在電子行業(yè)的實(shí)際工作中，靜電對(duì)電子元器件的破壞是一個(gè)常見且棘手的問(wèn)題。從事該行業(yè)的人員都清楚，人體是靜電的攜帶者，其產(chǎn)生的靜電常常會(huì)對(duì)電子元器件造成損害，因此，在眾多電路中進(jìn)行靜電防護(hù)是必不可少的。接下來(lái)，我們將以 8kV 人體靜電放電為例，深入探討靜電防護(hù)以及 ESD 管的應(yīng)用。

8kV 人體放電模型及能量計(jì)算

如圖所示為一個(gè) 8kV 的人體放電模型，它主要由電阻 R1 和電容 C1 構(gòu)成，其中電容 C1 存儲(chǔ)了 8kV 的電壓。根據(jù)能量計(jì)算公式Q=0.5×C×U×U，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算可知，該模型所儲(chǔ)存的能量約為 0.008 焦耳。這看似微小的能量，在靜電放電的瞬間卻可能對(duì)電子元器件造成巨大的破壞。

人體放電模型對(duì)放大器的影響

當(dāng)我們將這個(gè)人體模型通過(guò)電容 C2 連接到放大器 BJT1 上時(shí)，會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果：

1. 瞬間大電流充電：在接觸的瞬間，端點(diǎn) 1 到地之間存在高達(dá) 8kV 的電壓差。如此高的電壓會(huì)瞬間對(duì)電容 C2 進(jìn)行充電，充電電流會(huì)從地經(jīng)過(guò)三極管 BE 結(jié)流向 C2。由于電壓極高，這個(gè)瞬間的充電電流非常大，很有可能直接將三極管燒壞。
2. 電路開路與剩余電能：一旦三極管被燒壞，整個(gè)環(huán)路就會(huì)開路。此時(shí)，人體雖然釋放了一部分?jǐn)y帶的電能，但仍然會(huì)攜帶著少量電能。這部分剩余電能仍然具有潛在的危險(xiǎn)性，可能會(huì)對(duì)其他電子元器件造成損害。
3. 納秒級(jí)放電與大電流：靜電放電過(guò)程通常是納秒級(jí)別的，這就意味著在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生非常大的瞬間電流。這種大電流對(duì)電子元器件的沖擊極大，進(jìn)一步增加了元器件損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
4. 電感無(wú)法消除靜電：在端點(diǎn) 1 到地之間連接電感并不能有效地消除靜電。從高頻電路的原理來(lái)看，這樣會(huì)使環(huán)路變成 LC 諧振回路。在這個(gè)回路中，電能會(huì)在電和磁之間反復(fù)轉(zhuǎn)換，直至能量耗盡。然而，在能量耗盡之前，三極管很可能就已經(jīng)被擊穿了。

ESD 管的應(yīng)用及原理

為了有效解決上述問(wèn)題，一個(gè)可行的處理辦法是在端點(diǎn) 1 到地之間加入一個(gè) ESD 管，讓電能通過(guò) ESD 管釋放到地。

ESD 放電管的工作原理是：當(dāng)加在 ESD 管兩端的電壓高于一定值時(shí)，ESD 管會(huì)近似于短路，將電能引導(dǎo)到地。在這個(gè)過(guò)程中，ESD 管的響應(yīng)時(shí)間至關(guān)重要。如果響應(yīng)太慢，可能在三極管被擊穿后，ESD 管還未作出響應(yīng)，這樣的 ESD 保護(hù)電路就失去了作用。一般來(lái)說(shuō)，ESD 管的響應(yīng)時(shí)間最好在 1ns 左右，這樣才能及時(shí)有效地保護(hù)電子元器件免受靜電的損害。