Ce material nu transmite unde electromagnetice. Ecran magnetic

Ecranarea câmpurilor magnetice poate fi realizată în două moduri:

Ecranarea cu materiale feromagnetice.

Ecranarea cu curenți turbionari.

Prima metodă este de obicei utilizată pentru ecranarea câmpurilor MF constante și de joasă frecvență. A doua metodă oferă o eficiență semnificativă în ecranarea MF de înaltă frecvență. Datorită efectului de suprafață, densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ, pe măsură ce pătrund mai adânc în metal, cad conform unei legi exponențiale:

Reducerea câmpului și a curentului, care se numește adâncime de penetrare echivalentă.

Cu cât adâncimea de penetrare este mai mică, cu atât curge mai mare în straturile de suprafață ale ecranului, cu atât este mai mare MF invers creat de acesta, care deplasează câmpul extern al sursei de captare din spațiul ocupat de ecran. Dacă scutul este realizat dintr-un material nemagnetic, atunci efectul de ecranare va depinde numai de conductibilitatea specifică a materialului și de frecvența câmpului de ecranare. Dacă ecranul este realizat dintr-un material feromagnetic, atunci, celelalte lucruri fiind egale, un e mare va fi indus în el de un câmp extern. d.s. datorită concentrării mai mari a liniilor de câmp magnetic. Cu aceeași conductivitate a materialului, curenții turbionari vor crește, rezultând o adâncime de penetrare mai mică și un efect de ecranare mai bun.

Atunci când alegeți grosimea și materialul ecranului, nu trebuie să plecați de la proprietățile electrice ale materialului, ci să vă ghidați după considerente de rezistență mecanică, greutate, rigiditate, rezistență la coroziune, ușurință de îmbinare a pieselor individuale și realizarea de contacte de tranziție între ele. cu rezistență scăzută, ușurință de lipit, sudare și așa mai departe.

Din datele din tabel se poate observa că pentru frecvențele de peste 10 MHz, peliculele de cupru și cu atât mai mult de argint cu o grosime de aproximativ 0,1 mm dau un efect de ecranare semnificativ. Prin urmare, la frecvențe de peste 10 MHz, este destul de acceptabil să se utilizeze ecrane din getinax acoperit cu folie sau fibră de sticlă. La frecvențe înalte, oțelul oferă un efect de ecranare mai mare decât metalele nemagnetice. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că astfel de ecrane pot introduce pierderi semnificative în circuitele ecranate datorită rezistivității și histerezisului ridicat. Prin urmare, astfel de ecrane sunt aplicabile numai în cazurile în care pierderea de inserție poate fi ignorată. De asemenea, pentru o mai mare eficienta de ecranare, ecranul trebuie sa aiba o rezistenta magnetica mai mica decat aerul, atunci liniile campului magnetic tind sa treaca de-a lungul peretilor ecranului si sa patrunda in spatiul din afara ecranului intr-un numar mai mic. Un astfel de ecran este în egală măsură potrivit pentru protecția împotriva efectelor unui câmp magnetic și pentru protejarea spațiului exterior de influența unui câmp magnetic creat de o sursă din interiorul ecranului.

Există multe clase de oțel și permalloy cu diferite valori ale permeabilității magnetice, așa că pentru fiecare material este necesar să se calculeze valoarea adâncimii de penetrare. Calculul se face după ecuația aproximativă:

1) Protecție împotriva câmpului magnetic extern

Liniile de forță magnetice ale câmpului magnetic extern (liniile de inducție a câmpului de interferență magnetic) vor trece în principal prin grosimea pereților ecranului, care are o rezistență magnetică scăzută în comparație cu rezistența spațiului din interiorul ecranului. . Ca urmare, câmpul de interferență magnetic extern nu va afecta funcționarea circuitului electric.

2) Ecranarea propriului câmp magnetic

O astfel de macara este utilizată dacă sarcina este de a proteja circuitele electrice externe de efectele unui câmp magnetic creat de curentul bobinei. Inductanța L, adică atunci când este necesară localizarea practic a interferenței create de inductanța L, atunci o astfel de problemă este rezolvată folosind un ecran magnetic, așa cum se arată schematic în figură. Aici, aproape toate liniile de câmp ale câmpului inductorului vor fi închise prin grosimea pereților ecranului, fără a depăși ele datorită faptului că rezistența magnetică a ecranului este mult mai mică decât rezistența spațiului înconjurător.

