Электрический заряд и электромагнитное поле

Блоки питания современной аппаратуры
Современная аппаратура промышленного изготовления, например, компьютеры, музыкальные центры, телевизоры, - большей частью имеет импульсные источники питания.
Основная идея таких источников в следующем. Выпрямленное напряжение сети преобразуется инвертором в переменное частотой в несколько десятков, а иногда и сотен килогерц. На таких частотах трансформаторы получаются очень малых размеров, что позволяет значительно уменьшить габариты и массу блоков питания.
После трансформатора импульсные напряжения выпрямляются и сглаживаются фильтрами, размер которых за счет высокой частоты также невелик по сравнению с традиционными блоками питания, работающих на частоте сети. Стабилизация выходных напряжений осуществляется в первичной цепи при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ, что также способствует повышению КПД и уменьшению габаритов блока питания.
Не столь давно считалось, что импульсные источники питания оправдывают себя лишь начиная от мощности не менее 100 Ватт. При этом основным критерием считалась удельная мощность, т.е. мощность, приходящаяся на 1 кубический дециметр объема блока питания. При мощности импульсного источника ниже 100 Вт, удельная мощность импульсного источника получалась ниже, чем у обычного блока питания. Попросту сказать, габариты импульсного источника могли получиться больше, чем у обычного трансформаторного.
Но техника не стоит на месте, элементная база электроники развивается очень быстро. Современная промышленность освоила производство импульсных источников мощностью всего в несколько ватт, достаточно вспомнить хотя бы зарядные устройства для сотовых телефонов и «пальчиковых» аккумуляторов.
Здесь уже просто на глаз видно, что удельная мощность таких источников выше, чем аналогичных «зарядников» (совсем недавно были и такие) с сетевым трансформатором. Вот так хорошо дело обстоит в промышленном производстве: на одном только обмоточном проводе, да трансформаторном железе и миниатюрных корпусах получается огромная экономия.

В условиях же любительского технического творчества для изготовления конструкции в единственном экземпляре вполне подходит традиционный источник питания с сетевым трансформатором. Хотя изредка приходится искать нестандартные решения проблемы электропитания, например при ремонте аппаратуры.
9999999999999999999
тома 1 обсуждается статическое электричество, и как оно создается. Это имеет гораздо большее значение, чем можно было бы предположить, поскольку управление статическим электричеством играет большую роль в современной электронике и других профессиях. Событие электростатического разряда – это когда статический заряд сбрасывается неконтролируемым образом, и в дальнейшем будет упоминаться как электростатический разряд или ESD.

Электростатический разряд проявляется во многих формах, он может составлять от 50 вольт до десятков тысяч вольт. Его реальная мощность чрезвычайно мала, настолько мала, что вообще не существует опасности для того, кто находится на пути электростатического разряда. Обычно человеку требуется несколько тысяч вольт, чтобы просто заметить ESD в виде искры и щелчка, который ее сопровождает. Проблема электростатического разряда – это даже небольшой разряд, который может остаться незамеченным, но может разрушить полупроводниковое устройство. Статический заряд в тысячи вольт является обычным явлением, однако причина, по которой он не является угрозой, – это отсутствие какой-либо существенной продолжительности. Эти экстремальные напряжения позволяют ионизировать воздух и позволяют разрушать другие материалы, что является причиной повреждений.
ESD – это не новая проблема. Производство черного пороха и другие пиротехнические отрасли всегда были опасны тем, что электростатический разряд может произойти в неподходящих окружающих условиях. В эпоху электронных ламп ESD для электроники был несущественной проблемой, но с появлением полупроводников и увеличением миниатюризации эта проблема стала гораздо более серьезной.
Повреждение компонентов может и, как правило, происходит, когда компонент находится на пути ESD. Многие компоненты, такие как силовые диоды, очень надежны и могут работать с разрядом, но если компонент имеет небольшие или тонкие части в своей физической структуре, то напряжение может разрушить эту часть полупроводникового устройства. Токи во время этих событий становятся довольно высокими, но находятся во временном интервале от наносекунд до микросекунд. Часть компонента остается поврежденной навсегда, что может привести к двум типам отказов. Катастрофический – легкий, оставляющий компонент полностью нефункционирующим. Другой тип может быть гораздо более серьезным. Скрытое повреждение может позволить проблемному компоненту работать в течение нескольких часов, дней или даже месяцев после первоначального повреждения до полного отказа. Часто эти компоненты упоминаются как "ходячие раненые", так как они работают, но плохо. На рисунке ниже показан пример скрытого ("раненого") повреждения от электростатического разряда. Если эти компоненты появляются в системах жизнеобеспечения, например, в медицинском или военном использовании, последствия могут быть мрачными. Для большинства любителей это просто неудобство, хотя оно может быть и дорогостоящим.
Даже компоненты, которые считаются достаточно прочными, могут быть повреждены с помощью электростатического разряда. Биполярные транзисторы, самые первые из твердотельных усилителей, также не обладают иммунитетом перед ESD, хотя и менее восприимчивы к нему. Некоторые из новых высокоскоростных компонентов могут быть разрушены всего лишь тремя вольтами. Есть компоненты, которые могут считаться неподверженными риску, такие как некоторые специализированные резисторы и конденсаторы, изготовленные с использованием технологии МОП (металл-оксид-полупроводник, MOS – metal oxide semiconductor), устройства на базе которой могут быть повреждены при помощи ESD.
Повреждение от электростатического разряда. Пример скрытого повреждения от ESD, также известный как "ходячий раненый". Эта трехвыводная микросхема стабилизатора работала около часа после первоначального повреждения от разряда.