24. Экранирование проводников от эл. И магнитного полей.

Широко используется в любой аппаратуре. При их использовании снижаются возникающими между проводниками емкостные связи, что снижает электрическую составляющую помехи, а магнитные и индуктивные составляющие также могут быть снижены, но на меньший уровень.

Есть два неэкранированных проводника, между которыми имеется емкостная связь. Для достижения эффекта экранирования между ними пассивный проводник помещается в экран:

Экранирование от электрической составляющей даёт очень высокий эффект, коэффициент экранирования может достигать сотен и тысяч, но нужно учитывать, что высокое экранирование возможно лишь тогда, когда осуществлено согласование концов проводника ( ). Минимальная эффективность экранирования у проводников витой пары.

Экранирование магнитной составляющей поля

Эту схему можно представить в следующем виде:

Источник помехи, экран и экранный проводник связаны магнитными связями.

ЭДС:

Токи помехи на экране:

На сигнальный проводник приходят 2 помехи с противоположными знаками и происходит компенсация помехи.

Контур, компенсирующий помеху, образуется только в том случае, если экран заземлён с обеих сторон.

Обычный экранированный проводник может защитить от магнитной составляющей на 20-30 дБ за счёт этой компенсации помех.

Таким образом для получения максимальной защиты рекомендуется заземлять экраны с обеих сторон, чтобы токи проходили через экран, а не через шасси заземления.

Для получения максимальной защиты на НЧ экран не должен служить одним из сигнальных проводников, поэтому один из концов экрана должен быть отсоединён от земли.

Примеры подключения различного вида кабелей:

Под низом приведена эффективность экранирования.

Максимальной эффективностью экранирования обладает витая пара с экраном, но только в таком включении.

25. Экранирование от электростатического и магнитостатического поля.

М агнитостатическое экранирование предназначено для защиты от постоянного или медленно изменяющегося магнитного поля (0…3 кГц). Такие экраны изготавливаются из материалов с высокой магнитной проницаемостью, которые значительно больше проницаемости внешней среды. Принцип экранирования заключается в уменьшении магнитного сопротивления экрана. Силовые линии маг. поля будут проходить по материалу с меньшим магнитным сопротивлением.

Такой экран пригоден для локализации поля источника. Эффективность такого экранирования может быть вычислена по приближенной формуле:

, где d – толщина стенки, D – диаметр эквивалентного сферического экрана близкий к длине стенки кубического экрана.

С ростом частоты толщина стенки может быть уменьшена.

Электростатическое экранирование. Если в такое поле поместить проводник, то на его поверхности возникает наведенный электрический заряд. Эти заряды создают свое поле, которое полностью компенсирует поле внутри проводника. За проводящей пластиной внешнее поле также создает наведенный на поверхности заряд и экран практически не изменяет поля в пространстве.

Если проводник сделать в виде замкнутого объема, то на внутренней поверхности не будет наведенных зарядов – не будет электрического поля внутри области экранирования, помещенный внутрь элемент будет защищен. Если источник электростатического поля поместить внутрь электростатической оболочки, то на внутренних и внешних стенках поле будет существовать (эффекта экранирования нет). Экранирование достигается заземлением, которое снимает заряды с поверхности проводника.

Такие экраны изготавливают из материалов с высокой проводимостью, а толщина стенок определяется только конструктивными требованиями.

Сетки, решетки и перфорированные экраны не применяются, так как часть поля пройдет через экран. Заземление или соединение с общим проводом обязательно.

26. Помехоподавляющие фильтры. Сетевые фильтры. АЧХ. Электрическая схема. Конструкция сетевого фильтра.

Электрические помехозаграждающие фильтры применяются для уменьшения помех, распространяющихся по цепям питания для устранения ВЧ связей и также подавления ШП помех.

При выборе фильтра для цепей питания необходимо выполнить условия:

1. должны обеспечиваться номинальные значения током и напряжений в цепи нагрузки, причём падения напряжения на фильтре не должно превышать при максимальных токах 2% от номинального значения;

2. реактивные составляющие тока фильтра не должны превышать допустимого значения для фильтров в цепях питания переменных токов;

3. должны обеспечивать необходимое затухание при заданных сопротивлениях и источника питания;

4. массогабаритные показатели;

5. степень экранирования фильтров от внешних помех.

Функции фильтров:

1. защищать устройства от помех в цепи питания;

2. защищать сеть от помех внутри устройства.

2 типа источников питания: непрерывные и импульсные.

Непрерывный:

Импульсный:

Во втором случае очевидно, что генератор, работающий на повышенных частотах, может создавать помеху в сеть равно, как и в нагрузку. Поэтому в импульсных ИП необходимо эффективное экранирование и подавления ВЧ помех, возникающих в ключевых элементах.

Помехи, распространяющиеся по сети, могут быть 2 видов:

1. симметричные помехи:

В данном случае ток помехи проходит в одну сторону по одному проводнику, а возвращается по другому.

2. Несимметричная:

Ток помехи в одну сторону проходит по обоим проводникам, а возвращается либо через заземление, либо через распределённую ёмкость.

Несимметричная помеха наносит наибольший вред, так как возвратные токи этой помехи проходят по большому количеству образовавшихся контуров.

Для защиты от сетевых помех применяют специальные сетевые фильтры, которые представляют собой сочетание индуктивности и ёмкости, образующие различные типы звеньев.

В зависимости от импеданса сети и нагрузки применяются либо емкостные либо индуктивные звенья.

При внутренних сопротивлениях выше 150 Ом эффективными являются емкостные звенья, а при меньших 150 Ом – индуктивные.

Для подавления помех в пределах 20-30 дБ на частотах до 1 МГц достаточно использовать 1 звено 2 порядка. А на частотах до сотен кГц – 1 звено 3 порядка.

Примеры фильтров:

Этот фильтр – Закрытый П-образный фильтр.

Это Г-образный фильтр с открытым входом.

Для получения высокой степени подавления помех (более 40-50 дБ) используют многозвенные LC-фильтры и коэффициент подавления получается:

Для повышения эффективности фильтра при борьбе с симметричными и несимметричными помехами применяют индуктивности с магнитной связью.

Для симметрично помехи:

Происходит компенсация помехи.

Для несимметричной помехи:

Разница в направлении намотки второго проводника.

Обмотки этих индуктивностей должны быть абсолютно одинаковыми. Для получения идентичных обмоток их наматывают двумя проводниками одновременно, скрученными витой парой.

Общий вид фильтра:

При конструировании сетевых фильтров очень важным является выбор элементов фильтров, поскольку они имеют паразитные параметры. Если представить конденсатор и индуктивность в виде эквивалентных схем:

– сопротивления выводов.

Его сопротивление будет меняться от частоты:

Аналогично для индуктивности:

В случае неудачного выбора элементов, может получиться, что на некоторых частотах вместо ФНЧ, например, будет ФВЧ или наоборот..