Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

фективных при подавлении высокочастотных помех в относительно низкочастотных цепях - ферритовых кольцах (рис. 4.20).

Ферритовые кольца - недорогой и удобный способ увеличить

высокочастотные потери в цепи, не внося при этом потерь в мощ­ ность на постоянном токе или на низких частотах. Кольца невели­ ки и могут просто надеваться на вывод компонента или провод­ ник. Ферритовые кольца особенно эффективны для ослабления высокочастотных колебаний, вызываемых переходными процес­ сами при переключении нагрузок, а также для предотвращения паразитных резонансов внутри различных устройств. Они полез­ ны также для предотвращения распространения высокочастотных токов из цепей ИП в источники электропитания или в любые дру­ гие проводники. Действие ферритовых колец в качестве фильтров основано на индуктивных свойствах участка провода с кольцом и поглощении высокочастотных полей, соответствующих процессу распросхранения помех по проводу. На рис. 4.20 - 4.22 показаны типичные схемы применения фильтров в виде ферритовых колец.

р ФК

Рис 4 20. Фильтры в виде ферритовых колец

а- физическое представление, о - эквивалентная схема для высоких частот.

в- типовые обозначения на схемах ферритового кольца, надетого на проводник

(типичные размеры кольца d = 0.76 - 1.27 мм, I - 2.54 — 12.7 мм)

Рис. 4.21. Использование ферритовых колец для образования LC-фильтра нижних частот для подавления высокочастотных колебаний

231

50 Ом

Индуктивное ферритовое кольцо

Рис 4 22 Применение ферритового кольца и резистора для гашения паразитных колебаний в выходном каскаде транзисторного усилителя мощности

а

б

Рис 4 23 Создание помех слаботочным цепям высокочастотными шумами коммутации двигателя (а) и устранение этого влияния использованием ферритовых колец в сочетании с проходными конденсаторами (б)

232

4.5 4. Специальные схемные решения

Работа ряда электротехнических и электронных устройств сопровождается включениями и выключениями в цепях, содер­ жащих источник постоянного или переменного тока и нагрузку (в общем случае комплексную) В результате переходных про­ цессов в проводниках этих цепей возникают броски напряже­ ний (токов) НЭМП, соответствующие этим импульсным про­ цессам, образуют в проводниках цепей кондуктивные помехи, а вызываемые этими токами электромагнитные поля во внеш­ нем пространстве - излучаемые индустриальные помехи Для по­ давления этих помех в месте возникновения разработан ряд спе­ циальных схемных решений. Некоторые простейшие из них по­ казаны на рис 4.25 и 4.24

Рис 4 24 Варианты схем подавления помех в виде всплесков напряжения при электрической цепи

233

Рис 4 25 Цепи защиты контактов } стройств коммутации силовых цепей

Более подробную информацию о выполнении схем подавле­ ния помех в этих и других аналогичных ситуациях можно полу­ чить в специальной литературе, например [?].

4 5 2 Выполнение межблочных соединений

Наличие сигнальных проводников, соединяющих между со­ бой различные РЭС, а также отдельные блоки в составе некоторо­ го РЭС, приводит к возможности создания помех другим средствам из-за электромагнитных связей между ними и цепями (контурами) других устройств (блоков) Аналогично, указанные соединения могут (из-за наведенных токов от внешних ЭМП) стать причиной воздействия помех на соответствующие рецепторы С целью ос­

лабления этих эффектов используются различные приемы. По боль­ шей части это приемы конструкторского характера - экранирова­ ние, заземление и цр Существуют также специальные схемные решения, способствующие ослаблению создаваемых полей и под­

верженности РЭС их действию.

Один из эффективных приемов этого вида - симметрирование

соединительных проводников. Симметричными называются такие двухпроводниковые соединенные схемы, в которых оба проводника и все подключенные к ним цепи имеют полные одинаковые сопро­ тивления и равные, но противоположные по знаку потенциалы отно­ сительно земли. Цель симметрирования состоит в том, чтобы обес­

печить указанную симметрию цепей источника или (и)

рецептора. Принцип симметрирования проводников для ослабле­

234

ния нежелательной электромагнитной связи иллюстрирует рис. 4.26. Пусть в проводниках под действием внешних помех воз­ никают токи Ап и AuРезультирующий ток помехи в нагрузке равен разности этих токов: 1т- /П1 -1т. Если проводники симметричны в указанном смысле, результирующий ток помехи равен нулю.

