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    ESD/EMI/EMC電路設(shè)計(jì)技巧分享博文大賽——ESD防護(hù)與對(duì)策連載一:什么是靜電

    2023-5-4 9:00:00
    • ESD/EMI/EMC電路設(shè)計(jì)技巧分享博文大賽——ESD防護(hù)與對(duì)策連載一:什么是靜電

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    靜電是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電荷失去平衡所呈現(xiàn)出來(lái)的一種狀態(tài),失去電子的一方帶正電,獲得到電子的一方帶負(fù)電。

    靜電現(xiàn)象是無(wú)處不在的,因?yàn)椋澜缟纤械奈镔|(zhì)(或物體)都是由原子組成,而原子又由原子核(質(zhì)子)和電子組成,其中質(zhì)子帶正電,電子帶負(fù)電,電子圍繞著原子核旋轉(zhuǎn),這是人們對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種最簡(jiǎn)單解釋或認(rèn)識(shí)。

    但實(shí)際情況要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這種解釋復(fù)雜得多。例如,當(dāng)多個(gè)原子互相組合時(shí),原子團(tuán)中的每個(gè)電子都固定在某個(gè)軌道上旋轉(zhuǎn)的可能性幾乎為0,此時(shí),原子最外層的電子會(huì)隨時(shí)飛出原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌道而成為自由電子,并在原子團(tuán)中做不規(guī)則運(yùn)動(dòng),并且永遠(yuǎn)不會(huì)固定在某一條運(yùn)動(dòng)軌道上。

    當(dāng)兩種不同性質(zhì)的物體接觸在一起,因原子外層電子的能級(jí)不同(動(dòng)量不同),在其接觸的界面處就會(huì)產(chǎn)生接點(diǎn)電位差(電子運(yùn)動(dòng)軌跡偏離原中心),并產(chǎn)生勢(shì)壘電荷;當(dāng)把接觸在一起的兩種物體進(jìn)行分離時(shí),因兩物體中偏離中心運(yùn)動(dòng)電子都無(wú)法回到原來(lái)的宿主,從而使兩個(gè)物體都會(huì)帶電,這種現(xiàn)象稱為靜電。

    在絕緣體中,特別是高分子絕緣材料,其分子結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜,在被電場(chǎng)極化帶電的分子中,由于電子宏觀運(yùn)動(dòng)的速度比較慢,當(dāng)電場(chǎng)方向改變或被撤離時(shí),電子與質(zhì)子來(lái)不及中和,所以高分子絕緣材料帶電要比導(dǎo)體嚴(yán)重很多;或當(dāng)兩種不同性質(zhì)的高分子絕緣材料互相接觸后再分離,就很容易產(chǎn)生帶電,經(jīng)過(guò)多次互相摩擦(位移運(yùn)動(dòng))后,兩物體相互感應(yīng)產(chǎn)生的電荷就會(huì)積累得越來(lái)越多,其表面電位也越來(lái)越高。

    帶電物體通過(guò)電場(chǎng)的作用,會(huì)對(duì)其周邊的物體產(chǎn)生感應(yīng),使周邊物體產(chǎn)生極化帶電,即,物體的一端帶正電,另一端帶負(fù)電,但就物體的整體而言,物體帶電還是中性的;但當(dāng)電場(chǎng)的強(qiáng)度很強(qiáng)時(shí),物體就會(huì)被一分為二,產(chǎn)生分離帶電,即:物體的一部分帶正電,另一部分帶負(fù)電。

    在一些儀器、儀表、電視機(jī)、顯示器或工業(yè)電子設(shè)備中,一般都會(huì)存在一些不同電壓的電子線路,當(dāng)這些電子線路中的電壓高達(dá)1000V以上時(shí),高壓電線路中帶電導(dǎo)體產(chǎn)生電場(chǎng)就很容易會(huì)感應(yīng)其周圍的空氣,使帶電或產(chǎn)生電離,即,一部分空氣帶正電(正離子),另一部分空氣帶負(fù)電(負(fù)離子),當(dāng)帶電的正、負(fù)離子碰上其它物體時(shí),就會(huì)使物體帶電。

    例如在CRT電視機(jī)的周圍,特別是CRT的屏幕,其帶靜電的電壓一般都很高,并且通過(guò)靜電感應(yīng)(電場(chǎng)感應(yīng)),很容易使周邊的物體帶電。

    一些負(fù)離子發(fā)生器,當(dāng)負(fù)離子發(fā)生器對(duì)空氣進(jìn)行電離時(shí),帶電的負(fù)離子會(huì)被吸附在一些金屬物體上,如果這些金屬物體對(duì)地是絕緣的,那么這些金屬物體就很容易會(huì)帶上很高的負(fù)電壓。當(dāng)人體接觸這些帶電物體時(shí),帶電物體上面的電荷就會(huì)向人體轉(zhuǎn)移(相當(dāng)于兩個(gè)電容互相充放電),使人體帶電。

    另外,在宇宙空間,帶電的微粒子充滿整個(gè)宙空間,當(dāng)帶負(fù)電的微粒子以宇宙射線的形式向地球輻射時(shí),就會(huì)使地球表面帶電(相對(duì)于球心上,地球表面約帶負(fù)四十一萬(wàn)伏的電壓),這樣,當(dāng)人體立于屋外時(shí),在宇宙射線的照射下,人體以及其身上的衣服都會(huì)帶電,如果空氣很干燥,人體或衣服上所帶的靜電電位就會(huì)很高。

    順便指出,雷電也是一種靜電,雷電產(chǎn)生的主要原因,就是因?yàn)閹ж?fù)電的宇宙射線射向地球和空中漂浮的云,使地球表面和云都帶電,與此同時(shí),地球表面帶電產(chǎn)生的電場(chǎng)也會(huì)感應(yīng)云層產(chǎn)生極化帶電,然后在風(fēng)的作用下,上下的云層會(huì)產(chǎn)生分離帶電,當(dāng)帶異電的云層或與地球表面之間的電場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生空氣放電,從而產(chǎn)生雷電。

    還有,現(xiàn)在很多人家里都使用空調(diào)或電風(fēng)扇,當(dāng)空氣從空調(diào)中的通風(fēng)管道經(jīng)過(guò)時(shí),空氣分子就會(huì)與通風(fēng)管道中的塑料(高分子材料)產(chǎn)生摩擦,這樣也會(huì)使空氣帶電;同理,當(dāng)空氣與電風(fēng)扇的葉片產(chǎn)生摩擦?xí)r,空氣也會(huì)帶電。

    冬天,由于天氣比較干燥,人們?cè)诮^緣的地毯上走路時(shí),通過(guò)皮鞋與地毯的摩擦,或不同材料的衣服互相摩擦,人體也會(huì)很容易帶上靜電,其電壓最高可達(dá)15kV以上。

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