Welches Material überträgt keine elektromagnetischen Wellen. Magnetische Abschirmung

Die Abschirmung von Magnetfeldern kann auf zwei Arten erfolgen:

Abschirmung mit ferromagnetischen Materialien.

Abschirmung mit Wirbelströmen.

Die erste Methode wird normalerweise zum Screening von konstanten MF- und niederfrequenten Feldern verwendet. Das zweite Verfahren bietet eine signifikante Effizienz beim Abschirmen von Hochfrequenz-MF. Aufgrund des Oberflächeneffekts fallen die Dichte von Wirbelströmen und die Intensität des magnetischen Wechselfelds, je tiefer sie in das Metall eindringen, nach einem Exponentialgesetz:

Die Verringerung von Feld und Strom, die als äquivalente Eindringtiefe bezeichnet wird.

Je kleiner die Eindringtiefe, desto größer der Stromfluss in den Oberflächenschichten des Schirms, desto größer die von ihm erzeugte umgekehrte MF, die das externe Feld der Pickup-Quelle aus dem vom Schirm eingenommenen Raum verdrängt. Besteht die Abschirmung aus einem nichtmagnetischen Material, so hängt die Abschirmwirkung nur von der spezifischen Leitfähigkeit des Materials und der Frequenz des Abschirmfeldes ab. Besteht der Schirm aus ferromagnetischem Material, so wird ihm ceteris paribus durch ein äußeres Feld ein großes e induziert. d.s. aufgrund der größeren Konzentration magnetischer Feldlinien. Bei gleicher Leitfähigkeit des Materials nehmen die Wirbelströme zu, was zu einer geringeren Eindringtiefe und einer besseren Schirmwirkung führt.

Bei der Auswahl der Dicke und des Materials des Schirms sollte man nicht von den elektrischen Eigenschaften des Materials ausgehen, sondern sich von Überlegungen zu mechanischer Festigkeit, Gewicht, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit, einfacher Verbindung einzelner Teile und Herstellung von Übergangskontakten zwischen ihnen leiten lassen mit geringem Widerstand, Leichtigkeit des Lötens, Schweißens und so weiter.

Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass für Frequenzen über 10 MHz Kupfer- und noch mehr Silberfolien mit einer Dicke von etwa 0,1 mm eine signifikante Abschirmwirkung haben. Daher ist es bei Frequenzen über 10 MHz durchaus akzeptabel, Schirme aus folienbeschichtetem Getinax oder Glasfaser zu verwenden. Bei hohen Frequenzen hat Stahl eine größere Abschirmwirkung als nicht magnetische Metalle. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass solche Abschirmungen aufgrund des hohen spezifischen Widerstands und der Hysterese erhebliche Verluste in die geschirmten Schaltkreise einbringen können. Daher sind solche Bildschirme nur in Fällen anwendbar, in denen Einfügungsverluste vernachlässigt werden können. Außerdem muss der Schirm für eine größere Abschirmeffizienz einen geringeren magnetischen Widerstand als Luft haben, dann neigen die magnetischen Feldlinien dazu, an den Wänden des Schirms entlang zu laufen und in geringerer Anzahl in den Raum außerhalb des Schirms einzudringen. Eine solche Abschirmung ist gleichermaßen zum Schutz vor den Wirkungen eines Magnetfelds und zum Schutz des Außenraums vor dem Einfluss eines Magnetfelds geeignet, das von einer Quelle innerhalb der Abschirmung erzeugt wird.

Es gibt viele Stahlsorten und Permalloy mit unterschiedlichen Werten der magnetischen Permeabilität, daher muss für jedes Material der Wert der Eindringtiefe berechnet werden. Die Berechnung erfolgt nach der Näherungsgleichung:

1) Schutz gegen externes Magnetfeld

Die magnetischen Kraftlinien des äußeren Magnetfelds (die Induktionslinien des magnetischen Interferenzfelds) verlaufen hauptsächlich durch die Dicke der Wände des Bildschirms, die einen geringen magnetischen Widerstand im Vergleich zum Widerstand des Raums im Inneren des Bildschirms haben . Infolgedessen wird das externe magnetische Störfeld den Betrieb des elektrischen Schaltkreises nicht beeinträchtigen.

2) Abschirmung des eigenen Magnetfeldes

Ein solches Kranen wird verwendet, wenn die Aufgabe darin besteht, externe Stromkreise vor den Auswirkungen eines durch den Spulenstrom erzeugten Magnetfelds zu schützen. Induktivität L, d.h. wenn es erforderlich ist, die durch die Induktivität L erzeugten Störungen praktisch zu lokalisieren, dann wird ein solches Problem mit einem magnetischen Schirm gelöst, wie in der Abbildung schematisch dargestellt. Hier werden fast alle Feldlinien des Feldes des Induktors durch die Dicke der Schirmwände geschlossen, ohne darüber hinauszugehen, da der magnetische Widerstand des Schirms viel geringer ist als der Widerstand des umgebenden Raums.

