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靜電的産生原理和原因
 
文章編號:
100821135315
文章分類: 電路 EMI/MEC
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关 键 词: 靜電
文章來源:
http://www.cntronics.com
摘 要:
靜電产生的原因和原理即靜電是怎么产生的

雷电的产生,ESD与雷电,ESD就是靜電放电;电磁感应与EMI,EMI就是电磁干扰,靜電的产生,带电物体的电容,磁场感应与干扰,电子线路中的电磁干扰,传导干扰、电磁辐射原理,还有对EMI进行测试,什么是EMCEMC就是电磁兼容,雷电和EMI的防护,除了这些内容,我想都是大家比较感兴趣的,也比较重要的,这些内容估计在书上找不到,因为这些都是我几十年来的工作经验总结。我做这个技术已经做了四十多年,我从十几岁就开始接触电,是一个爱好者。后来我到了一个军工厂从事雷达、识别器和雷达干扰机,这些东西都是比较尖端的国防工业技术。后来回来以后组建了康佳技术开发中心,一辈子都是做技术的,所以在技术工作的过程中积累了不少经验。我现在已经退休了,所以我想能够利用这个机会,很高兴把我所知道的技术和经验介绍给大家。

先初步认识一下什么是雷电。这是迪拜的世界上最高的塔遭雷劈所拍的照片,这个塔是800多米,是全世界最高的塔。按照这个距离量下去就知道它的路线有多少米。雷电就是靜電放电的过程。这也是迪拜塔受雷击所拍的照片,这是一个乡村遭雷击的照片,这是树林、山林遭雷击的照片,这是大巴遭雷击的照片,所以大家就知道了雷电有多么厉害。前两天黑龙江和内蒙古的大兴安岭、小兴安岭发生火灾也是因为雷电产生的。这是遭雷电劈的电视机,这是遭雷电击坏的电脑设备,每年我们国家大概都有几百万台电子设备遭雷击损坏。


刚才跟大家介绍一下什么叫雷电和ESD,ESD就是靜電放电,雷电也属于靜電放电,所以大家都知道ESD的危害性有多大。地球每秒钟大概就有100多次闪电,每闪电一次能量就可以提供100w的灯泡供我们用3个月,在雨季平均每6分钟就有一个人被雷电击中,中国还不是受雷电受害最集中的地区,在非洲这些地区受雷击更严重,上海电视塔平均每年要遭受33次大的雷击,今年4月13日上海电视台电子设备遭受不同程度的雷击,天线站玻璃钢都起火了,变成一个大火球烧起来了。还有一次是1992年在北京国家气象中心也受到雷击,损失了2000多万元。在全世界每年受雷电击坏的设备都是以千万为单位,每年遭受的损失都是上千亿。我们现在使用的电子设备价格越来越高,对防雷的要求也越来越高。

爲什麽會産生雷電可能大部分人都不知道,我在這裏就給大家講解一下雷電是怎麽産生的。雷電是由于電磁場産生的,世界上什麽電都是通過電磁場反應産生的。爲什麽會産生雷電呢因爲在離地球30公裏外有一個電離層,電離層實際上就是最外的空氣受到太陽光、紫外線照射而産生電離,太陽光實際上也是一種電磁波,電磁波的作用相當于我們把一個食物放在微波爐裏面加熱,原理是差不多的,但是微波的波長線很長,紫外線相當短,所以作用不一樣,用微波爐不能把空氣進行電離,只有紫外線能夠電離。被電離以後會分成兩層,一層帶正電,一層帶負電,與地球相對的一層帶正電,地球就是帶負電。地球是一個圓的,帶電的話相當于電層強度是散發性的,越靠近地球電容強度越高,靠近地球表面是100v,也就是說一米高的位置電容強度是100v電容強度就是用這個來表示,大家在中學裏面很少用電位梯度的概念表達電容強度,後面我們在工作中還是用電位梯度來表示電容強度是最合適的,比如靈敏度、多少毫伏米都是屬于電感強度。以前是用牛頓的力學來表達,那個概念相對來說比較難理解,兩個帶電物體之間産生多少牛頓力的時候,換算成單位來表示電容強度,這個強度不太好理解,如果用電位梯度表示就很方便了。