3) Ecran dublu

Într-un ecran magnetic dublu, ne putem imagina că o parte din liniile magnetice de forță, care trec dincolo de grosimea pereților unui ecran, se vor închide prin grosimea pereților celui de-al doilea ecran. În același mod, se poate imagina acțiunea unui ecran magnetic dublu atunci când se localizează interferența magnetică creată de un element de circuit electric situat în interiorul primului ecran (interior): cea mai mare parte a liniilor de câmp magnetic (liniile parazite magnetice) se vor închide prin pereții ecranului exterior. Bineînțeles, la ecranele duble, grosimile pereților și distanța dintre ele trebuie alese rațional.

Coeficientul de ecranare global atinge cea mai mare valoare în cazurile în care grosimea peretelui și decalajul dintre ecrane cresc proporțional cu distanța de la centrul ecranului, iar decalajul este media geometrică a grosimilor peretelui ecranelor adiacente acestuia. . În acest caz, factorul de ecranare:

L = 20 lg (H/Ne)

Fabricarea ecranelor duble în conformitate cu această recomandare este practic dificilă din motive tehnologice. Este mult mai oportun să alegeți distanța dintre cochilii adiacente spațiului de aer al ecranelor, mai mare decât grosimea primului ecran, aproximativ egală cu distanța dintre friptura primului sită și marginea elementului de circuit ecranat. (de exemplu, bobine și inductori). Alegerea uneia sau alteia grosimi a peretelui ecranului magnetic nu poate fi făcută fără ambiguitate. Se determină grosimea rațională a peretelui. materialul de ecranare, frecvența de interferență și factorul de ecranare specificat. Este util să ținem cont de următoarele.

1. Odată cu creșterea frecvenței de interferență (frecvența unui câmp magnetic alternativ de interferență), permeabilitatea magnetică a materialelor scade și determină o scădere a proprietăților de ecranare ale acestor materiale, deoarece pe măsură ce permeabilitatea magnetică scade, rezistența la magnetice fluxul exercitat de ecran crește. De regulă, scăderea permeabilității magnetice cu creșterea frecvenței este cea mai intensă pentru acele materiale magnetice care au cea mai mare permeabilitate magnetică inițială. De exemplu, tabla de oțel electric cu o permeabilitate magnetică inițială scăzută modifică puțin valoarea lui jx odată cu creșterea frecvenței, iar permalloy, care are valori inițiale mari ale permeabilității magnetice, este foarte sensibil la creșterea frecvenței câmpului magnetic. ; permeabilitatea sa magnetică scade brusc cu frecvența.

2. În materialele magnetice expuse la un câmp magnetic de interferență de înaltă frecvență, efectul de suprafață se manifestă vizibil, adică deplasarea fluxului magnetic către suprafața pereților ecranului, provocând o creștere a rezistenței magnetice a ecranului. În astfel de condiții, pare aproape inutilă creșterea grosimii pereților ecranului dincolo de limitele ocupate de fluxul magnetic la o anumită frecvență. O astfel de concluzie este incorectă, deoarece o creștere a grosimii peretelui duce la o scădere a rezistenței magnetice a ecranului chiar și în prezența unui efect de suprafață. În același timp, trebuie luată în considerare și modificarea permeabilității magnetice. Deoarece fenomenul efectului pielii în materialele magnetice devine de obicei mai vizibil decât scăderea permeabilității magnetice în regiunea de joasă frecvență, influența ambilor factori asupra alegerii grosimii peretelui ecranului va fi diferită în diferite game de frecvențe de interferență magnetică. De regulă, scăderea proprietăților de ecranare odată cu creșterea frecvenței de interferență este mai pronunțată la scuturile din materiale cu o permeabilitate magnetică inițială ridicată. Caracteristicile de mai sus ale materialelor magnetice oferă baza pentru recomandări cu privire la alegerea materialelor și a grosimilor pereților ecranelor magnetice. Aceste recomandări pot fi rezumate după cum urmează:

A) ecranele din oțel electric obișnuit (transformator), care au o permeabilitate magnetică inițială scăzută, pot fi folosite, dacă este necesar, pentru a asigura coeficienți de ecranare mici (Ke 10); astfel de ecrane oferă un factor de screening aproape constant într-o bandă de frecvență destul de largă, până la câteva zeci de kiloherți; grosimea unor astfel de ecrane depinde de frecvența interferenței și cu cât frecvența este mai mică, cu atât grosimea ecranului este mai mare; de exemplu, la o frecvență a unui câmp de interferență magnetic de 50-100 Hz, grosimea pereților ecranului ar trebui să fie aproximativ egală cu 2 mm; daca este necesara o crestere a factorului de ecranare sau o grosime mai mare a scutului, atunci este indicat sa se foloseasca mai multe straturi de ecranare (paratoare duble sau triple) de grosime mai mica;

B) este recomandabil să se utilizeze ecrane din materiale magnetice cu permeabilitate inițială mare (de exemplu, permalloy) dacă este necesar să se asigure un factor de ecranare mare (Ke > 10) într-o bandă de frecvență relativ îngustă și nu este recomandabil să se aleagă un grosimea fiecărei carcase de ecran magnetic mai mare de 0,3-0,4 mm; efectul de ecranare al unor astfel de ecrane începe să scadă considerabil la frecvențe de peste câteva sute sau mii de herți, în funcție de permeabilitatea inițială a acestor materiale.

