Magnetinio lauko ekranavimas gali būti atliekamas dviem būdais:

Ekranavimas naudojant feromagnetines medžiagas.

Ekranavimas naudojant sūkurines sroves.

Pirmasis metodas dažniausiai naudojamas ekranuojant pastovius MF ir žemo dažnio laukus. Antrasis metodas užtikrina didelį efektyvumą ekranuojant aukšto dažnio MP. Dėl paviršiaus efekto sūkurinės srovės tankis ir kintamoji įtampa magnetinis laukas Kai gilinatės į metalą, jis mažėja pagal eksponentinį dėsnį:

Lauko ir srovės sumažinimo matas, vadinamas lygiaverčiu įsiskverbimo gyliu.

Kuo mažesnis įsiskverbimo gylis, tuo didesnė srovė teka paviršiniuose ekrano sluoksniuose, tuo didesnis jo sukuriamas atvirkštinis MF, kuris išstumia išorinį trukdžių šaltinio lauką iš ekrano užimamos erdvės. Jeigu ekranas pagamintas iš nemagnetinės medžiagos, tai ekranavimo efektas priklausys tik nuo medžiagos laidumo ir ekranavimo lauko dažnio. Jei ekranas pagamintas iš feromagnetinės medžiagos, tada, esant kitoms sąlygoms, išorinis laukas jame sukels didelę e. d.s. dėl didesnės magnetinio lauko linijų koncentracijos. Esant tokiam pačiam specifiniam medžiagos laidumui, padidės sūkurinės srovės, o tai lems mažesnį įsiskverbimo gylį ir geresnį ekranavimo efektą.

Renkantis ekrano storį ir medžiagą, nereikėtų vadovautis medžiagos elektrinėmis savybėmis, o vadovautis mechaniniu stiprumu, svoriu, standumu, atsparumu korozijai, atskirų dalių sujungimo paprastumu ir pereinamųjų kontaktų tarp jų sudarymu. mažas atsparumas, patogus litavimas, suvirinimas ir kt.

Iš lentelės duomenų aišku, kad esant dažniams, viršijantiems 10 MHz, vario ir ypač sidabro plėvelės, kurių storis apie 0,1 mm, suteikia reikšmingą ekranavimo efektą. Todėl, kai dažniai viršija 10 MHz, gana priimtina naudoti ekranus, pagamintus iš folijos getinakso arba stiklo pluošto. Esant aukštiems dažniams, plienas suteikia didesnį ekranavimo efektą nei nemagnetiniai metalai. Tačiau verta manyti, kad tokie ekranai gali sukelti didelių nuostolių į ekranuotas grandines dėl didelių varža ir histerezės reiškiniai. Todėl tokie ekranai taikomi tik tais atvejais, kai galima nepaisyti įterpimo nuostolių. Be to, siekiant didesnio ekranavimo efektyvumo, ekranas turi turėti mažesnę magnetinę varžą nei oras, tada magnetinio lauko linijos linkusios praeiti išilgai ekrano sienelių ir mažiau prasiskverbti į erdvę už ekrano. Toks ekranas vienodai tinka ir apsaugai nuo magnetinio lauko įtakos, ir išorinės erdvės apsaugai nuo ekrano viduje esančio šaltinio sukuriamo magnetinio lauko įtakos.

Yra daug plieno ir permalijo rūšių, turinčių skirtingas magnetinio pralaidumo vertes, todėl kiekvienai medžiagai reikia apskaičiuoti įsiskverbimo gylį. Skaičiavimas atliekamas naudojant apytikslę lygtį:

1) Apsauga nuo išorinio magnetinio lauko

Išorinio magnetinio lauko magnetinio lauko linijos (magnetinio trikdžių lauko indukcijos linijos) daugiausia praeis per ekrano sienelių storį, kurio magnetinis atsparumas yra mažas, palyginti su ekrano viduje esančios erdvės varža. Dėl to išorinis magnetinis laukas neturės įtakos elektros grandinės veikimo režimui.

2) Savo magnetinio lauko ekranavimas

Toks ekranavimas naudojamas, jei užduotis yra apsaugoti išorines elektros grandines nuo ritės srovės sukuriamo magnetinio lauko poveikio. Induktyvumas L, t.y. kai reikia praktiškai lokalizuoti induktyvumo L sukuriamus trukdžius, tai ši problema išsprendžiama naudojant magnetinį ekraną, kaip schematiškai parodyta paveikslėlyje. Čia beveik visos induktoriaus ritės lauko linijos bus uždarytos per ekrano sienelių storį, neperžengiant jų dėl to, kad ekrano magnetinė varža yra daug mažesnė nei supančios erdvės varža.

3) Dvigubas ekranas

Dvigubame magnetiniame ekrane galima įsivaizduoti, kad dalis magnetinių jėgos linijų, kurios tęsiasi už vieno ekrano sienelių storio, bus uždarytos per antrojo ekrano sienelių storį. Lygiai taip pat galima įsivaizduoti dvigubo magnetinio ekrano veikimą lokalizuojant magnetinius trukdžius, kuriuos sukelia elektros grandinės elementas, esantis pirmojo (vidinio) ekrano viduje: didžioji dalis magnetinio lauko linijų (magnetinės sklaidos linijos) užsidarys. per išorinio ekrano sienas. Žinoma, dvigubuose ekranuose sienelių storiai ir atstumas tarp jų turi būti parinkti racionaliai.

