Principii de ecranare a câmpului magnetic

Sunt utilizate două metode pentru a proteja câmpul magnetic:

Metoda bypass;

Metoda câmpului magnetic al ecranului.

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

Metoda de manevrare a unui câmp magnetic cu un ecran.

Metoda de manevrare a unui câmp 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 penetrare magnetică relativă ridicată (oțel, permalloy). Dacă există un 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 cât sunt mai puține cusături și îmbinări pe direcția liniilor de inducție magnetică, eficiența de ecranare va fi mai mare.

Metodă de deplasare a unui câmp magnetic de către un ecran.

Metoda deplasării unui câmp magnetic de către un ecran este utilizată pentru a ecrana câmpuri magnetice de înaltă frecvență alternante. În acest caz, se folosesc ecrane din metale nemagnetice. Ecranarea se bazează pe fenomenul de inducție. Aici este util fenomenul de inducție.

Să plasăm un cilindru de cupru pe calea unui câmp magnetic alternant uniform (Figura 8.16a). În ea vor fi excitate ED variabile, care, la rândul lor, vor crea curenți turbionari inductivi alternativi (curenți Foucault). Câmpul magnetic al acestor curenți (Figura 8.16b) va fi închis; în interiorul cilindrului va fi îndreptat către câmpul excitant, iar în exteriorul acestuia - în aceeași direcție cu câmpul excitant. Câmpul rezultat (Figura 8.16, c) se dovedește a fi slăbit în apropierea cilindrului și întărit în afara acestuia, adică. câmpul este deplasat 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 sunt mai mari curenții turbionari care curg prin el.

Datorită efectului de suprafață („efectul pielii”), densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ scade exponențial pe măsură ce se pătrunde mai adânc în metal.

, (8.5)

Unde (8.6)

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

Iată permeabilitatea magnetică relativă a materialului;

– permeabilitatea magnetică a vidului, egală cu 1,25*10 8 g*cm -1;

– rezistivitatea materialului, Ohm*cm;

- frecventa Hz.

Valoarea adâncimii echivalente de penetrare este convenabilă pentru a caracteriza efectul de ecranare al curenților turbionari. Cu cât x0 este mai mic, cu atât câmpul magnetic pe care îl creează este mai mare, care 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 . Ce se întâmplă dacă ecranul este din material feromagnetic?

Dacă sunt egale, 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 adâncime x 0 în comparație cu ceea ce sunt la suprafață. Pentru a face acest lucru, înlocuim x = x 0 în formula (8.5), apoi

din care se poate observa că la o adâncime de x 0, densitatea curentului și intensitatea câmpului magnetic scad de e ori, i.e. la o valoare de 1/2,72, care este 0,37 din densitatea și tensiunea de pe suprafață. Din moment ce slăbirea câmpului este doar de 2,72 ori la adâncime x 0 nu este suficient pentru a caracteriza materialul de ecranare, apoi utilizați 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.

Să exprimăm valorile x 0.1 și x 0.01 prin valoarea x 0; pentru aceasta, pe baza expresiei (8.5), creăm ecuația

ȘI ,

hotărând pe ce primim

x 0,1 =x 0 ln10=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 arată că pentru toate frecvențele înalte, începând cu domeniul undelor medii, un ecran din orice metal cu grosimea de 0,5..1,5 mm este 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, ușurința îmbinării pieselor individuale și realizarea contactelor de tranziție cu rezistență scăzută între ele, ușurința lipirii, sudării 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 getinax sau alt material izolator cu un strat de cupru sau argint aplicat pe acesta.

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

Filtrare

Filtrarea este principalul mijloc de reducere a interferențelor constructive create în circuitele de alimentare și comutare ale curentului continuu și alternativ ES. Filtrele de suprimare a zgomotului concepute în acest scop fac posibilă reducerea zgomotului condus atât din surse externe, cât și din surse interne. Eficiența de filtrare este determinată de atenuarea introdusă de filtru:

dB,

Următoarele cerințe de bază sunt impuse filtrului:

Asigurarea randamentului specificat S în domeniul de frecvență necesar (ținând cont de rezistența internă și sarcina circuitului electric);

Limitarea scăderii admisibile a tensiunii continue sau alternative pe filtru la curentul maxim de sarcină;

Asigurarea distorsiunilor neliniare acceptabile ale tensiunii de alimentare, care determină cerințele pentru liniaritatea filtrului;

Cerințe de proiectare - eficiența ecranării, dimensiunile și greutatea de gabarit minime, asigurarea condițiilor termice normale, rezistența 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 procesele 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, ETO, K53-1A;

Suport tip KO, KO-E, KDO;

Trecut prin tip non-coaxial K73-21;

Tipul coaxial de trecere KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Unități condensatoare;

Principala caracteristică a unui condensator de suprimare a zgomotului este dependența impedanței sale de frecvență. Pentru a reduce interferența în intervalul de frecvență de până la aproximativ 10 MHz, pot fi utilizați condensatori cu doi poli, ținând cont de lungimea scurtă 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. Condensatorii 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 secvențiale ale filtrelor de suprimare a zgomotului. Din punct de vedere structural, cele mai comune tipuri de sufocare sunt:

Pornirea unui miez feromagnetic;

Fără întoarcere.