Tot ce s-a spus mai sus despre scuturile magnetice este valabil pentru câmpurile de interferență magnetice slabe. Dacă scutul este situat aproape de surse puternice de interferență și în el apar fluxuri magnetice cu inducție magnetică ridicată, atunci, după cum se știe, este necesar să se țină seama de modificarea permeabilității magnetice dinamice în funcție de inducție; este necesar să se țină cont și de pierderile din grosimea ecranului. În practică, surse atât de puternice de câmpuri de interferență magnetice, în care ar trebui să se țină seama de efectul lor asupra ecranelor, nu sunt întâlnite, cu excepția unor cazuri speciale care nu prevăd practica radioamator și condiții normale de funcționare pentru ingineria radio. dispozitive de larga aplicatie.

Test

1. Cu ecranare magnetică, scutul trebuie:
1) Posedă o rezistență magnetică mai mică decât aerul
2) au rezistență magnetică egală cu aerul
3) au o rezistență magnetică mai mare decât aerul

2. Când protejați câmpul magnetic Împărământul scutului:
1) Nu afectează eficiența ecranării
2) Mărește eficacitatea ecranării magnetice
3) Reduce eficacitatea ecranării magnetice

3. La frecvențe joase (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Grosimea scutului, b) Permeabilitatea magnetică a materialului, c) Distanța dintre scut și alte circuite magnetice.
1) Doar a și b sunt adevărate
2) Doar b și c sunt adevărate
3) Doar a și b sunt adevărate
4) Toate opțiunile sunt corecte

4. Ecranarea magnetică la frecvențe joase utilizează:
1) Cupru
2) Aluminiu
3) Permalloy.

5. Ecranarea magnetică la frecvențe înalte utilizează:
1) Fierul de călcat
2) Permalloy
3) Cupru

6. La frecvențe înalte (>100 kHz), eficiența ecranării magnetice nu depinde de:
1) Grosimea ecranului

2) Permeabilitatea magnetică a materialului
3) Distanțele dintre ecran și alte circuite magnetice.

Literatura folosita:

2. Semenenko, V. A. Securitatea informațiilor / V. A. Semenenko - Moscova, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Securitatea informațiilor / V. I. Yarochkin - Moscova, 2000.

4. Demirchan, K. S. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice Volumul III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Sunt utilizate două metode pentru a proteja câmpul magnetic:

metoda de manevra;

Metoda câmpului magnetic al ecranului.

Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre aceste metode.

Metoda de manevrare a câmpului magnetic cu un ecran.

Metoda de manevrare a câmpului magnetic cu un ecran este utilizată pentru a proteja împotriva unui câmp magnetic alternant constant și care se schimbă lent. Ecranele sunt realizate din materiale feromagnetice cu permeabilitate magnetică relativă ridicată (oțel, permalloy). În prezența unui ecran, liniile de inducție magnetică trec în principal de-a lungul pereților acestuia (Figura 8.15), care au rezistență magnetică scăzută în comparație cu spațiul de aer din interiorul ecranului. Calitatea ecranării depinde de permeabilitatea magnetică a scutului și de rezistența circuitului magnetic, adică. cu cât ecranul este mai gros și cu atât mai puține cusături, îmbinările care trec pe direcția liniilor de inducție magnetică, eficiența ecranării va fi mai mare.

Metoda de deplasare a ecranului.

Metoda deplasării ecranului este utilizată pentru ecranarea câmpurilor magnetice variabile de înaltă frecvență. În acest caz, se folosesc ecrane din metale nemagnetice. Ecranarea se bazează pe fenomenul de inducție. Aici este util fenomenul de inducție.

Să punem un cilindru de cupru pe calea unui câmp magnetic alternant uniform (Figura 8.16, a). În el va fi excitat ED variabil, care, la rândul său, va crea curenți turbionari de inducție variabili (curenți Foucault). Câmpul magnetic al acestor curenți (Figura 8.16, b) va fi închis; în interiorul cilindrului, acesta va fi îndreptat spre câmpul excitant, iar în exteriorul acestuia, în aceeași direcție cu câmpul excitant. Câmpul rezultat (Figura 8.16, c) este slăbit în apropierea cilindrului și întărit în afara acestuia, adică. are loc o deplasare a câmpului din spațiul ocupat de cilindru, care este efectul său de ecranare, care va fi cu atât mai eficient, cu cât rezistența electrică a cilindrului este mai mică, adică. cu atât mai mulți curenți turbionari curg prin ea.