Bendras ekranavimo koeficientas pasiekia didžiausią dydį tais atvejais, kai sienų storis ir tarpas tarp ekranų didėja proporcingai atstumui nuo ekrano centro, o tarpo reikšmė yra geometrinis sienelių storių vidurkis. gretimuose ekranuose. Šiuo atveju ekranavimo koeficientas yra:

L = 20 lg (H/Ne)

Dvigubo ekrano gamyba pagal šią rekomendaciją yra praktiškai sudėtinga dėl technologinių priežasčių. Daug tikslingiau pasirinkti atstumą tarp apvalkalų, esančių šalia ekranų oro tarpo, didesnį nei pirmojo ekrano storis, maždaug lygų atstumui tarp pirmojo ekrano krūvos ir ekranuotos grandinės krašto. elementas (pavyzdžiui, induktoriaus ritė). Vieno ar kito magnetinio ekrano sienelių storio pasirinkimas negali būti vienareikšmis. Nustatomas racionalus sienelės storis. ekrano medžiaga, trukdžių dažnis ir nurodytas ekranavimo koeficientas. Naudinga atsižvelgti į šiuos dalykus.

1. Didėjant trukdžių dažniui (kintamojo magnetinio lauko trukdžių dažniui), medžiagų magnetinis pralaidumas mažėja ir dėl to mažėja šių medžiagų ekranavimo savybės, nes mažėjant magnetiniam laidumui, atsparumas magnetiniam srautui. pateikiamas ekranas, didėja. Paprastai magnetinio pralaidumo mažėjimas didėjant dažniui yra intensyviausias toms magnetinėms medžiagoms, kurių pradinis magnetinis pralaidumas yra didžiausias. Pavyzdžiui, lakštinis elektrotechninis plienas su mažu pradiniu magnetiniu pralaidumu mažai keičia jx reikšmę didėjant dažniui, o permalijus, kurio pradinės magnetinio pralaidumo vertės yra didelės, yra labai jautrūs magnetinio lauko dažnio padidėjimui. ; jo magnetinis laidumas staigiai krenta didėjant dažniui.

2. Magnetinėse medžiagose, kurias veikia aukšto dažnio magnetinio lauko trukdžiai, pastebimai pasireiškia paviršiaus efektas, t.y. magnetinio srauto poslinkis į ekrano sienelių paviršių, dėl kurio padidėja ekrano magnetinė varža. Tokiomis sąlygomis atrodo beveik nenaudinga padidinti ekrano sienelių storį, viršijantį tą, kurį tam tikru dažniu užima magnetinis srautas. Ši išvada neteisinga, nes padidėjus sienelės storiui mažėja ekrano magnetinė varža net ir esant paviršiaus efektui. Tokiu atveju kartu reikėtų atsižvelgti ir į magnetinio pralaidumo pokytį. Kadangi paviršiaus efekto reiškinys magnetinėse medžiagose dažniausiai pradeda veikti save labiau nei magnetinio pralaidumo mažėjimas žemo dažnio srityje, abiejų veiksnių įtaka ekrano sienelės storio pasirinkimui skirtinguose dažnių diapazonuose bus skirtinga. magnetiniai trukdžiai. Paprastai ekranavimo savybių sumažėjimas didėjant trukdžių dažniui yra ryškesnis ekranuose, pagamintuose iš medžiagų, turinčių didelį pradinį magnetinį pralaidumą. Minėtos magnetinių medžiagų savybės yra pagrindas rekomendacijoms dėl magnetinių ekranų medžiagų parinkimo ir sienelių storio. Šias rekomendacijas galima apibendrinti taip:

A) esant reikalui mažiems ekranavimo koeficientams užtikrinti (Ke 10) gali būti naudojami ekranai iš paprasto elektrinio (transformatorinio) plieno, kurių pradinis magnetinis laidumas yra mažas; tokie ekranai suteikia beveik pastovų ekranavimo koeficientą gana plačioje dažnių juostoje, iki kelių dešimčių kilohercų; tokių ekranų storis priklauso nuo trukdžių dažnio, o kuo mažesnis dažnis, tuo didesnio ekrano storio reikia; pavyzdžiui, esant 50–100 Hz magnetinių trukdžių lauko dažniui, ekrano sienelių storis turėtų būti maždaug 2 mm; jei reikalingas ekranavimo koeficiento padidinimas arba didesnis ekrano storis, tuomet patartina naudoti kelis mažesnio storio ekranavimo sluoksnius (dvigubus arba trigubus ekranus);

B) Jei reikia užtikrinti didelį ekranavimo koeficientą (Ke > 10) santykinai siauroje dažnių juostoje, patartina naudoti ekranus, pagamintus iš didelės pradinės laidumo magnetinių medžiagų (pavyzdžiui, permalloy), o nepatartina rinktis kiekvieno magnetinio ekrano apvalkalo storis didesnis nei 0,3-0,4 mm; tokių ekranų ekranavimo efektas pradeda pastebimai mažėti, kai dažnis viršija kelis šimtus ar tūkstančius hercų, priklausomai nuo pradinio šių medžiagų pralaidumo.