Таким образом, независимо от характера связи (емкостная или индуктивная) степень защиты от действия помех определяется только отличием схемы от полностью симметричной и практичес­ ки может достигать значений порядка около 60...80 дБ.

Рис 4 26 Схема симметричного подключения нагрузки

Используются и другие приемы, в том числе с применением волоконно-оптических соединений, включения в соединения оптронных пар и др. Подробную информацию об указанных схемо­ технических решениях можно найти в специальной литературе, на­ пример в Некоторые примеры приведены на рис. 4.26 - 4.29.

Рис 4.27. Образование контура заземления между двумя цепями (а) и его разрыв при помощи изолирующего трансформатора (б)

235

а

Рис. 4.28. Схемы разрыва контура заземления при помоши нейтрализующего трансформатора: а - физическое представление, б - эквивалентная схема

Рис 4 29. Простой способ введения в схему нейтрализующего трансформатора (вместо показанных на рисунке проводников

Рис. 4.30. Схема разрыва контура заземления с использованием оптронной пары

236

4.5.6.Устройства защиты радиоприемника от мощных импульсных помех

Вряде случаев на радиоприемник (или другой рецептор

снизким уровнем входного сигнала) действуют кратковремен­

ные помехи в виде единичных импульсов или импульсных после­ довательностей большой скважности. Помехи большой интенсив­ ности могут либо вывести из строя активные элементы входных каскадов, либо в результате последействия помехи привести к на­ рушению его работоспособности в течение более длительного ин­ тервала времени, превышающего длительность мешающего воз­ действия. Примером таких ситуаций является воздействие на ра­

диоприемник электромагнитного импульса (ЭМИ). Это импульс высотного ядерного взрыва или мощный импульс, создаваемый

специальными средствами подавления радиоэлектронного обо­ рудования. Пример менее интенсивного воздействия, не приво­

дящего к выводу из строя, но вызывающего нарушение работы - облучение антенны радиоприемника ЭМП близко расположен­ ной мощной РЛС.

Вкачестве схемотехнических мер ослабления влияния ука­

занных электромагнитных помех используются различные уст­ ройства, ограничивающие максимальное значение напряжения или мощности электромагнитной волны на входе рецептора. В зависимости от целевого назначения и диапазона частот схем­ ные решения и элементная база могут значительно отличаться. Однако существо мер остается неизменным: в тракт сигнала вво­ дится специальная схема, содержащая нелинейный элемент со

свойствами ограничения напряжения (аналог стабилитрона), либо

сключевыми свойствами. В качестве этих элементов применяют­ ся специальные газоразрядные приборы, а также полупроводни­ ковые элементы. В последнее время для этих целей предложены новые элементы - нелинейные ограничители напряжения с ок- сидно-цинковыми резисторами, обладающими повышенным бы­ стродействием. Применение их позволяет защитить аппаратуру от мощных импульсов вплоть до наносекундной длительности (рис. 4.31).

237

▲

max и

в

Рис. 4.31. Ограничение мощности помех.

а - схема включения НЭ. б, в - амплитудные характеристики нелинейных элементов различного типа

4.6. Конструкторско-технологические меры обеспечения ЭМС

4.6.1. Существо и особенности конструкторско-технологических мер

Цель принятия конструкторско-технологических мер обеспе­ чения ЭМС состоит в снижении уровней создаваемых помех ИП, восприимчивости рецепторов помех и повышении затухания элект­ ромагнитных полей на путях распространения от ИП к РП. В отли­ чие от системо- и схемотехнических мер. они не затрагивают ни прин­ цип действия устройств, ни их принципиальных схем, ни, соответ­ ственно, функциональных параметров. В отличие от обобщающего американского термина «design» в отечественной классификации различают понятия «проектирование», «конструирование» и «тех­ нология производства». Конструкторско-технологические меры ЭМС относятся к двум последним. С позиций использования ра­ диочастотного ресурса конструкторско-технологическими мерами обеспечивается сокращение протяженности занимаемых областей с целью обеспечения соответствия параметров, отвечающих конк­ ретным требованиям на ЭМС, нормативным требованиям, либо обеспечения значений, определенным на этапе проектирования.