3) Dual-Bildschirm

Bei einem doppelten Magnetschirm kann man sich vorstellen, dass sich ein Teil der magnetischen Kraftlinien, die über die Dicke der Wände des einen Schirms hinausgehen, durch die Dicke der Wände des zweiten Schirms schließt. Auf die gleiche Weise kann man sich die Wirkung eines doppelten magnetischen Schirms vorstellen, wenn magnetische Interferenzen lokalisiert werden, die durch ein elektrisches Schaltungselement erzeugt werden, das sich innerhalb des ersten (inneren) Schirms befindet: Der Großteil der magnetischen Feldlinien (magnetische Streulinien) schließt sich durch den Wände des Außenschirms. Natürlich müssen bei Doppelsieben die Wandstärken und der Abstand zwischen ihnen rational gewählt werden.

Der Gesamtschirmungskoeffizient erreicht seinen größten Wert in Fällen, in denen die Wandstärke und der Abstand zwischen den Schirmen proportional zum Abstand von der Mitte des Schirms zunehmen und der Abstand das geometrische Mittel der Wandstärken der benachbarten Schirme ist . In diesem Fall ist der Abschirmfaktor:

L = 20lg (H/Ne)

Die Herstellung von Doppelsieben nach dieser Empfehlung ist aus technologischen Gründen praktisch schwierig. Wesentlich zweckmäßiger ist es, den Abstand zwischen den an den Luftspalt angrenzenden Schalen der Schirme größer zu wählen als die Dicke des ersten Schirms, etwa gleich dem Abstand zwischen dem Steg des ersten Schirms und dem Rand des geschirmten Schaltungselements (z. B. Spulen und Induktoren). Die Wahl der einen oder anderen Wandstärke des Magnetschirms kann nicht eindeutig getroffen werden. Die rationelle Wandstärke wird bestimmt. Schirmmaterial, Störfrequenz und spezifizierter Schirmungsfaktor. Es ist nützlich, Folgendes zu berücksichtigen.

1. Mit zunehmender Störfrequenz (Frequenz eines magnetischen Wechselfeldes) nimmt die magnetische Permeabilität von Materialien ab und bewirkt eine Abnahme der Abschirmeigenschaften dieser Materialien, da mit abnehmender magnetischer Permeabilität der magnetische Widerstand abnimmt Der vom Sieb ausgeübte Fluss nimmt zu. In der Regel ist die Abnahme der magnetischen Permeabilität mit zunehmender Frequenz bei den magnetischen Materialien am stärksten, die die höchste anfängliche magnetische Permeabilität aufweisen. Beispielsweise ändert Elektroblech mit niedriger anfänglicher magnetischer Permeabilität den Wert von jx wenig mit zunehmender Frequenz, und Permalloy, das große Anfangswerte der magnetischen Permeabilität aufweist, reagiert sehr empfindlich auf eine Erhöhung der Frequenz des Magnetfelds ; seine magnetische Permeabilität fällt mit der Frequenz stark ab.

2. Bei magnetischen Materialien, die einem hochfrequenten magnetischen Störfeld ausgesetzt sind, zeigt sich der Oberflächeneffekt deutlich, d. h. die Verschiebung des magnetischen Flusses zur Oberfläche der Bildschirmwände, was zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstands des Bildschirms führt. Unter solchen Bedingungen erscheint es fast nutzlos, die Dicke der Siebwände über die Grenzen hinaus zu erhöhen, die der magnetische Fluss bei einer gegebenen Frequenz einnimmt. Eine solche Schlussfolgerung ist falsch, da eine Erhöhung der Wandstärke auch bei Vorhandensein eines Oberflächeneffekts zu einer Verringerung des magnetischen Widerstands des Bildschirms führt. Gleichzeitig sollte auch die Änderung der magnetischen Permeabilität berücksichtigt werden. Da sich das Phänomen des Skin-Effekts bei magnetischen Materialien meist stärker bemerkbar macht als die Abnahme der magnetischen Permeabilität im niederfrequenten Bereich, wird der Einfluss beider Faktoren auf die Wahl der Schirmwandstärke in unterschiedlichen Bereichen magnetischer Störfrequenzen unterschiedlich sein. In der Regel ist die Abnahme der Schirmeigenschaften mit steigender Störfrequenz bei Schirmen aus Materialien mit hoher magnetischer Anfangspermeabilität stärker ausgeprägt. Die oben genannten Eigenschaften magnetischer Werkstoffe bilden die Grundlage für Empfehlungen zur Materialauswahl und Wandstärke von Magnetsieben. Diese Empfehlungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

A) Abschirmungen aus gewöhnlichem Elektrostahl (Transformatorenstahl), die eine niedrige anfängliche magnetische Permeabilität haben, können bei Bedarf verwendet werden, um kleine Abschirmungskoeffizienten (Ke 10) bereitzustellen; solche Schirme liefern einen nahezu konstanten Schirmungsfaktor in einem ziemlich breiten Frequenzband bis zu mehreren zehn Kilohertz; die Dicke solcher Abschirmungen hängt von der Interferenzfrequenz ab, und je niedriger die Frequenz ist, desto größer ist die erforderliche Abschirmungsdicke; beispielsweise sollte bei einer Frequenz eines magnetischen Interferenzfeldes von 50–100 Hz die Dicke der Siebwände ungefähr gleich 2 mm sein; wenn eine Erhöhung des Schirmungsfaktors oder eine größere Schirmdicke erforderlich ist, empfiehlt es sich, mehrere Schirmlagen (Doppel- oder Dreifachschirme) mit geringerer Dicke zu verwenden;

B) Es ist ratsam, Abschirmungen aus magnetischen Materialien mit hoher Anfangspermeabilität (z. B. Permalloy) zu verwenden, wenn ein großer Abschirmfaktor (Ke > 10) in einem relativ schmalen Frequenzband bereitgestellt werden muss, und es nicht ratsam ist, a zu wählen Dicke jeder Magnetsiebschale größer als 0,3–0,4 mm; die abschirmwirkung solcher schirme beginnt bei frequenzen über mehreren hundert oder tausend hertz merklich nachzulassen, je nach anfangsdurchlässigkeit dieser materialien.