Viskas, kas pasakyta aukščiau apie magnetinius ekranus, galioja silpniems magnetiniams trukdžių laukams. Jei ekranas yra arti galingų trikdžių šaltinių ir jame atsiranda magnetiniai srautai su didele magnetine indukcija, tada, kaip žinoma, reikia atsižvelgti į magnetinio dinaminio pralaidumo pokytį priklausomai nuo indukcijos; Taip pat būtina atsižvelgti į ekrano storio nuostolius. Praktikoje tokių stiprių magnetinių trukdžių laukų šaltinių, kuriuose reikėtų atsižvelgti į jų poveikį ekranams, nėra, išskyrus kai kuriuos ypatingus atvejus, kurie nenumato radijo mėgėjų praktikos ir normalių veikimo sąlygų plačiai. naudotų radijo prietaisų.

Testas

1. Naudojant magnetinį ekraną, ekranas turi:
1) Turi mažesnę magnetinę varžą nei oras
2) turi magnetinę varžą, lygią oro
3) turi didesnę magnetinę varžą nei oras

2. Ekranuojant magnetinį lauką Ekrano įžeminimas:
1) neturi įtakos ekranavimo efektyvumui
2) Padidina magnetinio ekranavimo efektyvumą
3) Sumažina magnetinio ekranavimo efektyvumą

3. Žemais dažniais (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Ekrano storis, b) Medžiagos magnetinis pralaidumas, c) Atstumas tarp ekrano ir kitų magnetinių grandinių.
1) Tik a ir b yra teisingi
2) Tik b ir c yra teisingi
3) Tik a ir c yra teisingi
4) Visos parinktys teisingos

4. Magnetinis ekranavimas esant žemiems dažniams:
1) Varis
2) Aliuminis
3) Permalloy.

5. Magnetinis ekranavimas esant aukštam dažniui:
1) Geležis
2) Permalloy
3) Varis

6. Esant aukštiems dažniams (>100 kHz), magnetinio ekranavimo efektyvumas nepriklauso nuo:
1) Ekrano storis

2) Medžiagos magnetinis pralaidumas
3) Atstumai tarp ekrano ir kitų magnetinių grandinių.

Naudota literatūra:

2. Semenenko, V. A. Informacijos saugumas/ V. A. Semenenko - Maskva, 2008 m.

3. Jaročkinas, V. I. Informacijos saugumas / V. I. Jaročkinas - Maskva, 2000 m.

4. Demirchanas, K. S. Teorinis pagrindas elektrotechnika III tomas / K. S. Demirchan S.-P, 2003 m.

Magnetiniam laukui apsaugoti naudojami du būdai:

Apėjimo metodas;

Ekrano magnetinio lauko metodas.

Pažvelkime atidžiau į kiekvieną iš šių metodų.

Magnetinio lauko manevravimo su ekranu būdas.

Magnetinio lauko manevravimo su ekranu metodas naudojamas apsaugoti nuo pastovaus ir lėtai kintančio kintamo magnetinio lauko. Ekranai pagaminti iš feromagnetinių medžiagų, turinčių didelę santykinę magnetinę skvarbą (plienas, permalijus). Jei yra ekranas, magnetinės indukcijos linijos daugiausia eina išilgai jo sienelių (8.15 pav.), kurių magnetinė varža yra maža, palyginti su oro erdve ekrano viduje. Ekranavimo kokybė priklauso nuo ekrano magnetinio pralaidumo ir magnetinės grandinės varžos, t.y. Kuo storesnis ekranas ir kuo mažiau siūlių ir jungčių skersai magnetinės indukcijos linijų krypties, tuo didesnis ekranavimo efektyvumas.

Magnetinio lauko poslinkio ekranu metodas.

Kintamiems aukšto dažnio magnetiniams laukams ekranuoti naudojamas magnetinio lauko išstūmimo ekranu metodas. Šiuo atveju naudojami ekranai, pagaminti iš nemagnetinių metalų. Ekranavimas pagrįstas indukcijos reiškiniu. Čia naudingas indukcijos reiškinys.

Vienodo kintamo magnetinio lauko kelyje pastatykime varinį cilindrą (8.16a pav.). Jame bus sužadinami kintami ED, kurie savo ruožtu sukurs kintamąsias indukcines sūkurines sroves (Foucault sroves). Šių srovių magnetinis laukas (8.16b pav.) bus uždaras; cilindro viduje jis bus nukreiptas į jaudinantį lauką, o už jo - ta pačia kryptimi kaip ir jaudinantis laukas. Gautas laukas (8.16 pav., c) pasirodo susilpnėjęs prie cilindro ir sutvirtėjęs už jo ribų, t.y. laukas pasislenka iš cilindro užimamos erdvės, o tai yra jo ekranavimo efektas, kuris bus efektyvesnis, kuo mažesnis elektrinė varža cilindro, t.y. juo didesnės sūkurinės srovės teka juo.

Dėl paviršiaus efekto („odos efekto“) sūkurinių srovių tankis ir kintamo magnetinio lauko intensyvumas mažėja eksponentiškai, kai giliau patenkama į metalą.