Используемые в практике обеспечения ЭМС конструкторс­ ко-технологические меры представлены двумя группами. Первую из них представляют различные приемы, относящиеся к выполне­ нию технических средств, в том числе к их конструкции и техноло­ гии изготовления. Состав этой группы весьма широк:

-электрические контакты;

-уплотнительные элементы;

238

-низкочастотные и радиочастотные соединители;

-корпуса электромагнитных экранов и устройств с экраниру­ ющими свойствами, в том числе способы соединения их элементов;

-устройства заземления;

-способы монтажа, в том числе на новой основе (например, тканого монтажа) - выполнение монтажных соединений (и элект­ рических соединений в пределах платы), используемых проводя­ щих и изолирующих материалов, покрытий и т.д.

Реализация на практике приемов этой группы составляет пред­ мет профессиональной деятельности инженеров-конструкторов и инженеров-технологов, осуществляющих конструирование и под­ готовку к производству изделий (технических средств) с учетом тре­ бований ЭМС. Сведения о содержании конкретных приемов этой группы содержатся в источниках соответствующего профиля (некоторые сведения о предмете можно найти в литературе [/£1 Я-

Ко второй группе относятся специальные конструкторские приемы, служащие целям обеспечения ЭМС на соответствующем уровне. К числу этих приемов относятся:

-экранирование элементов и блоков РЭА;

-экранирование проводников:

-заземление;

-группирование проводников в межблочных соединениях;

-зонирование элементов и компоновка их на плате, в уст­ ройстве и т.д.

Использование указанных приемов также относится к облас­ ти профессиональной деятельности инженеров-конструкторов. Однако начальные сведения о содержании этих мер полезны и спе­ циалистам, занятым проектированием и эксплуатацией техничес­ ких средств. Поэтому далее кратко приведем необходимые сведе­ ния о существе и особенностях указанных приемов.

4.6.2. Экранирование элементов и блоков РЭС

Физические принципы электромагнитного экранирования

Целью экранирования является ослабление электромагнитного поля в ограниченной части пространства или, наоборот, в окружающем пространстве, если источник помех находится внут-

239

ри экрана. Защитное действие экрана обычно характеризуется эф­ фективностью экранирования L3 — личиной, характеризующей ослабление электромагнитного поля в экранируемой области про­ странства. В зависимости от размеров экрана г3, длины волны Л., расстояния между источником ЭМП и точкой наблюдения в экра­ нируемой области г, а также типа источника эта величина опреде­ ляется различным образом. Если размеры экрана и расстояние г значительно меньше длины волны (г < Х/2л), эффективность экра­

нирования определяется раздельно для электрического

где Ео, Но. Ези Нз- значения напряженности электрического и маг­ нитного полей в точке наблюдения без экрана и при наличии его соответственно.

Различие связано с тем. что в зависимости от типа ИП в элек­ тромагнитном поле ближней зоны преобладает энергия электри­ ческого или магнитного поля, а действие экрана по отношению к электрическому или магнитному полю различно. В большинстве

zпрактических ситуаций эти случаи соответствуют относительно низкочастотным электромагнитным полям Поэтому во многих руководствах по экранированию электромагнитных полей эти слу­

чаи рассматриваются как экранирование на низких частотах.*

Когда размеры экрана, расстояние г и длина волны соответ­ ствуют условию дальней зоны, различие между величинами £ээ и £эм исчезает. Эффективность экранирования равна:

где По и Пэ - значения плотности потока мощности без экрана и при его наличии соответственно.

*В литературе часто используются термины «экранирование электричес­ кого поля» и «экранирование магнитного поля». Следует обратить внимание на некорректность подобных формулировок: согласно фундаментальным положе­ ниям электромагнетизма электрические и магнитные поля раздельно могут су­ ществовать только в виде статических полей

240