由于地球是带电的,相对电容层来说。一个物体在地球空间里面就会受到电场的作用产生极化,什么叫极化就是说一个物体原来是不带电的,现在产生极化带电,一端带正电,一端带负电。比如说这个源相当于一个导体,如果底下是绝缘的话,上面如果没有屏蔽,我的上面就带负电,下面带正电,中间这个地方是不带电的,人相对来说还是偏中性,但是虽然极化带电的,但我总得来说还是变中性,带的正电和负电都是相等的。如果把原来极化带电的物体分成两个,这两个都会带电。形象地说,一朵云在电场作用下极化带电,但没有産品电流,电感强度没有达到这么高,如果把它分成两块就会产生电容带电。现在由于风的作用,把它一吹变成两块,中间的地方分成两块,有一块相当于带负电,有一块带正电。这就表示电位曲线,中间这个地方表示电位反映,上面带负电,下面带正电,这个幅度越高表示带电幅度也越高。这个没有带正电,那个没有带负电,电容性就破坏了,相对来说是带负电,这个带正电的。云带电就是因为这样产生的。

如果兩個極化帶電的雲配在一起就是兩塊,原來沒有帶電的,只是極化帶電的兩個合在一起,相當于把體積加大,電位加高,相當于能量變大了。如果把兩塊帶負電或者兩塊帶正電的合起來,負電能量也在增加,正電能量也在增加,兩頭都變成是帶電的。大家注意,電感強度不管帶的定位多高,電感強度還是一樣的,電位梯度都是一樣,斜率也都是一樣的,不管大小,斜率都是一樣的,因爲電感強度是由電子層決定的,所以斜率也是一定的。

如果一个带电体之间分开的话,就有一个大的电位,绝对值相对来说也会偏高,这就是因为云受到极化带电以后,分分离离又合合,使得云带的电越来越高。带电越来越高以后能量也越来越高,两个碰在一起就会放电,就会产生雷电,雷电就是这样产生的。雷电就是因为在地球的外围空间里面存在电场,云又受到风的作用,才会互相分离又互相组合,使带电物体的电位越来越高,最后形成放电。    还有摩擦带电也是由于电场产生的,因为两种不同的物体有接点电位差,电磁也是靠两种不同物体产生的电位差,最后产生化学作用,之前电场没有发生化学作用的时候,两个物体靠在一起就会产生电场作用,就已经有了电位差,产生摩擦的话和雷电产生的过程一样,来回分离又组合,最后产生一个高的电场。



举一个具体的例子,比如说我现在这个人站在地上,我是光着脚,地板是导电的,这个椅子是绝缘的,我从地面一站到椅子上就相当于我带电了。为什么因为我原来是极化带电,上面带负电,下面带正电,我站在地上下面就变成零,上面变成了-100v,站上去的时候相对来说我就变成带电的人。所以,很多在半导体车间或者和集成電路接触、打交道的人,不要随随便便用人摸集成電路,因为你这个人不知不觉就带电了,你从门外面走进房子里很可能就带电了,在上楼梯或者地板铺有一层绝缘的东西,在绝缘以外的时候你不带电,站上去就带电了,因为上面有电层。还有空调的风吹出来的空气会和你身体上面的衣服进行摩擦、感应,它容易带电,用靜電笔来测,随便碰衣服或头发,上面带的电基本上都有300v左右,如果摩擦几下大概就有4000-5000v,所以靜電感应是相当厉害的,很多模型電路在送到工厂的时候就是用盒子包装,因为盒子是导电的,如果用电表去量它好像没有电阻,电阻是无穷大,其实它是导电的,相对来说电导率很低,也就是电阻很大。



 

 
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