, (8.5)

Kur (8.6)

– lauko ir srovės sumažėjimo indikatorius, kuris vadinamas lygiavertis įsiskverbimo gylis.

Čia yra santykinis medžiagos magnetinis pralaidumas;

– vakuumo magnetinis pralaidumas, lygus 1,25*10 8 g*cm -1;

– medžiagos savitoji varža, Ohm*cm;

- dažnis Hz.

Ekvivalentiško įsiskverbimo gylio reikšmė yra patogi sūkurinių srovių ekranavimo efektui apibūdinti. Kuo mažesnis x0, tuo didesnį magnetinį lauką jie sukuria, išstumiantį išorinį imtuvo šaltinio lauką iš ekrano užimamos erdvės.

Nemagnetinei medžiagai, kurios formulė (8.6) =1, ekranavimo efektą lemia tik ir . Ką daryti, jei ekranas pagamintas iš feromagnetinės medžiagos?

Jei jie lygūs, efektas bus geresnis, nes >1 (50..100) ir x 0 bus mažesni.

Taigi, x 0 yra sūkurinių srovių ekranavimo efekto kriterijus. Įdomu įvertinti, kiek kartų srovės tankis ir magnetinio lauko stiprumas sumažėja gylyje x 0, palyginti su tuo, kas yra paviršiuje. Norėdami tai padaryti, pakeičiame x = x 0 į formulę (8.5), tada

iš kurio matyti, kad x 0 gylyje srovės tankis ir magnetinio lauko stiprumas sumažėja e kartų, t.y. iki 1/2,72 vertės, kuri yra 0,37 paviršiaus tankio ir įtempimo. Kadangi laukas silpnėja tik 2,72 karto gylyje x 0 nepakanka ekranavimo medžiagai apibūdinti, tada naudokite dar dvi prasiskverbimo gylio x 0,1 ir x 0,01 reikšmes, kurios apibūdina srovės tankio ir lauko įtampos kritimą 10 ir 100 kartų nuo jų verčių paviršiuje.

Išreikškime reikšmes x 0,1 ir x 0,01 per reikšmę x 0, remdamiesi (8,5) išraiška, sukuriame lygtį

IR ,

nusprendę, kurią gausime

x 0,1 =x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8.7)

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

Remiantis (8.6) ir (8.7) formulėmis įvairioms ekranavimo medžiagoms, literatūroje pateikiamos prasiskverbimo gylių reikšmės. Aiškumo sumetimais tuos pačius duomenis pateikiame 8.1 lentelės forma.

Lentelėje matyti, kad visiems aukštiems dažniams, pradedant nuo vidutinių bangų diapazono, labai efektyvus yra iš bet kokio metalo pagamintas ekranas, kurio storis 0,5...1,5 mm. Renkantis ekrano storį ir medžiagą, nereikėtų vadovautis elektrinėmis medžiagos savybėmis, o vadovautis mechaninio stiprumo, standumo, atsparumo korozijai, atskirų dalių sujungimo ir mažo atsparumo pereinamųjų kontaktų lengvumo, litavimo, suvirinimo paprastumo ir kt.

Iš lentelės duomenų matyti, kad esant didesniems nei 10 MHz dažniams, vario ir tuo labiau sidabro plėvelė, kurios storis mažesnis nei 0,1 mm, suteikia reikšmingą ekranavimo efektą. Todėl esant dažniams, viršijantiems 10 MHz, visiškai priimtina naudoti ekranus, pagamintus iš folijos getinakso ar kitos izoliacinės medžiagos su vario arba sidabro danga.

Plienas gali būti naudojamas kaip ekranai, tačiau reikia atsiminti, kad dėl didelės varžos ir histerezės reiškinio plieninis ekranas gali sukelti didelių nuostolių ekranavimo grandinėse.

Magnetinio lauko ekranavimas.

Apėjimo metodas. -Ekrano magnetinio lauko metodas.

Magnetinio lauko manevravimo su ekranu būdas naudojamas apsaugai nuo nuolatinių ir lėtai kintančių kintamų magnetinių laukų. Ekranai pagaminti iš feromagnetinių medžiagų, turinčių didelę santykinę magnetinę skvarbą (plienas, permalijus). Jei yra ekranas, magnetinės indukcijos linijos daugiausia eina išilgai jo sienelių, kurių magnetinis atsparumas yra mažas, palyginti su oro erdve ekrano viduje. Kuo storesnis ekranas ir kuo mažiau siūlių bei sujungimų, tuo efektyvesnis ekranavimas. Magnetinio lauko poslinkio ekranu metodas naudojamas kintamiems aukšto dažnio magnetiniams laukams ekranuoti. Šiuo atveju naudojami ekranai, pagaminti iš nemagnetinių metalų. Ekranavimas pagrįstas indukcijos reiškiniu.

Jei pastatysite varinį cilindrą tolygiai kintančio magnetinio molio kelyje, kuriame bus sužadintos kintamos sūkurinės indukcijos srovės (Foucault srovės). Šių srovių magnetinis laukas bus uždaras; cilindro viduje jis bus nukreiptas į jaudinantį lauką, o už jo - ta pačia kryptimi kaip ir jaudinantis laukas. Susidaręs laukas pasirodo susilpnėjęs prie cilindro ir sustiprėjęs už jo ribų, t.y. laukas yra išstumtas iš cilindro užimamos erdvės, tai yra jo ekranavimo efektas, kuris bus efektyvesnis, tuo mažesnė cilindro elektrinė varža, t.y. juo didesnės sūkurinės srovės teka juo.