Für schwache magnetische Störfelder gilt alles, was oben über magnetische Abschirmungen gesagt wurde. Befindet sich die Abschirmung in der Nähe von starken Störquellen und treten darin magnetische Flüsse mit hoher magnetischer Induktion auf, so ist bekanntlich die Änderung der magnetischen dynamischen Permeabilität in Abhängigkeit von der Induktion zu berücksichtigen; Es ist auch notwendig, die Verluste in der Dicke des Bildschirms zu berücksichtigen. In der Praxis sind solche starken Quellen magnetischer Störfelder, bei denen man mit ihrer Wirkung auf Bildschirme rechnen müsste, nicht anzutreffen, abgesehen von einigen Sonderfällen, die keine Amateurfunkpraxis und normale Betriebsbedingungen für die Funktechnik vorsehen Geräte mit breiter Anwendung.

Prüfen

1. Bei magnetischer Abschirmung muss die Abschirmung:
1) Besitzen einen geringeren magnetischen Widerstand als Luft
2) einen magnetischen Widerstand haben, der dem von Luft entspricht
3) haben einen größeren magnetischen Widerstand als Luft

2. Bei Abschirmung des Magnetfeldes Erdung des Schirms:
1) Beeinflusst die Abschirmwirkung nicht
2) Erhöht die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung
3) Reduziert die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung

3. Bei niedrigen Frequenzen (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Dicke der Abschirmung, b) Magnetische Permeabilität des Materials, c) Abstand zwischen der Abschirmung und anderen Magnetkreisen.
1) Nur a und b sind wahr
2) Nur b und c sind wahr
3) Nur a und b sind wahr
4) Alle Optionen sind richtig

4. Magnetische Abschirmung bei niedrigen Frequenzen verwendet:
1) Kupfer
2) Aluminium
3) Permalloy.

5. Magnetische Abschirmung bei hohen Frequenzen verwendet:
1) Eisen
2) Permalloy
3) Kupfer

6. Bei hohen Frequenzen (>100 kHz) hängt die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung nicht ab von:
1) Siebdicke

2) Magnetische Permeabilität des Materials
3) Abstände zwischen dem Bildschirm und anderen Magnetkreisen.

Verwendete Literatur:

2. Semenenko, V. A. Informationssicherheit / V. A. Semenenko - Moskau, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Informationssicherheit / V. I. Yarochkin - Moskau, 2000.

4. Demirchan, K. S. Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik Band III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Zur Abschirmung des Magnetfeldes werden zwei Methoden eingesetzt:

Rangiermethode;

Screen-Magnetfeld-Methode.

Sehen wir uns jede dieser Methoden genauer an.

Die Methode, das Magnetfeld mit einem Schirm abzuleiten.

Die Methode, das Magnetfeld mit einem Schirm abzuleiten, dient dem Schutz vor einem konstanten und sich langsam ändernden magnetischen Wechselfeld. Siebe bestehen aus ferromagnetischen Materialien mit hoher relativer magnetischer Permeabilität (Stahl, Permalloy). Bei Vorhandensein eines Schirms verlaufen die magnetischen Induktionslinien hauptsächlich entlang seiner Wände (Abbildung 8.15), die im Vergleich zum Luftraum innerhalb des Schirms einen geringen magnetischen Widerstand haben. Die Schirmqualität hängt von der magnetischen Permeabilität des Schirms und dem Widerstand des Magnetkreises ab, d.h. Je dicker die Abschirmung und je weniger Nähte, quer zur Richtung der magnetischen Induktionslinien verlaufende Fugen, desto höher ist die Abschirmwirkung.

Screen-Displacement-Methode.

Das Schirmverdrängungsverfahren dient der Abschirmung variabler hochfrequenter Magnetfelder. In diesem Fall werden Siebe aus nichtmagnetischen Metallen verwendet. Die Abschirmung basiert auf dem Phänomen der Induktion. Hier ist das Phänomen der Induktion nützlich.

Lassen Sie uns einen Kupferzylinder auf den Pfad eines gleichmäßigen magnetischen Wechselfelds legen (Abbildung 8.16, a). Variable ED werden darin angeregt, was wiederum variable Induktionswirbelströme (Foucault-Ströme) erzeugt. Das Magnetfeld dieser Ströme (Abbildung 8.16, b) wird geschlossen; innerhalb des Zylinders wird es auf das anregende Feld gerichtet und außerhalb in die gleiche Richtung wie das anregende Feld. Das resultierende Feld (Bild 8.16, c) wird in der Nähe des Zylinders abgeschwächt und außerhalb verstärkt, d.h. es kommt zu einer Verdrängung des Feldes aus dem vom Zylinder eingenommenen Raum, das ist seine Abschirmwirkung, die umso wirksamer ist, je geringer der elektrische Widerstand des Zylinders ist, d.h. desto mehr Wirbelströme fließen durch ihn.

