નથી (પ્રારંભિક ઉત્પાદકો ફેક્ટરી છોડતા પહેલા તેમને શોર્ટ સર્કિટ કરતા હતા).

LED માં વાસ્તવમાં ડાયોડ હોય છે, અને તેનો વિસ્તાર IC ની અંદરના દરેક ઘટકની તુલનામાં ઘણો મોટો હોય છે. તેથી, LEDs ની પરોપજીવી ક્ષમતા પ્રમાણમાં મોટી છે. તેથી, સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિર વીજળી એલઇડીને નુકસાન પહોંચાડી શકતી નથી.

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક વીજળી, ખાસ કરીને ઇન્સ્યુલેટર પર, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ધરાવી શકે છે, પરંતુ ડિસ્ચાર્જ ચાર્જનું પ્રમાણ અત્યંત નાનું છે, અને ડિસ્ચાર્જ વર્તમાનની અવધિ ખૂબ જ ટૂંકી છે. કંડક્ટર પર પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચાર્જનું વોલ્ટેજ ખૂબ ઊંચું ન હોઈ શકે, પરંતુ ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહ મોટો અને ઘણીવાર સતત હોઈ શકે છે. આ ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટે ખૂબ જ નુકસાનકારક છે.

સ્થિર વીજળી કેમ નુકસાન કરે છેએલઇડી ચિપ્સવારંવાર થતું નથી

ચાલો પ્રાયોગિક ઘટના સાથે પ્રારંભ કરીએ. મેટલ આયર્ન પ્લેટ 500V સ્થિર વીજળી વહન કરે છે. મેટલ પ્લેટ પર એલઇડી મૂકો (નીચેની સમસ્યાઓ ટાળવા માટે પ્લેસમેન્ટ પદ્ધતિ પર ધ્યાન આપો). શું તમને લાગે છે કે એલઇડી નુકસાન થશે? અહીં, એલઇડીને નુકસાન પહોંચાડવા માટે, તે સામાન્ય રીતે તેના બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ કરતાં વધુ વોલ્ટેજ સાથે લાગુ થવું જોઈએ, જેનો અર્થ છે કે એલઇડીના બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ એકસાથે મેટલ પ્લેટનો સંપર્ક કરવો જોઈએ અને બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ કરતાં વધુ વોલ્ટેજ હોવો જોઈએ. લોખંડની પ્લેટ સારી વાહક હોવાથી, તેની આરપાર પ્રેરિત વોલ્ટેજ સમાન છે, અને કહેવાતા 500V વોલ્ટેજ જમીનની સાપેક્ષ છે. તેથી, LED ના બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે કોઈ વોલ્ટેજ નથી, અને કુદરતી રીતે કોઈ નુકસાન થશે નહીં. જ્યાં સુધી તમે લોખંડની પ્લેટ સાથે એલઇડીના એક ઇલેક્ટ્રોડનો સંપર્ક કરો અને અન્ય ઇલેક્ટ્રોડને કંડક્ટર (ઇન્સ્યુલેટિંગ ગ્લોવ્સ વિના હાથ અથવા વાયર) સાથે જમીન અથવા અન્ય કંડક્ટર સાથે કનેક્ટ કરો.

ઉપરોક્ત પ્રાયોગિક ઘટના આપણને યાદ અપાવે છે કે જ્યારે એલઈડી ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ફિલ્ડમાં હોય છે, ત્યારે એક ઈલેક્ટ્રોડને ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક બોડીનો સંપર્ક કરવો જોઈએ અને બીજા ઈલેક્ટ્રોડને નુકસાન થાય તે પહેલાં તેને જમીન અથવા અન્ય વાહકનો સંપર્ક કરવો જોઈએ. વાસ્તવિક ઉત્પાદન અને એપ્લિકેશનમાં, નાના કદના LEDs સાથે, આવી વસ્તુઓ થવાની શક્યતા ભાગ્યે જ હોય ​​છે, ખાસ કરીને બેચમાં. આકસ્મિક ઘટનાઓ શક્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એલઇડી ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક બોડી પર હોય છે, અને એક ઇલેક્ટ્રોડ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક બોડીનો સંપર્ક કરે છે, જ્યારે અન્ય ઇલેક્ટ્રોડ ફક્ત સસ્પેન્ડ હોય છે. આ સમયે, કોઈ સસ્પેન્ડેડ ઇલેક્ટ્રોડને સ્પર્શ કરે છે, જે નુકસાન પહોંચાડી શકે છેએલઇડી લાઇટ.

ઉપરોક્ત ઘટના અમને કહે છે કે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સમસ્યાઓને અવગણી શકાય નહીં. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ડિસ્ચાર્જ માટે વાહક સર્કિટની જરૂર છે, અને જો સ્થિર વીજળી હોય તો કોઈ નુકસાન નથી. જ્યારે માત્ર ખૂબ જ ઓછી માત્રામાં લિકેજ થાય છે, ત્યારે આકસ્મિક ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક નુકસાનની સમસ્યાને ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે. જો તે મોટી માત્રામાં થાય છે, તો તે ચિપ દૂષણ અથવા તણાવની સમસ્યા હોવાની શક્યતા વધુ છે.