Dėl paviršiaus efekto („odos efekto“) sūkurinių srovių tankis ir kintamo magnetinio lauko intensyvumas mažėja eksponentiškai, kai giliau patenkama į metalą.

Kur

μ – santykinis medžiagos magnetinis laidumas; μ˳ – vakuumo magnetinė skvarba, lygi 1,25*108 g*cm-1; ρ – medžiagos savitoji varža, Ohm*cm; ƒ – dažnis, Hz.

Nemagnetinei medžiagai μ = 1. O ekranavimo efektą lemia tik ƒ ir ρ.

Ekranavimas yra aktyvus informacijos apsaugos būdas. Magnetinio lauko ekranavimas (magnetostatinis ekranavimas) naudojamas, kai reikia slopinti trukdžius esant žemiems dažniams nuo 0 iki 3..10 kHz. Magnetostatinio ekranavimo efektyvumas padidėja, kai naudojami daugiasluoksniai ekranai.

Magnetinio ekranavimo efektyvumas priklauso nuo ekrano medžiagos dažnio ir elektrinių savybių. Kuo mažesnis dažnis, tuo silpnesnis ekranas, tuo jis turi būti storesnis, kad būtų pasiektas toks pat ekranavimo efektas. Aukštiems dažniams, pradedant nuo vidutinių bangų diapazono, labai efektyvus yra ekranas, pagamintas iš bet kokio metalo, kurio storis 0,5 ... 1,5 mm. Renkantis ekrano storį ir medžiagą, reikia atsižvelgti į mechaninį stiprumą, standumą, atsparumą korozijai, lengvą atskirų dalių sujungimą ir mažo atsparumo pereinamuosius kontaktus tarp jų, lengvą litavimą, suvirinimą ir tt Aukštesniems dažniams 10 MHz, vario ir, juo labiau, stora sidabrinė plėvelė, didesnė nei 0,1 mm, suteikia reikšmingą ekranavimo efektą. Todėl esant dažniams, viršijantiems 10 MHz, visiškai priimtina naudoti ekranus, pagamintus iš folijos getinakso ar kitos izoliacinės medžiagos su vario arba sidabro danga. Ekranų gamybai naudojamos: metalinės medžiagos, dielektrinės medžiagos, stiklas su laidžia danga, specialūs metalizuoti audiniai, laidūs dažai. Ekranavimui naudojamos metalinės medžiagos (plienas, varis, aliuminis, cinkas, žalvaris) gaminamos lakštų, tinklelio ir folijos pavidalu.

Visos šios medžiagos atitinka atsparumo korozijai reikalavimą, kai naudojamos su atitinkamomis apsauginėmis dangomis. Technologiškai pažangiausi ekranai gaminami iš plieno, nes juos gaminant ir montuojant gali būti plačiai naudojamas suvirinimas ar litavimas. Metalo lakštai turi būti elektra sujungti vienas su kitu per visą perimetrą. Elektrinio suvirinimo arba litavimo siūlė turi būti ištisinė, kad būtų gauta visa suvirinta ekrano struktūra. Plieno storis parenkamas atsižvelgiant į ekrano konstrukcijos paskirtį ir jo surinkimo sąlygas, taip pat į galimybę gamybos metu užtikrinti ištisines suvirinimo siūles. Plieniniai ekranai suteikia elektromagnetinės spinduliuotės slopinimą daugiau nei 100 dB. Tinklinius ekranus lengviau gaminti, patogu montuoti ir eksploatuoti. Norint apsisaugoti nuo korozijos, tinklelį patartina padengti antikoroziniu laku. Tinklinių tinklelių trūkumai yra mažas mechaninis stiprumas ir mažesnis siejimo efektyvumas, palyginti su lakštiniais. Tinkliniams ekranams tinka bet kokia siūlių konstrukcija, užtikrinanti gerą elektrinį kontaktą tarp gretimų tinklinių plokščių bent kas 10-15 mm. Šiuo tikslu galima naudoti litavimą arba taškinį suvirinimą. Ekranas, pagamintas iš alavuoto mažo anglies plieno tinklelio, kurio tinklelio dydis yra 2,5–3 mm, slopina apie 55–60 dB, o iš to paties dvigubo (kai atstumas tarp išorinio ir vidinio tinklelio 100 mm) apie 90 dB. Ekrano, pagaminto iš vieno vario tinklelio su 2,5 mm elementu, slopinimas yra apie 65-70 dB

Magnetinio lauko ekranavimo principai

Magnetiniam laukui apsaugoti naudojami du būdai:

Apėjimo metodas;

Ekrano magnetinio lauko metodas.

Pažvelkime atidžiau į kiekvieną iš šių metodų.

Magnetinio lauko manevravimo su ekranu būdas.

Magnetinio lauko poslinkio ekranu metodas.