Durch den Oberflächeneffekt („Skin-Effekt“) sinken die Wirbelstromdichte und die Intensität des magnetischen Wechselfeldes, je tiefer sie in das Metall eindringen, nach einem Exponentialgesetz

, (8.5)

wo (8.6)

- ein Indikator für die Abnahme des Feldes und des Stroms, der aufgerufen wird äquivalente Eindringtiefe.

Hier ist die relative magnetische Permeabilität des Materials;

– magnetische Vakuumpermeabilität gleich 1,25*10 8 gn*cm -1 ;

– Widerstand des Materials, Ohm*cm;

- Frequenz Hertz.

Es ist zweckmäßig, die Abschirmwirkung von Wirbelströmen durch den Wert der äquivalenten Eindringtiefe zu charakterisieren. Je kleiner x 0 , desto größer ist das von ihnen erzeugte Magnetfeld, das das externe Feld der Aufnahmequelle aus dem vom Bildschirm eingenommenen Raum verdrängt.

Für ein nichtmagnetisches Material in Formel (8.6) =1 wird die Abschirmwirkung nur durch und bestimmt. Und wenn der Bildschirm aus ferromagnetischem Material besteht?

Bei Gleichheit ist der Effekt besser, da >1 (50..100) und x 0 kleiner sind.

x 0 ist also ein Kriterium für die Abschirmwirkung von Wirbelströmen. Interessant ist abzuschätzen, wie oft die Stromdichte und die magnetische Feldstärke in einer Tiefe x 0 kleiner werden als an der Oberfläche. Dazu ersetzen wir dann x \u003d x 0 in Formel (8.5).

woraus ersichtlich ist, dass in einer Tiefe x 0 die Stromdichte und die magnetische Feldstärke um den Faktor e abnehmen, d.h. bis zu einem Wert von 1/2,72, was 0,37 der Dichte und Spannung an der Oberfläche entspricht. Da ist nur die Feldschwächung 2,72 mal in der Tiefe x 0 nicht ausreicht, um das Abschirmmaterial zu charakterisieren, dann werden zwei weitere Werte der Eindringtiefe x 0,1 und x 0,01 verwendet, die den Abfall der Stromdichte und Feldspannung um das 10- und 100-fache von ihren Werten an der Oberfläche charakterisieren.

Wir drücken die Werte x 0,1 und x 0,01 durch den Wert x 0 aus, dazu stellen wir auf der Grundlage des Ausdrucks (8.5) die Gleichung zusammen

Und ,

entscheiden, was wir bekommen

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3 x 0; (8.7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6 x 0

Basierend auf den Formeln (8.6) und (8.7) für verschiedene Abschirmmaterialien werden die Werte der Eindringtiefen in der Literatur angegeben. Der Übersichtlichkeit halber präsentieren wir dieselben Daten in Form von Tabelle 8.1.

Die Tabelle zeigt, dass für alle hohen Frequenzen ab dem Mittelwellenbereich eine Abschirmung aus beliebigem Metall mit einer Dicke von 0,5..1,5 mm sehr effektiv wirkt. Bei der Wahl der Dicke und des Materials des Schirms sollte man nicht von den elektrischen Eigenschaften des Materials ausgehen, sondern sich daran orientieren Überlegungen zu mechanischer Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verbindungsfreundlichkeit der einzelnen Teile und Realisierung von Übergangskontakten zwischen ihnen mit geringem Widerstand, Leichtigkeit des Lötens, Schweißens usw.

Aus den Daten in der Tabelle geht hervor, dass Bei Frequenzen über 10 MHz ergibt eine Schicht aus Kupfer und noch mehr aus Silber mit einer Dicke von weniger als 0,1 mm eine signifikante Abschirmwirkung. Daher ist es bei Frequenzen über 10 MHz durchaus akzeptabel, Schirme aus Foliengetinaken oder anderen mit Kupfer oder Silber beschichteten Isoliermaterialien zu verwenden.

Stahl kann als Sieb verwendet werden, aber Sie müssen bedenken, dass ein Stahlsieb aufgrund des hohen spezifischen Widerstands und des Hysteresephänomens erhebliche Verluste in die Siebkreise einführen kann.

Prinzipien der Magnetfeldabschirmung

Zur Abschirmung des Magnetfeldes werden zwei Methoden eingesetzt:

Rangiermethode;

Screen-Magnetfeld-Methode.

Sehen wir uns jede dieser Methoden genauer an.

Die Methode, das Magnetfeld mit einem Schirm abzuleiten.

Screen-Displacement-Methode.

Durch den Oberflächeneffekt („Skin-Effekt“) sinken die Wirbelstromdichte und die Intensität des magnetischen Wechselfeldes, je tiefer sie in das Metall eindringen, nach einem Exponentialgesetz

, (8.5)

wo (8.6)

- ein Indikator für die Abnahme des Feldes und des Stroms, der aufgerufen wird äquivalente Eindringtiefe.