Datorită efectului de suprafață („efectul pielii”), densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ, pe măsură ce pătrund mai adânc în metal, cad conform unei legi exponențiale.

, (8.5)

Unde (8.6)

- un indicator al scăderii câmpului și curentului, care se numește adâncime de penetrare echivalentă.

Aici, este permeabilitatea magnetică relativă a materialului;

– permeabilitate magnetică în vid egală cu 1,25*10 8 gn*cm -1 ;

– rezistivitatea materialului, Ohm*cm;

- frecventa Hz.

Este convenabil să se caracterizeze efectul de ecranare al curenților turbionari prin valoarea adâncimii echivalente de penetrare. Cu cât x 0 este mai mic, cu atât este mai mare câmpul magnetic pe care îl creează, ceea ce deplasează câmpul extern al sursei de captare din spațiul ocupat de ecran.

Pentru un material nemagnetic din formula (8.6) =1, efectul de ecranare este determinat doar de și . Și dacă ecranul este din material feromagnetic?

Dacă este egal, efectul va fi mai bun, deoarece >1 (50..100) și x 0 vor fi mai mici.

Deci, x 0 este un criteriu pentru efectul de ecranare al curenților turbionari. Este interesant să se estimeze de câte ori densitatea curentului și puterea câmpului magnetic devin mai mici la o adâncime x 0 în comparație cu cea de la suprafață. Pentru a face acest lucru, înlocuim x \u003d x 0 în formula (8.5), apoi

de unde se poate observa că la adâncimea x 0 densitatea curentului și intensitatea câmpului magnetic scad cu un factor de e, adică. până la o valoare de 1/2,72, care este 0,37 din densitatea și tensiunea de la suprafață. Din moment ce slăbirea câmpului este doar de 2,72 ori la adâncime x 0 insuficient pentru a caracteriza materialul de ecranare, apoi se folosesc încă două valori ale adâncimii de penetrare x 0,1 și x 0,01, care caracterizează scăderea densității de curent și a tensiunii de câmp de 10 și 100 de ori față de valorile lor la suprafață.

Exprimăm valorile x 0.1 și x 0.01 prin valoarea x 0, pentru aceasta, pe baza expresiei (8.5), compunem ecuația

Și ,

hotărând pe care vom primi

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3x 0; (8,7)

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

Pe baza formulelor (8.6) și (8.7) pentru diferite materiale de ecranare, valorile adâncimii de penetrare sunt date în literatură. Din motive de claritate, prezentăm aceleași date sub forma tabelului 8.1.

Tabelul arata ca pentru toate frecventele inalte, incepand de la gama undelor medii, un ecran din orice metal cu grosimea de 0,5..1,5 mm actioneaza foarte eficient. Atunci când alegeți grosimea și materialul ecranului, nu trebuie să plecați de la proprietățile electrice ale materialului, ci să vă ghidați de considerații de rezistență mecanică, rigiditate, rezistență la coroziune, ușurință de îmbinare a pieselor individuale și implementarea unor contacte de tranziție între acestea cu rezistență scăzută, ușurință de lipire, sudare etc.

Din datele din tabel rezultă că pentru frecvențe mai mari de 10 MHz, o peliculă de cupru și cu atât mai mult de argint cu o grosime mai mică de 0,1 mm oferă un efect de ecranare semnificativ. Prin urmare, la frecvențe de peste 10 MHz, este destul de acceptabil să se utilizeze ecrane din folie getinaks sau alt material izolant acoperit cu cupru sau argint.

Oțelul poate fi folosit ca ecrane, dar trebuie să rețineți că, datorită rezistivității ridicate și a fenomenului de histerezis, un ecran de oțel poate introduce pierderi semnificative în circuitele de ecranare.

Principii de ecranare a câmpului magnetic

Sunt utilizate două metode pentru a proteja câmpul magnetic:

metoda de manevra;

Metoda câmpului magnetic al ecranului.

Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre aceste metode.

Metoda de manevrare a câmpului magnetic cu un ecran.

Metoda de deplasare a ecranului.

, (8.5)

Unde (8.6)

- un indicator al scăderii câmpului și curentului, care se numește adâncime de penetrare echivalentă.

Aici, este permeabilitatea magnetică relativă a materialului;

– permeabilitate magnetică în vid egală cu 1,25*10 8 gn*cm -1 ;

– rezistivitatea materialului, Ohm*cm;

- frecventa Hz.