Vienodo kintamo magnetinio lauko kelyje pastatykime varinį cilindrą (8.16a pav.). Jame bus sužadinami kintami ED, kurie savo ruožtu sukurs kintamąsias indukcines sūkurines sroves (Foucault sroves). Šių srovių magnetinis laukas (8.16b pav.) bus uždaras; cilindro viduje jis bus nukreiptas į jaudinantį lauką, o už jo - ta pačia kryptimi kaip ir jaudinantis laukas. Gautas laukas (8.16 pav., c) pasirodo susilpnėjęs prie cilindro ir sutvirtėjęs už jo ribų, t.y. laukas yra išstumtas iš cilindro užimamos erdvės, tai yra jo ekranavimo efektas, kuris bus efektyvesnis, tuo mažesnė cilindro elektrinė varža, t.y. juo didesnės sūkurinės srovės teka juo.

Dėl paviršiaus efekto („odos efekto“) sūkurinių srovių tankis ir kintamo magnetinio lauko intensyvumas mažėja eksponentiškai, kai giliau patenkama į metalą.

, (8.5)

Kur (8.6)

– lauko ir srovės sumažėjimo indikatorius, kuris vadinamas lygiavertis įsiskverbimo gylis.

Čia yra santykinis medžiagos magnetinis pralaidumas;

– vakuumo magnetinis pralaidumas, lygus 1,25*10 8 g*cm -1;

– medžiagos savitoji varža, Ohm*cm;

- dažnis Hz.

Nemagnetinei medžiagai, kurios formulė (8.6) =1, ekranavimo efektą lemia tik ir . Ką daryti, jei ekranas pagamintas iš feromagnetinės medžiagos?

Jei jie lygūs, efektas bus geresnis, nes >1 (50..100) ir x 0 bus mažesni.

Išreikškime reikšmes x 0,1 ir x 0,01 per reikšmę x 0, remdamiesi (8,5) išraiška, sukuriame lygtį

IR ,

nusprendę, kurią gausime

x 0,1 =x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8.7)

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

Plienas gali būti naudojamas kaip ekranai, tačiau reikia atsiminti, kad dėl didelės varžos ir histerezės reiškinio plieninis ekranas gali sukelti didelių nuostolių ekranavimo grandinėse.

Filtravimas

Filtravimas yra pagrindinė priemonė, mažinanti konstruktyvius trukdžius, atsirandančius nuolatinės ir kintamosios srovės ES maitinimo ir perjungimo grandinėse. Tam sukurti triukšmo slopinimo filtrai leidžia sumažinti laidų triukšmą iš išorinių ir vidinių šaltinių. Filtravimo efektyvumas nustatomas pagal filtro įvestą slopinimą:

dB,

Filtrai keliami šie pagrindiniai reikalavimai:

Nurodyto efektyvumo S užtikrinimas reikiamame dažnių diapazone (atsižvelgiant į elektros grandinės vidinę varžą ir apkrovą);

Leidžiamo nuolatinės arba kintamos įtampos kritimo filtre ribojimas esant didžiausiai apkrovos srovei;

Užtikrinti priimtinus netiesinius maitinimo įtampos iškraipymus, lemiančius filtro tiesiškumo reikalavimus;

Projektavimo reikalavimai - ekranavimo efektyvumas, minimalūs gabaritai ir svoris, užtikrinantys normalias šilumines sąlygas, atsparumą mechaniniams ir klimato poveikiams, konstrukcijos pagaminamumą ir kt.;

Filtrų elementai turi būti parenkami atsižvelgiant į elektros grandinės vardines sroves ir įtampą, taip pat juose sukeliamus įtampos ir srovės šuolių, atsiradusių dėl elektros režimo nestabilumo ir pereinamųjų procesų.

Kondensatoriai. Jie naudojami kaip nepriklausomi triukšmo slopinimo elementai ir kaip lygiagrečiai filtrų blokai. Struktūriškai triukšmo slopinimo kondensatoriai skirstomi į:

Dviejų polių tipas K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Paramos tipas KO, KO-E, KDO;

Tiekiamas ne bendraašis K73-21 tipas;

Perdavimo koaksialinis tipas KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondensatorių blokai;

Pagrindinė triukšmo slopinimo kondensatoriaus charakteristika yra jo varžos priklausomybė nuo dažnio. Norint sumažinti trukdžius dažnių diapazone iki maždaug 10 MHz, galima naudoti dviejų polių kondensatorius, atsižvelgiant į trumpą jų laidų ilgį. Etaloniniai triukšmo slopinimo kondensatoriai naudojami iki 30-50 MHz dažnių. Simetriniai pralaidūs kondensatoriai naudojami dviejų laidų grandinėje iki 100 MHz dažnių. Praėjimo kondensatoriai veikia plačiame dažnių diapazone iki maždaug 1000 MHz.

Indukciniai elementai. Jie naudojami kaip nepriklausomi triukšmo slopinimo elementai ir kaip nuoseklios triukšmo slopinimo filtrų jungtys. Struktūriškai dažniausiai naudojami droselių tipai:

feromagnetinės šerdies įjungimas;

Be posūkio.