Hier ist die relative magnetische Permeabilität des Materials;

– magnetische Vakuumpermeabilität gleich 1,25*10 8 gn*cm -1 ;

– Widerstand des Materials, Ohm*cm;

- Frequenz Hertz.

Für ein nichtmagnetisches Material in Formel (8.6) =1 wird die Abschirmwirkung nur durch und bestimmt. Und wenn der Bildschirm aus ferromagnetischem Material besteht?

Bei Gleichheit ist der Effekt besser, da >1 (50..100) und x 0 kleiner sind.

Wir drücken die Werte x 0,1 und x 0,01 durch den Wert x 0 aus, dazu stellen wir auf der Grundlage des Ausdrucks (8.5) die Gleichung zusammen

Und ,

entscheiden, was wir bekommen

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3 x 0; (8.7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6 x 0

Filtration

Die Filterung ist das wichtigste Mittel zur Dämpfung konstruktiver Störungen, die in der Stromversorgung und den Schaltkreisen von Gleich- und Wechselstrom des ES entstehen. Für diesen Zweck entwickelte Rauschunterdrückungsfilter ermöglichen es Ihnen, leitungsgebundene Störungen sowohl von externen als auch von internen Quellen zu reduzieren. Die Filtereffizienz wird durch die Filtereinfügungsdämpfung bestimmt:

DB,

Der Filter hat folgende Grundvoraussetzungen:

Gewährleistung eines gegebenen Wirkungsgrades S im geforderten Frequenzbereich (unter Berücksichtigung von Innenwiderstand und Belastung des Stromkreises);

Begrenzung des zulässigen Gleich- oder Wechselspannungsabfalls am Filter bei maximalem Laststrom;

Sicherstellen einer zulässigen nichtlinearen Verzerrung der Versorgungsspannung, die die Anforderungen an die Linearität des Filters bestimmt;

Designanforderungen - Abschirmeffizienz, minimale Gesamtabmessungen und -gewicht, Gewährleistung eines normalen thermischen Regimes, Beständigkeit gegen mechanische und klimatische Einflüsse, Herstellbarkeit des Designs usw.;

Die Filterelemente müssen unter Berücksichtigung der Nennströme und -spannungen des Stromkreises sowie der darin verursachten Spannungs- und Stromstöße ausgewählt werden, die durch die Instabilität des elektrischen Regimes und Transienten verursacht werden.

Kondensatoren. Sie werden als unabhängige Rauschunterdrückungselemente und als parallele Filtereinheiten verwendet. Strukturell sind Entstörkondensatoren unterteilt in:

Bipolar Typ K50-6, K52-1B, IT, K53-1A;

Stütztyp KO, KO-E, KDO;

Durchführung nicht koaxial Typ K73-21;

Durchgangsloch koaxial Typ KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondensatorblöcke;

Die Haupteigenschaft eines Entstörkondensators ist die Abhängigkeit seiner Impedanz von der Frequenz. Zur Dämpfung von Störungen im Frequenzbereich bis ca. 10 MHz können aufgrund der kurzen Leitungslänge zweipolige Kondensatoren eingesetzt werden. Referenzentstörkondensatoren werden bis zu Frequenzen von 30-50 MHz eingesetzt. Symmetrische Passkondensatoren werden in einer Zweileiterschaltung bis zu Frequenzen in der Größenordnung von 100 MHz verwendet. Durchführungskondensatoren arbeiten über einen weiten Frequenzbereich bis etwa 1000 MHz.

Induktive Elemente. Sie werden als unabhängige Elemente der Rauschunterdrückung und als serielle Verbindungen von Rauschunterdrückungsfiltern verwendet. Strukturell sind die häufigsten Arten von Drosseln:

Auf einen ferromagnetischen Kern gewickelt;

Abgewickelt.

Das Hauptmerkmal einer Entstördrossel ist die Abhängigkeit ihrer Impedanz von der Frequenz. Bei niedrigen Frequenzen wird empfohlen, magnetodielektrische Kerne der Sorten PP90 und PP250 zu verwenden, die auf der Basis von m-Permalloy hergestellt werden. Um Störungen in Stromkreisen von Geräten mit Strömen bis 3A zu unterdrücken, wird empfohlen, HF-Drosseln vom Typ DM zu verwenden, für hohe Nennströme - Drosseln der Serie D200.

Filter. Die keramischen Durchführungsfilter B7, B14, B23 dienen zur Unterdrückung von Störungen in Gleich-, Puls- und Wechselspannungskreisen im Frequenzbereich von 10 MHz bis 10 GHz. Die Bauformen solcher Filter sind in Abbildung 8.17 dargestellt

Die durch die Filter B7, B14, B23 eingeführte Dämpfung nimmt im Frequenzbereich von 10..100 MHz etwa von 20..30 auf 50..60 dB zu und übersteigt im Frequenzbereich über 100 MHz 50 dB.

Keramik-Inline-Filter vom Typ B23B sind auf der Basis von Keramik-Scheibenkondensatoren und drehlosen ferromagnetischen Drosseln aufgebaut (Bild 8.18).