Pentru un material nemagnetic din formula (8.6) =1, efectul de ecranare este determinat doar de și . Și dacă ecranul este din material feromagnetic?

Dacă este egal, efectul va fi mai bun, deoarece >1 (50..100) și x 0 vor fi mai mici.

Exprimăm valorile x 0.1 și x 0.01 prin valoarea x 0, pentru aceasta, pe baza expresiei (8.5), compunem ecuația

Și ,

hotărând pe care vom primi

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3x 0; (8,7)

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

Filtrare

Filtrarea este principalul mijloc de atenuare a interferențelor constructive create în circuitele de alimentare și comutație de curent continuu și alternativ al ES. Concepute în acest scop, filtrele de suprimare a zgomotului vă permit să reduceți interferențele conduse, atât din surse externe, cât și din surse interne. Eficiența de filtrare este determinată de pierderea de inserare a filtrului:

db,

Filtrul are următoarele cerințe de bază:

Asigurarea unui randament dat S în domeniul de frecvență necesar (ținând cont de rezistența internă și sarcina circuitului electric);

Limitarea căderii admisibile de tensiune continuă sau alternativă pe filtru la curentul maxim de sarcină;

Asigurarea distorsiunii neliniare admisibile a tensiunii de alimentare, care determină cerințele pentru liniaritatea filtrului;

Cerințe de proiectare - eficiență de ecranare, dimensiuni de gabarit și greutate minime, asigurarea unui regim termic normal, rezistență la influențe mecanice și climatice, fabricabilitatea proiectării etc.;

Elementele de filtrare trebuie selectate luând în considerare curenții și tensiunile nominale ale circuitului electric, precum și supratensiunile și supratensiunile de curent cauzate în acestea, cauzate de instabilitatea regimului electric și tranzitorii.

Condensatoare. Sunt utilizate ca elemente independente de suprimare a zgomotului și ca unități de filtrare paralele. Din punct de vedere structural, condensatorii de suprimare a zgomotului sunt împărțiți în:

Tip bipolar K50-6, K52-1B, IT, K53-1A;

Suport tip KO, KO-E, KDO;

Trecut tip non-coaxial K73-21;

Tip coaxial cu orificiu traversant KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Blocuri de condensatoare;

Principala caracteristică a unui condensator de suprimare a interferențelor este dependența impedanței sale de frecvență. Pentru a atenua interferența în intervalul de frecvență de până la aproximativ 10 MHz, pot fi utilizați condensatori cu doi poli, având în vedere lungimea mică a cablurilor lor. Condensatorii de suprimare a zgomotului de referință sunt utilizați până la frecvențe de 30-50 MHz. Condensatorii cu trecere simetrică sunt utilizați într-un circuit cu două fire până la frecvențe de ordinul a 100 MHz. Condensatoarele de trecere funcționează pe o gamă largă de frecvențe de până la aproximativ 1000 MHz.

Elemente inductive. Ele sunt utilizate ca elemente independente de suprimare a zgomotului și ca legături seriale ale filtrelor de suprimare a zgomotului. Din punct de vedere structural, cele mai comune tipuri de sufocare sunt:

Înfăşurat pe un miez feromagnetic;

Desfăşurat.

Principala caracteristică a unui șoc de suprimare a interferențelor este dependența impedanței sale de frecvență. La frecvențe joase, se recomandă utilizarea miezurilor magnetodielectrice de clase PP90 și PP250, realizate pe bază de m-permalloy. Pentru a suprima interferențele în circuitele echipamentelor cu curenți de până la 3A, se recomandă utilizarea inductoarelor de tip HF de tip DM, pentru curenți nominali mari - inductoare din seria D200.

Filtre. Filtrele ceramice de trecere B7, B14, B23 sunt proiectate pentru a suprima interferențele în circuitele DC, pulsatorii și AC în intervalul de frecvență de la 10 MHz la 10 GHz. Proiectele unor astfel de filtre sunt prezentate în Figura 8.17

Atenuarea introdusă de filtrele B7, B14, B23 în domeniul de frecvență 10..100 MHz crește aproximativ de la 20..30 la 50..60 dB iar în domeniul de frecvență peste 100 MHz depășește 50 dB.

Filtrele ceramice în linie de tip B23B sunt construite pe baza de condensatoare ceramice disc și șocuri feromagnetice fără rotire (Figura 8.18).

