Экранирование

Экранирование
При протекании электрического тока в проводнике излучается электромагнитная энергия, которая зависит от амплитуды и частоты протекающего тока. В любом проводнике, помещенном в поле излучения, будет наводиться некоторая энергия, а следовательно, может возникать паразитная связь между различными частями схемы. В некоторых случаях этот эффект можно уменьшить, путем такого расположения элементов электронной схемы, при котором в проводнике индуцируются равпые, но противоположные по знаку напряжения. Приведенная ранее рекомендация о скручивании двух проводников, по которым протекает переменный ток, базируется как раз на этом принципе. Такой метод эффективен на частотах до 5 кГц, и его эффективность зависит от равномерности и плотности скручивания проводов. Достаточно хорошие результаты дает удаление элементов схемы от источников излучения, так как с увеличением расстояния поток излучаемой энергии уменьшается. В тех случаях, когда перечисленные методы оказываются неэффективными, необходимо попытаться задержать излучаемое поле с помощью проводящего экрана. Здесь излагаются некоторые правила экранирования.

Выбор материала экрана. Эффективность проводящего экрана по уменьшению энергии электромагнитной волны является результатом двух явлений. Во-первых, поглощения энергии при прохождении волны через проводящую среду и, во-вторых, отражения энергии на границе раздела двух сред. Оба эти явления зависят от частоты, а также от материала экрана. Целью экранирования является максимальное ослабление излучаемого электромагнитного поля, а выбор материала экрана зависит от того, является ли это поле в большей степени электрическим или магнитным.

В общем случае магнитные материалы обеспечивают большее поглощение излучаемой электромагнитной энергии, а хорошие проводники, такие как медь или алюминий, обладают высокой отражающей способностью. Последние более эффективно экранируют электрические поля, но их эффективность снижается с увеличением частоты. Тем не менее алюминий широко применяется для экранирования контуров промежуточной частоты в диапазоне от 30 до 300 МГц. Эффективность экранирования алюминием переменного магнитного поля снижается с уменьшением частоты. Поэтому в диапазоне низких (звуковых) частот для хорошего экранирования магнитных полей необходимо применять сплавы с большей магнитной проницаемостью, такие как мю-металл или пермаллой.

Экранирование кабелей. Экранирование кабелей оказывает влияние главным образом на сопротивление источника излучения ,и наводимое полем напряжение в кабеле.

Излучатели с высоким сопротивлением. Излучателями с высоким сопротивлением являются проводники, имеющие большое последовательное сопротивление (более 1 кОм), в которых могут наводиться высокочастотные напряжения относительно земли при протекании очень малых токов. Излучаемое поле носит в основном электрический характер и может наводить большие высокочастотные напряжения в соседних цепях, имеющих большое сопротивление, и малые токи в цепях с малым сопротивлением. Под цепями с большим сопротивлением здесь подразумеваются цепи, имеющие большое сопротивление со стороны зажимов. Провод, присоединенный к затвору полевого транзистора, следовательно, можно рассматривать как цепь, имеющую большое сопротивление, которая чувствительна к такому излучению. Экранирование провода с помощью медной оплетки эффективно защищает цепь от такого излучепия при условии, что экран по всей его длине имеет потенциал земли. Если провод короткий, то вполне достаточно заземлить экран с одного конца, а если провод длинный, то заземлять следует в нескольких точках.

Излучатели с малым сопротивлением. Излучателями с малым сопротивлением являются металлические проводники в виде замкнутого контура, в которых могут протекать большие токи, но развиваемые на них напряжения невысокие. Излучаемые такими • источниками поля являются в основном магнитными. Они могут наводить большие токи в цепях с малым сопротивлением и небольшие напряжения в высокоомных цепях. Обычная медная оплетка на частотах ниже 5 кГц плохо экранирует магнитное поле, но с возрастанием частоты ее эффективность улучшается.

Заземление и земляные контуры. Когда часть электронного устройства заземляется в нескольких точках, между этими точками в земляной шине или плате могут протекать токи. Если эти токи являются высокочастотными, то могут образоваться земляные контуры, действующие как излучатели с малым сопротивлением. Излучаемое поле носит в основном магнитный характер. Это поле наводит токи в цепях с малым сопротивлением, близко расположенных к земляной шине, удалить которые от земляной шины на практике не удается, По этой причине в высокочастотных устройствах иногда лучше выполнять присоединение к земле только в одной точке.

Осторожность заземления в нескольких точках необходима не только на высоких частотах. Это важно также, например, для усилителей постоянного тока, где часто требуется большое усиление при малом уровне шумов. Для удовлетворения требований малых шумов обычно используется три различных заземления: сигнала, шасси и источника питания. Первое обеспечивает исходный уровень входного напряжения и поэтому не должно содержать шумовых напряжений. В тех случаях, когда необходимо линию подачи сигнала соединить с землей, например, через последовательную ЯС-цепочку для стабилизации, то такое соединение следует осуществлять именно к «сигнальной» земле. На шасси усилителя всегда должен поддерживаться потенциал земли. Это необходимо, во-первых, для безопасности при работе с усилителем и, во-вторых, чтобы экранирующие колпачки, присоединенные к шасси, эффективно работали в качестве экрана. Таким образом, для заземления шасси следует применять отдельный провод, в котором не должно быть шумовых сигналов. Так как большая часть помех поступает от источников питания в виде пульсаций или фона основной частоты, заземление цепи питания должно выполняться отдельным проводом. Все три указанных заземления не следует объединять вместе непосредственно в схеме усилителя, но с помощью отдельных проводов их следует присоединить к земляной точке блока питания. При таком способе соединения шумовые токи не протекают в проводах заземления сигнала и шасси. В противном случае это могло бы привести к возрастанию шумовых напряжений на выходе усилителя.

Подразделы:

Про конденсаторы