Drehlose Drosseln sind ein röhrenförmiger ferromagnetischer Kern aus Ferrit der Güte 50 VCh-2, der mit einer Durchgangsleitung verbunden ist. Die Drosselinduktivität beträgt 0,08…0,13 µH. Das Filtergehäuse besteht aus UV-61-Keramikmaterial, das eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Das Gehäuse ist mit einer Silberschicht metallisiert, um einen geringen Übergangswiderstand zwischen der Außenhülle des Kondensators und der Erdungsgewindebuchse zu schaffen, mit der der Filter befestigt ist. Der Kondensator ist entlang des äußeren Umfangs an das Filtergehäuse und entlang des inneren Umfangs an den Durchgangsanschluss gelötet. Die Abdichtung des Filters wird durch das Ausfüllen der Enden des Gehäuses mit einer Masse gewährleistet.

Für B23B-Filter:

nominale Filterkapazitäten - von 0,01 bis 6,8 μF,

Nennspannung 50 und 250V,

Nennstrom bis 20A,

Filterabmessungen:

L = 25 mm, D = 12 mm

Die durch B23B-Filter eingeführte Dämpfung steigt im Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz ungefähr von 30..50 auf 60..70 dB an und übersteigt im Frequenzbereich über 10 MHz 70 dB.

Für ES an Bord ist es vielversprechend, spezielle Rauschunterdrückungsdrähte mit Ferron-Füllstoffen mit hoher magnetischer Permeabilität und hohen spezifischen Verlusten zu verwenden. So erhöht sich bei PSA-Leitungen die Einfügungsdämpfung im Frequenzbereich von 1 ... 1000 MHz von 6 auf 128 dB / m.

Ein bekanntes Design von mehrpoligen Steckverbindern, bei dem an jedem Kontakt ein U-förmiger Entstörfilter installiert ist.

Gesamtabmessungen des Einbaufilters:

Länge 9,5 mm,

Durchmesser 3,2mm.

Die durch das Filter eingeführte Dämpfung in einer 50-Ohm-Schaltung beträgt 20 dB bei 10 MHz und bis zu 80 dB bei 100 MHz.

Filtern von Stromversorgungsschaltungen von digitalen RES.

Impulsrauschen in den Leistungsbussen, das während des Schaltens digitaler integrierter Schaltungen (DIC) auftritt, sowie von außen eindringend, kann zu Fehlfunktionen beim Betrieb digitaler Informationsverarbeitungsgeräte führen.

Um den Rauschpegel in den Leistungsbussen zu reduzieren, werden Schaltungsdesignmethoden verwendet:

Reduzierung der Induktivität der "Power" -Busse unter Berücksichtigung der gegenseitigen magnetischen Verbindung der Hin- und Rückleiter;

Reduzierung der Längen der Abschnitte der "Power"-Busse, die für Ströme für verschiedene ISCs üblich sind;

Verlangsamung der Fronten gepulster Ströme in den "Power"-Bussen mit Hilfe von Rauschunterdrückungskondensatoren;

Rationale Topologie von Stromkreisen auf einer Leiterplatte.

Eine Vergrößerung des Querschnitts der Leiter führt zu einer Verringerung der Eigeninduktivität der Reifen und verringert auch deren Wirkwiderstand. Letzteres ist besonders wichtig bei der Masseschiene, die der Rückleiter für Signalkreise ist. Daher ist es bei mehrschichtigen Leiterplatten wünschenswert, „Strom“-Busse in Form von leitfähigen Ebenen herzustellen, die sich in benachbarten Schichten befinden (Abbildung 8.19).

Aufklappbare Leistungsbusse, die in gedruckten Schaltungsanordnungen auf digitalen ICs verwendet werden, haben große Querabmessungen im Vergleich zu Bussen, die in Form von gedruckten Leitern hergestellt sind, und folglich eine geringere Induktivität und einen geringeren Widerstand. Weitere Vorteile von montierten Stromschienen sind:

Vereinfachte Verfolgung von Signalkreisen;

Erhöhung der Steifigkeit der Leiterplatte durch Schaffung zusätzlicher Rippen, die als Begrenzer fungieren, die ICs mit montiertem ERE vor mechanischer Beschädigung während der Installation und Konfiguration des Produkts schützen (Abbildung 8.20).

Eine hohe Herstellbarkeit zeichnet sich durch „Power“-Reifen aus, die durch Drucken hergestellt und vertikal auf die Leiterplatte montiert werden (Abbildung 6.12c).

Es gibt bekannte Ausführungen von montierten Reifen, die unter dem IC-Gehäuse installiert sind und in Reihen auf der Platine angeordnet sind (Abbildung 8.22).

Die betrachteten Konstruktionen der "Power" -Busse bieten auch eine große lineare Kapazität, was zu einer Verringerung des Wellenwiderstands der "Power" -Leitung und folglich zu einer Verringerung des Impulsrauschpegels führt.

Die Leistungsverdrahtung des ICs auf der Platine sollte nicht in Reihe (Bild 8.23a), sondern parallel erfolgen (Bild 8.23b)

Es ist notwendig, Stromkabel in Form von geschlossenen Kreisen zu verwenden (Abb. 8.23c). Ein solches Design nähert sich in seinen elektrischen Parametern kontinuierlichen Leistungsebenen an. Zum Schutz vor dem Einfluss eines externen störungstragenden Magnetfelds sollte eine externe geschlossene Schleife entlang des Umfangs des Bedienfelds vorgesehen werden.