Choke-urile fără turnare sunt un miez tubular feromagnetic fabricat din ferită de gradul 50 VCh-2, îmbrăcat pe un plumb traversant. Inductanța de șoc este de 0,08…0,13 µH. Carcasa filtrului este realizată din material ceramic UV-61, care are rezistență mecanică ridicată. Carcasa este metalizată cu un strat de argint pentru a oferi o rezistență scăzută la tranziție între căptușeala exterioară a condensatorului și bucșa filetată de împământare, cu care este fixat filtrul. Condensatorul este lipit de carcasa filtrului de-a lungul perimetrului exterior și de terminalul de trecere de-a lungul perimetrului interior. Etanșarea filtrului este asigurată prin umplerea capetelor carcasei cu un compus.

Pentru filtrele B23B:

capacități nominale ale filtrului - de la 0,01 la 6,8 μF,

tensiune nominală 50 și 250V,

curent nominal de până la 20A,

Dimensiuni filtru:

L=25mm, D=12mm

Atenuarea introdusă de filtrele B23B în domeniul de frecvență de la 10 kHz la 10 MHz crește aproximativ de la 30..50 la 60..70 dB iar în domeniul de frecvență peste 10 MHz depășește 70 dB.

Pentru ES la bord, este promițător să se utilizeze fire speciale de suprimare a zgomotului cu umpluturi de fer cu permeabilitate magnetică ridicată și pierderi specifice mari. Deci, pentru firele PPE, atenuarea inserției în domeniul de frecvență de 1 ... 1000 MHz crește de la 6 la 128 dB / m.

Un design binecunoscut de conectori multi-pini, în care un filtru de zgomot în formă de U este instalat pe fiecare contact.

Dimensiunile totale ale filtrului încorporat:

lungime 9,5 mm,

diametru 3,2 mm.

Atenuarea introdusa de filtru intr-un circuit de 50 ohmi este de 20 dB la 10 MHz si pana la 80 dB la 100 MHz.

Filtrarea circuitelor de alimentare cu energie RES digitale.

Zgomotul de impuls în magistralele de alimentare care apare în timpul comutării circuitelor integrate digitale (DIC), precum și pătrunderea în exterior, poate duce la defecțiuni în funcționarea dispozitivelor digitale de procesare a informațiilor.

Pentru a reduce nivelul de zgomot în magistralele de alimentare, sunt utilizate metode de proiectare a circuitelor:

Reducerea inductanței magistralelor de „putere”, ținând cont de conexiunea magnetică reciprocă a conductorilor înainte și invers;

Reducerea lungimilor secțiunilor magistralelor „putere”, care sunt comune pentru curenți pentru diferite ISC-uri;

Încetinirea fronturilor curenților pulsați în magistralele „putere” cu ajutorul condensatoarelor de suprimare a zgomotului;

Topologia rațională a circuitelor de putere pe o placă de circuit imprimat.

O creștere a dimensiunii secțiunii transversale a conductorilor duce la o scădere a inductanței intrinseci a anvelopelor și, de asemenea, reduce rezistența lor activă. Acesta din urmă este deosebit de important în cazul magistralei de masă, care este conductorul de retur pentru circuitele de semnal. Prin urmare, în plăcile de circuite imprimate multistrat, este de dorit să se realizeze magistrale „de putere” sub formă de planuri conductoare situate în straturi adiacente (Figura 8.19).

Autobuzele de putere articulate utilizate în ansamblurile de circuite imprimate pe circuitele integrate digitale au dimensiuni transversale mari în comparație cu magistralele realizate sub formă de conductori imprimați și, în consecință, inductanță și rezistență mai scăzute. Avantajele suplimentare ale șinelor de alimentare montate sunt:

Trasarea simplificată a circuitelor de semnal;

Creșterea rigidității PCB prin crearea de nervuri suplimentare care acționează ca limitatoare care protejează circuitele integrate cu ERE montat de deteriorarea mecanică în timpul instalării și configurării produsului (Figura 8.20).

Fabricabilitatea ridicată se remarcă prin anvelopele „puternice” realizate prin imprimare și montate vertical pe PCB (Figura 6.12c).

Există modele cunoscute de anvelope montate instalate sub carcasa IC, care sunt situate pe placă în rânduri (Figura 8.22).

Proiectele luate în considerare ale magistralelor „putere” asigură, de asemenea, o capacitate liniară mare, ceea ce duce la o scădere a rezistenței undei a liniei „putere” și, în consecință, la o scădere a nivelului de zgomot de impuls.

Cablarea de alimentare a circuitului integrat de pe PCB nu trebuie efectuată în serie (Figura 8.23a), ci în paralel (Figura 8.23b)

Este necesar să se utilizeze cabluri de alimentare sub formă de circuite închise (Fig. 8.23c). Un astfel de design se apropie în parametrii săi electrici de avioane de putere continue. Pentru a proteja împotriva influenței unui câmp magnetic extern care poartă interferențe, trebuie prevăzută o buclă închisă externă de-a lungul perimetrului panoului de control.