Pagrindinė triukšmo slopinimo droselio charakteristika yra jo varžos priklausomybė nuo dažnio. Esant žemiems dažniams, rekomenduojama naudoti PP90 ir PP250 prekių ženklų magnetodielektrines šerdis, pagamintas m-permalloy pagrindu. Norint slopinti trikdžius įrangos grandinėse, kurių srovės stipris yra iki 3A, rekomenduojama naudoti DM tipo HF droselius, o didesnėms vardinėms srovėms - D200 serijos droselius.

Filtrai. Keraminiai B7, B14, B23 tipo pralaidiniai filtrai yra skirti slopinti trukdžius tiesioginių, pulsuojančių ir kintamų srovių grandinėse nuo 10 MHz iki 10 GHz dažnių diapazone. Tokių filtrų konstrukcijos parodytos 8.17 pav

Filtrų B7, B14, B23 įvedamas slopinimas 10..100 MHz dažnių diapazone padidėja maždaug nuo 20..30 iki 50..60 dB, o dažnių diapazone virš 100 MHz viršija 50 dB.

B23B tipo keraminiai įvadiniai filtrai yra pagaminti remiantis keraminiais diskiniais kondensatoriais ir besukamais feromagnetiniais droseliais (8.18 pav.).

Besisukamosios droseliai yra vamzdinė feromagnetinė šerdis, pagaminta iš 50 VCh-2 ferito, sumontuota ant įvadinio gnybto. Induktoriaus induktyvumas yra 0,08…0,13 μH. Filtro korpusas pagamintas iš UV-61 keraminės medžiagos, kuri pasižymi dideliu mechaniniu atsparumu. Korpusas metalizuotas sidabro sluoksniu, kad būtų užtikrintas mažas kontaktinis pasipriešinimas tarp išorinio kondensatoriaus pamušalo ir įžeminimo srieginės įvorės, kuri naudojama filtro tvirtinimui. Kondensatorius yra lituojamas išilgai išorinio perimetro iki filtro korpuso ir išilgai vidinio perimetro iki tiekimo gnybto. Filtro sandarumas užtikrinamas užpildant korpuso galus mišiniu.

B23B filtrams:

vardinės filtrų talpos – nuo 0,01 iki 6,8 µF,

vardinė įtampa 50 ir 250 V,

vardinė srovė iki 20A,

Bendri filtro matmenys:

L = 25 mm, D = 12 mm

B23B filtrų įvedamas slopinimas dažnių diapazone nuo 10 kHz iki 10 MHz padidėja maždaug nuo 30..50 iki 60..70 dB, o dažnių diapazone virš 10 MHz viršija 70 dB.

Borto ES yra perspektyvus naudoti specialius triukšmą slopinančius laidus su ferofilerais, turinčiais didelį magnetinį pralaidumą ir didelius specifinius nuostolius. Taigi AAP firminių laidų įterpimo slopinimas dažnių diapazone 1...1000 MHz padidėja nuo 6 iki 128 dB/m.

Yra žinoma kelių kontaktų jungčių konstrukcija, kurioje ant kiekvieno kontakto sumontuotas vienas U formos triukšmo slopinimo filtras.

Bendri įmontuoto filtro matmenys:

ilgis 9,5 mm,

skersmuo 3,2 mm.

Filtro įvedamas slopinimas 50 omų grandinėje yra 20 dB 10 MHz dažniu ir iki 80 dB 100 MHz dažniu.

Skaitmeninių elektroninių prietaisų maitinimo grandinių filtravimas.

Impulsinis triukšmas maitinimo magistralėse, atsirandantis perjungiant skaitmenines integrines grandines (DIC), taip pat prasiskverbiantis iš išorės, gali sukelti skaitmeninių informacijos apdorojimo įrenginių veikimo sutrikimus.

Siekiant sumažinti triukšmo lygį maitinimo magistralėse, naudojami grandinės projektavimo metodai:

Sumažinti „galios“ magistralių induktyvumą, atsižvelgiant į abipusį priekinių ir atbulinių laidininkų magnetinį sujungimą;

Sumažinti įvairių skaitmeninių informacinių sistemų srovėms būdingų „galios“ magistralių sekcijų ilgius;

Impulsinių srovių kraštų sulėtinimas „galios“ magistralėse naudojant triukšmą slopinančius kondensatorius;

Racionali galios grandinių topologija spausdintinėje plokštėje.

Dydžio padidėjimas skerspjūvis laidininkai sumažina vidinę magistralių induktyvumą, taip pat sumažina jų aktyvųjį pasipriešinimą. Pastaroji ypač svarbi įžeminimo magistralės atveju, kuri yra signalų grandinių grįžtamasis laidininkas. Todėl daugiasluoksnėse spausdintinėse plokštėse pageidautina gaminti „galios“ magistrales laidžių plokštumų pavidalu, esančių gretimuose sluoksniuose (8.19 pav.).

Orinės galios magistralės, naudojamos skaitmeninių IC spausdintinių grandinių mazguose, turi didesnius skersinius matmenis, palyginti su šynomis, pagamintomis iš spausdintų laidų, todėl jų induktyvumas ir varža yra mažesnė. Papildomi sumontuotų maitinimo magistralių pranašumai yra šie:

Supaprastintas signalų grandinių maršrutizavimas;

PP standumo didinimas sukuriant papildomus briaunelius, kurie veikia kaip ribotuvai, apsaugantys IC su sumontuotu ERE nuo mechaninių pažeidimų montuojant ir gaminio konfigūravimo metu (8.20 pav.).