Erdung

Das Erdungssystem ist ein elektrischer Schaltkreis, der die Eigenschaft hat, ein Mindestpotential aufrechtzuerhalten, das in einem bestimmten Produkt der Referenzpegel ist. Das Erdungssystem im ES muss Signal- und Stromrückleitungen bereitstellen, Personen und Geräte vor Fehlern in Stromversorgungskreisen schützen und statische Aufladungen ableiten.

Die Hauptanforderungen an Erdungssysteme sind:

1) Minimieren der Gesamtimpedanz des Massebusses;

2) das Fehlen geschlossener Masseschleifen, die empfindlich auf Magnetfelder reagieren.

Der ES benötigt mindestens drei separate Massekreise:

Für Signalstromkreise mit kleinen Strömen und Spannungen;

Für Leistungskreise mit hoher Leistungsaufnahme (Netzteile, ES-Endstufen etc.)

Für Karosserieschaltungen (Chassis, Verkleidungen, Bildschirme und Beschichtungen).

Stromkreise im ES werden auf folgende Weise geerdet: an einem Punkt und an mehreren Punkten, die dem Massebezugspunkt am nächsten liegen (Abbildung 8.24)

Dementsprechend können Erdungssysteme als Einpunkt- und Mehrpunkt-Erdungssysteme bezeichnet werden.

Die höchsten Interferenzpegel treten in einem Einzelpunkt-Erdungssystem mit einer gemeinsamen in Reihe geschalteten Erdungsschiene auf (Abbildung 8.24 a).

Je weiter der Massepunkt entfernt ist, desto höher ist sein Potential. Es sollte nicht für Schaltkreise mit großen Leistungsschwankungen verwendet werden, da Hochleistungs-DVs große Erdrückströme erzeugen, die Kleinsignal-DVs beeinträchtigen können. Gegebenenfalls sollte der kritischste FU so nah wie möglich am Erdbezugspunkt angeschlossen werden.

Für Hochfrequenzschaltungen (f ≥ 10 MHz) sollte ein Mehrpunkt-Erdungssystem (Abbildung 8.24 c) verwendet werden, das den FU RES an Punkten verbindet, die dem Erdungsbezugspunkt am nächsten liegen.

Für empfindliche Schaltkreise wird ein erdfreier Schaltkreis verwendet (Abbildung 8.25). Ein solches Erdungssystem erfordert eine vollständige Isolierung des Stromkreises vom Gehäuse (hoher Widerstand und niedrige Kapazität), ansonsten ist es unwirksam. Die Schaltungen können mit Solarzellen oder Batterien betrieben werden, und die Signale müssen über Transformatoren oder Optokoppler in die Schaltung ein- und austreten.

Ein Beispiel für die Umsetzung der betrachteten Erdungsprinzipien für ein digitales Bandlaufwerk mit neun Spuren ist in Abbildung 8.26 dargestellt.

Es gibt die folgenden Massebusse: drei Signal-, einen Leistungs- und einen Körperbus. Die störanfälligsten analogen FUs (neun Sense Amplifier) werden über zwei getrennte Masseschienen geerdet. Neun Schreibverstärker, die mit höheren Signalpegeln als die Leseverstärker arbeiten, sowie Steuer-ICs und Schnittstellenschaltungen mit Datenprodukten sind mit der dritten Signalmasse verbunden. Drei Gleichstrommotoren und ihre Steuerkreise, Relais und Solenoide sind mit dem Leistungsbus "Masse" verbunden. Der anfälligste Steuerkreis des Antriebswellenmotors ist am nächsten zum Massebezugspunkt angeschlossen. Die Masseschiene dient zur Verbindung von Gehäuse und Gehäuse. Die Signal-, Leistungs- und Masseschienen sind an einem Punkt in der sekundären Stromversorgung miteinander verbunden. Es sollte die Zweckmäßigkeit der Erstellung von strukturellen Schaltplänen bei der Planung von RES beachtet werden.

Magnetfeldabschirmung.

Shunt-Methode. - Magnetfeldsiebverfahren.

Magnetfeld-Shunting-Verfahren Es wird zum Schutz gegen das konstante und sich langsam ändernde magnetische Wechselfeld angewendet. Siebe bestehen aus ferromagnetischen Materialien mit hoher relativer magnetischer Permeabilität (Stahl, Permalloy). Bei Vorhandensein eines Schirms verlaufen die magnetischen Induktionslinien hauptsächlich entlang seiner Wände, die im Vergleich zum Luftraum innerhalb des Schirms einen geringen magnetischen Widerstand haben. Je dicker der Schirm und je weniger Nähte, Fugen, desto effektiver die Abschirmung. Screen-Displacement-Methode zur Abschirmung hochfrequenter magnetischer Wechselfelder. In diesem Fall werden Siebe aus nichtmagnetischen Metallen verwendet. Die Abschirmung basiert auf dem Phänomen der Induktion.