împământare

Sistemul de împământare este un circuit electric care are proprietatea de a menține un potențial minim, care este nivelul de referință într-un anumit produs. Sistemul de împământare din ES trebuie să furnizeze semnale și circuite de retur a puterii, să protejeze oamenii și echipamentele de defecțiuni ale circuitelor de alimentare cu energie și să elimine sarcinile statice.

Principalele cerințe pentru sistemele de împământare sunt:

1) minimizarea impedanței totale a magistralei de masă;

2) absența buclelor de pământ închise care sunt sensibile la câmpurile magnetice.

ES necesită cel puțin trei circuite de masă separate:

Pentru circuite de semnal cu niveluri scăzute de curenți și tensiuni;

Pentru circuite de alimentare cu un nivel ridicat de consum de energie (surse de alimentare, trepte de ieșire ES etc.)

Pentru circuitele caroseriei (șasiu, panouri, ecrane și placare).

Circuitele electrice din ES sunt împământate în următoarele moduri: într-un punct și în mai multe puncte cele mai apropiate de punctul de referință la pământ (Figura 8.24)

În consecință, sistemele de împământare pot fi numite un singur punct și multipunct.

Cel mai înalt nivel de interferență are loc într-un sistem de împământare cu un singur punct cu o magistrală de masă comună conectată în serie (Figura 8.24 a).

Cu cât este mai departe punctul de bază, cu atât potenţialul său este mai mare. Nu ar trebui să fie utilizat pentru circuite cu variații mari de consum de energie, deoarece DV-urile de mare putere creează curenți mari de masă de retur care pot afecta DV-urile cu semnal mic. Dacă este necesar, cel mai critic FU ar trebui să fie conectat cât mai aproape de punctul de referință la pământ.

Pentru circuitele de înaltă frecvență (f ≥ 10 MHz), trebuie utilizat un sistem de împământare în mai multe puncte (Figura 8.24 c), care conectează FU RES în punctele cele mai apropiate de punctul de referință la pământ.

Pentru circuitele sensibile, se folosește un circuit de masă plutitor (Figura 8.25). Un astfel de sistem de împământare necesită izolarea completă a circuitului de carcasă (rezistență mare și capacitate scăzută), în caz contrar, este ineficient. Circuitele pot fi alimentate de celule solare sau baterii, iar semnalele trebuie să intre și să iasă din circuit prin transformatoare sau optocuple.

Un exemplu de implementare a principiilor de împământare considerate pentru o unitate de bandă digitală cu nouă căi este prezentat în Figura 8.26.

Există următoarele magistrale de sol: trei semnal, o putere și o caroserie. FU-urile analogice cele mai susceptibile la interferențe (amplificatoare cu nouă senzori) sunt împământate folosind două șine de împământare separate. Nouă amplificatoare de scriere care funcționează la niveluri de semnal mai mari decât amplificatoarele de sens, precum și circuite integrate de control și circuite de interfață cu produse de date sunt conectate la a treia masă de semnal. Trei motoare de curent continuu și circuitele lor de comandă, relee și solenoizi sunt conectate la „masa” magistralei de alimentare. Cel mai susceptibil circuit de control al motorului arborelui de antrenare este conectat cel mai aproape de punctul de referință la pământ. Bara de împământare este utilizată pentru a conecta carcasa și carcasa. Semnalul, puterea și barele de masă sunt conectate împreună la un punct din sursa de alimentare secundară. Trebuie remarcat oportunitatea întocmirii diagramelor de cablare structurală în proiectarea RES.

Ecranarea câmpului magnetic.

metoda șunturilor. - Metoda ecranului cu câmp magnetic.

Metoda de manevră a câmpului magnetic Se aplică pentru protecția împotriva câmpului magnetic alternant constant și care se schimbă lent. Ecranele sunt realizate din materiale feromagnetice cu permeabilitate magnetică relativă ridicată (oțel, permalloy). În prezența unui ecran, liniile de inducție magnetică trec în principal de-a lungul pereților acestuia, care au rezistență magnetică scăzută în comparație cu spațiul de aer din interiorul ecranului. Cu cât ecranul este mai gros și cu cât mai puține cusături, îmbinări, cu atât ecranarea este mai eficientă. Metoda de deplasare a ecranului folosit pentru ecranarea câmpurilor magnetice alternative de înaltă frecvență. În acest caz, se folosesc ecrane din metale nemagnetice. Ecranarea se bazează pe fenomenul de inducție.