„Power“ strypai, gaminami spausdinant ir montuojami vertikaliai ant PCB, yra labai technologiškai pažangūs (6.12c pav.).

Yra žinomi montuojamų šynų, sumontuotų po IC korpusu, konstrukcijos, kurios išdėstytos ant plokštės eilėmis (8.22 pav.).

Apsvarstytos „tiekimo“ magistralių konstrukcijos taip pat suteikia didelę linijinę talpą, dėl kurios sumažėja „tiekimo“ linijos bangos varža ir atitinkamai sumažėja impulsinio triukšmo lygis.

IC galios paskirstymas PCB turi būti atliekamas ne nuosekliai (8.23a pav.), o lygiagrečiai (8.23b pav.)

Būtina naudoti galios paskirstymą uždarų grandinių pavidalu (8.23c pav.). Ši konstrukcija savo elektriniais parametrais artima kietosios galios plokštumoms. Norint apsisaugoti nuo išorinio trikdžius pernešančio magnetinio lauko įtakos, išilgai PP perimetro turėtų būti įrengta išorinė uždara kilpa.

Įžeminimas

Įžeminimo sistema yra elektros grandinė, turinti savybę išlaikyti minimalų potencialą, kuris yra atskaitos lygis konkrečiame gaminyje. Maitinimo šaltinio įžeminimo sistema turi užtikrinti signalo ir galios grąžinimo grandines, apsaugoti žmones ir įrangą nuo gedimų maitinimo šaltinio grandinėse, pašalinti statinius krūvius.

Įžeminimo sistemoms taikomi šie pagrindiniai reikalavimai:

1) sumažinti bendrą įžeminimo magistralės varžą;

2) uždarų įžeminimo kilpų, jautrių magnetiniams laukams, nebuvimas.

ES reikia mažiausiai trijų atskirų įžeminimo grandinių:

Signalų grandinėms su žemas lygis srovės ir įtampos;

Maitinimo grandinėms su aukštas lygis energijos suvartojimas (maitinimo šaltiniai, ES išėjimo pakopos ir kt.)

Kėbulo grandinėms (važiuoklė, plokštės, ekranai ir metalizacija).

Elektros grandinės ES įžeminamos šiais būdais: viename taške ir keliuose taškuose, esančiuose arčiausiai įžeminimo atskaitos taško (8.24 pav.)

Atitinkamai, įžeminimo sistemos gali būti vadinamos vieno taško ir kelių taškų.

Didžiausias trikdžių lygis atsiranda vieno taško įžeminimo sistemoje su bendra nuosekliai sujungta įžeminimo magistrale (8.24 pav. a).

Kuo toliau įžeminimo taškas, tuo didesnis jo potencialas. Jis neturėtų būti naudojamas grandinėse su dideliu energijos suvartojimo pasiskirstymu, nes didelės galios FU sukuria dideles grįžtamąsias įžeminimo sroves, kurios gali turėti įtakos mažo signalo FU. Jei reikia, svarbiausias FU turi būti prijungtas kuo arčiau atskaitos įžeminimo taško.

Aukšto dažnio grandinėms (f≥10 MHz) turėtų būti naudojama kelių taškų įžeminimo sistema (8.24 pav. c), jungianti RES FU taškuose, kurie yra arčiausiai atskaitos įžeminimo taško.

Jautrioms grandinėms naudojama plūduriuojanti įžeminimo grandinė (8.25 pav.). Šiai įžeminimo sistemai reikia visiškai atskirti grandinę nuo važiuoklės (didelė varža ir maža talpa), kitaip ji neveiksminga. Grandinės gali būti maitinamos saulės elementais arba baterijomis, o signalai turi patekti į grandinę ir iš jos išeiti per transformatorius arba optines jungtis.

Nagrinėjamų devynių takelių skaitmeninės juostos įrenginio įžeminimo principų įgyvendinimo pavyzdys parodytas 8.26 pav.

Yra šios antžeminės magistralės: trys signaliniai, vienas maitinimo ir vienas korpusas. Labiausiai trikdžiams jautrūs analoginiai FU (devynių jutimų stiprintuvai) įžeminami naudojant dvi atskirtas įžeminimo magistrales. Devyni rašymo stiprintuvai, veikiantys aukštesniu signalo lygiu nei skaitymo stiprintuvai, taip pat valdymo IC ir sąsajos grandinės su duomenų produktais yra prijungtos prie trečiosios signalų magistralės – įžeminimo. Trys nuolatinės srovės varikliai ir jų valdymo grandinės, relės ir solenoidai yra prijungti prie maitinimo magistralės įžeminimo. Jautriausia kardaninio veleno variklio valdymo grandinė yra prijungta arčiausiai įžeminimo atskaitos taško. Važiuoklės įžeminimo magistralė naudojama važiuoklei ir korpusui sujungti. Signalo, maitinimo ir važiuoklės įžeminimo magistralės yra sujungtos viename antrinio maitinimo šaltinio taške. Pažymėtina, kad projektuojant AEI patartina parengti konstrukcines laidų schemas.