Bringt man einen Kupferzylinder in die Bahn eines ebenso veränderlichen magnetischen Maulwurfs, in dem Induktions-Wechselströme (Foucault-Ströme) angeregt werden. Das Magnetfeld dieser Ströme wird geschlossen; innerhalb des Zylinders wird es auf das anregende Feld gerichtet und außerhalb in die gleiche Richtung wie das anregende Feld. Das resultierende Feld wird in der Nähe des Zylinders abgeschwächt und außerhalb verstärkt, d.h. es kommt zu einer Verdrängung des Feldes aus dem vom Zylinder eingenommenen Raum, das ist seine Abschirmwirkung, die umso wirksamer ist, je geringer der elektrische Widerstand des Zylinders ist, d.h. desto mehr Wirbelströme fließen durch ihn.

Durch den Oberflächeneffekt („Skin-Effekt“) sinken die Wirbelstromdichte und die Intensität des magnetischen Wechselfeldes, je tiefer sie in das Metall eindringen, nach einem Exponentialgesetz

μ ist die relative magnetische Permeabilität des Materials; μ˳ – magnetische Vakuumpermeabilität gleich 1,25*108 h*cm-1; ρ ist der spezifische Widerstand des Materials, Ohm*cm; ƒ – Frequenz, Hz.

Für ein nicht magnetisches Material ist μ = 1. Und die Schirmwirkung wird nur durch ƒ und ρ bestimmt.

Abschirmung ist eine aktive Methode zum Schutz von Informationen. Die Abschirmung des Magnetfeldes (magnetostatische Abschirmung) wird eingesetzt, wenn es darum geht, Anregungen bei niedrigen Frequenzen von 0 bis 3..10 kHz zu unterdrücken. Die Effizienz der magnetostatischen Abschirmung steigt mit der Verwendung von mehrschichtigen Abschirmungen.

Die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung hängt von der Frequenz und den elektrischen Eigenschaften des Abschirmungsmaterials ab. Je niedriger die Frequenz, desto schwächer wirkt die Abschirmung, desto dicker muss sie gemacht werden, um die gleiche Abschirmwirkung zu erzielen. Für hohe Frequenzen ab dem Mittelwellenbereich ist ein Schirm aus beliebigem Metall mit einer Dicke von 0,5 ... 1,5 mm sehr effektiv. Bei der Auswahl der Dicke und des Materials des Siebs sollten die mechanische Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit, die Bequemlichkeit des Zusammenfügens einzelner Teile und das Herstellen von Übergangskontakten mit geringem Widerstand zwischen ihnen, die Bequemlichkeit des Lötens, Schweißens usw. berücksichtigt werden. Bei Frequenzen über 10 MHz ergibt eine Kupfer- und insbesondere eine Silberfolie von mehr als 0,1 mm eine signifikante Abschirmwirkung. Daher ist es bei Frequenzen über 10 MHz durchaus akzeptabel, Schirme aus Foliengetinaken oder anderen mit Kupfer oder Silber beschichteten Isoliermaterialien zu verwenden. Zur Herstellung von Bildschirmen werden verwendet: Metallmaterialien, dielektrische Materialien, Gläser mit leitfähiger Beschichtung, spezielle metallisierte Gewebe, leitfähige Farben. Metallische Werkstoffe (Stahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Messing) zur Abschirmung werden in Form von Blechen, Geflechten und Folien hergestellt.

Alle diese Materialien erfüllen die Anforderung an Korrosionsbeständigkeit, wenn sie mit geeigneten Schutzbeschichtungen verwendet werden. Am technologisch fortschrittlichsten sind die Konstruktionen von Stahlsieben, da Schweißen oder Löten bei ihrer Herstellung und Installation weit verbreitet ist. Bleche müssen umlaufend elektrisch miteinander verbunden sein. Die Naht des elektrischen Schweißens oder Lötens muss durchgehend sein, um eine vollständig geschweißte Abschirmkonstruktion zu erhalten. Die Dicke des Stahls wird basierend auf dem Zweck des Siebdesigns und den Bedingungen seiner Montage sowie auf der Möglichkeit ausgewählt, während der Herstellung durchgehende Schweißnähte bereitzustellen. Stahlschirme dämpfen elektromagnetische Strahlung um mehr als 100 dB. Maschensiebe sind einfacher herzustellen, einfach zu montieren und zu bedienen. Zum Schutz vor Korrosion empfiehlt es sich, das Gewebe mit einem Korrosionsschutzlack zu überziehen. Zu den Nachteilen von Maschensieben gehören eine geringe mechanische Festigkeit und eine geringere Abschirmeffizienz im Vergleich zu Foliensieben. Für Maschensiebe ist jedes Nahtdesign geeignet, das mindestens alle 10–15 mm einen guten elektrischen Kontakt zwischen benachbarten Maschenplatten bereitstellt. Hierfür kann Löten oder Punktschweißen verwendet werden. Ein Sieb aus verzinntem kohlenstoffarmem Stahlgewebe mit einer Zelle von 2,5 bis 3 mm ergibt eine Dämpfung von etwa 55 bis 60 dB und von demselben Doppel (mit einem Abstand zwischen den äußeren und inneren Maschen von 100 mm) etwa 90 dB . Der Schirm, der aus einem einzigen Kupfergewebe mit einer Zelle von 2,5 mm besteht, hat eine Dämpfung in der Größenordnung von 65-70 dB

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