Dacă puneți un cilindru de cupru în calea unei alunițe magnetice la fel de variabile, în care sunt excitați curenți de inducție turbionari alternativi (curenți Foucault). Câmpul magnetic al acestor curenți va fi închis; în interiorul cilindrului, acesta va fi îndreptat spre câmpul excitant, iar în exteriorul acestuia, în aceeași direcție cu câmpul excitant. Câmpul rezultat este slăbit în apropierea cilindrului și întărit în afara acestuia, adică. are loc o deplasare a câmpului din spațiul ocupat de cilindru, care este efectul său de ecranare, care va fi cu atât mai eficient, cu cât rezistența electrică a cilindrului este mai mică, adică. cu atât mai mulți curenți turbionari curg prin ea.

Unde

μ este permeabilitatea magnetică relativă a materialului; μ˳ – permeabilitate magnetică în vid egală cu 1,25*108 h*cm-1; ρ este rezistivitatea materialului, Ohm*cm; ƒ – frecvență, Hz.

Pentru un material nemagnetic, μ = 1. Iar efectul de ecranare este determinat doar de ƒ și ρ.

Ecranarea este o metodă activă de protejare a informațiilor. Ecranarea câmpului magnetic (ecranarea magnetostatică) este utilizată atunci când este necesară suprimarea pickup-urilor la frecvențe joase de la 0 la 3..10 kHz. Eficiența ecranării magnetostatice crește odată cu utilizarea scuturilor multistrat.

Eficacitatea ecranării magnetice depinde de frecvența și proprietățile electrice ale materialului de ecranare. Cu cât frecvența este mai mică, cu atât ecranul acționează mai slab, cu atât trebuie făcut mai gros pentru a obține același efect de ecranare. Pentru frecvente inalte, incepand de la gama unde medii, un ecran din orice metal cu grosimea de 0,5 ... 1,5 mm este foarte eficient. Atunci când alegeți grosimea și materialul ecranului, trebuie să luați în considerare rezistența mecanică, rigiditatea, rezistența la coroziune, confortul îmbinării pieselor individuale și realizarea de contacte de tranziție cu rezistență scăzută între ele, comoditatea lipirii, sudării etc. Pentru frecvențe de peste 10 MHz, cupru și, în special, peliculă de argint mai mare de 0,1 mm oferă un efect de ecranare semnificativ. Prin urmare, la frecvențe de peste 10 MHz, este destul de acceptabil să se utilizeze ecrane din folie getinaks sau alt material izolant acoperit cu cupru sau argint. Pentru fabricarea ecranelor se folosesc: materiale metalice, materiale dielectrice, ochelari cu înveliș conductiv, țesături speciale metalizate, vopsele conductoare. Materialele metalice (otel, cupru, aluminiu, zinc, alama) folosite pentru ecranare sunt realizate sub forma de foi, plase si folii.

Toate aceste materiale îndeplinesc cerințele privind rezistența la coroziune atunci când sunt utilizate cu acoperiri de protecție adecvate. Cele mai avansate din punct de vedere tehnologic sunt modelele de ecrane din oțel, deoarece sudarea sau lipirea pot fi utilizate pe scară largă la fabricarea și instalarea lor. Foile metalice trebuie să fie conectate electric între ele în jurul întregului perimetru. Cusătura de sudare sau lipire electrică trebuie să fie continuă pentru a obține o construcție de scut complet sudată. Grosimea oțelului este selectată în funcție de scopul proiectării ecranului și de condițiile de asamblare a acestuia, precum și de posibilitatea de a asigura suduri continue în timpul producției. Ecranele din oțel asigură atenuarea radiației electromagnetice cu mai mult de 100 dB. Ecranele din plasă sunt mai ușor de fabricat, ușor de asamblat și de operat. Pentru a proteja împotriva coroziunii, este indicat să acoperiți plasa cu un lac anticoroziv. Dezavantajele ecranelor din plasă includ rezistența mecanică scăzută și eficiența de ecranare mai scăzută în comparație cu cele din tablă. Pentru ecranele din plasă, este potrivit orice tip de cusătură care asigură un contact electric bun între panourile de plasă adiacente cel puțin la fiecare 10-15 mm. Lipirea sau sudarea în puncte pot fi folosite în acest scop. Un ecran din plasă de oțel cu conținut scăzut de carbon cositorit cu o celulă de 2,5-3 mm dă o atenuare de aproximativ 55-60 dB, iar de la același dublu (cu o distanță între ochiurile exterioare și interioare de 100 mm) aproximativ 90 dB . Ecranul, realizat dintr-o singură plasă de cupru cu o celulă de 2,5 mm, are o atenuare de ordinul 65-70 dB

Portal pentru student. Autoinstruire

Principii de ecranare a câmpului magnetic

ARTICOLE SIMILARE