Principala caracteristică a unui șoc de suprimare a zgomotului este dependența impedanței sale de frecvență. La frecvențe joase, se recomandă utilizarea miezurilor magnetodielectrice ale mărcilor 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 bobinelor HF de tip DM, iar pentru curenți nominali mai mari - bobine din seria D200.

Filtre. Filtrele ceramice de trecere de tip B7, B14, B23 sunt proiectate pentru a suprima interferențele în circuitele de curenți continui, pulsatori și alternativi 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 de la aproximativ 20..30 la 50..60 dB iar în domeniul de frecvență peste 100 MHz depășește 50 dB.

Filtrele ceramice de trecere de tip B23B sunt construite pe baza de condensatoare cu discuri ceramice și bobine feromagnetice fără rotație (Figura 8.18).

Choke-urile fără rotire sunt un miez feromagnetic tubular din ferită de grad 50 VCh-2, montat pe un terminal de trecere. Inductanța inductorului 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 asigura o rezistență scăzută la contact între căptușeala exterioară a condensatorului și bucșa filetată de împământare, care este folosită pentru a securiza filtrul. Condensatorul este lipit de-a lungul perimetrului exterior la carcasa filtrului și de-a lungul perimetrului interior la terminalul de trecere. 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,

Dimensiunile totale ale filtrului:

L=25mm, D=12mm

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

Pentru ES la bord, este promițătoare utilizarea de fire speciale de suprimare a zgomotului cu ferofiller cu permeabilitate magnetică ridicată și pierderi specifice mari. Deci, pentru firele marca PPE, atenuarea de inserție în domeniul de frecvență 1...1000 MHz crește de la 6 la 128 dB/m.

Este cunoscută proiectarea conectorilor cu mai mulți pini, în care pe fiecare contact este instalat un filtru de suprimare a zgomotului în formă de U.

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 o frecventa de 10 MHz si pana la 80 dB la o frecventa de 100 MHz.

Filtrarea circuitelor de alimentare a dispozitivelor electronice digitale.

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

Pentru a reduce nivelul de zgomot în magistralele de alimentare, se folosesc metode de proiectare a circuitelor:

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

Reducerea lungimilor secțiunilor magistralelor „putere”, care sunt obișnuite pentru curenții pentru diferite sisteme informatice digitale;

Încetinirea marginilor curenților de impuls în magistralele de „putere” folosind condensatori de suprimare a zgomotului;

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

Creșterea dimensiunilor secțiunii transversale a conductorilor duce la o scădere a inductanței intrinseci a magistralelor 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 alimentare aeriene utilizate în ansamblurile de circuite imprimate pe circuitele integrate digitale au dimensiuni transversale mai mari în comparație cu barele colectoare realizate sub formă de conductori imprimați și, prin urmare, au inductanță și rezistență mai scăzute. Avantajele suplimentare ale magistralelor de alimentare montate sunt:

Dirijarea simplificată a circuitelor de semnal;

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

Barele „putere”, fabricate prin imprimare și montate vertical pe PCB, sunt foarte avansate din punct de vedere tehnologic (Figura 6.12c).

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

Proiectele considerate ale magistralelor de „aprovizionare” oferă, de asemenea, o capacitate liniară mare, ceea ce duce la o scădere a impedanței de undă a liniei de „aprovizionare” și, în consecință, la o scădere a nivelului de zgomot de impuls.

Distribuția puterii IC către PP nu trebuie efectuată în serie (Figura 8.23a), ci în paralel (Figura 8.23b)

Este necesar să se utilizeze distribuția puterii sub formă de circuite închise (Fig. 8.23c). Acest design este aproape în parametrii săi electrici de avioanele de putere solide. Pentru a proteja împotriva influenței unui câmp magnetic extern care poartă interferențe, trebuie prevăzută o buclă închisă externă de-a lungul perimetrului PP.

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 sursa de alimentare trebuie să furnizeze semnale și circuite de retur a puterii, să protejeze oamenii și echipamentele de defecțiuni ale circuitelor sursei de alimentare și să elimine sarcinile statice.

Următoarele cerințe de bază se aplică sistemelor de împământare:

1) minimizarea impedanței generale a magistralei de masă;

2) absența buclelor închise de împământare sensibile la câmpurile magnetice.

ES necesită cel puțin trei circuite separate de împământare:

Pentru circuite de semnal cu curenți și tensiuni scăzute;

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

Pentru circuite caroserie (șasiu, panouri, ecrane și metalizare).

Circuitele electrice din ES sunt împământate în următoarele moduri: într-un punct și în mai multe puncte cele mai apropiate de punctul de referință de împământare (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 împământare, cu atât potenţialul său este mai mare. Nu ar trebui utilizat pentru circuite cu o extindere mare a consumului de energie, deoarece FU-urile de mare putere creează curenți mari de retur la pământ care pot afecta FU-urile cu semnal mic. Dacă este necesar, cel mai critic FU ar trebui să fie conectat cât mai aproape de punctul de împământare de referință.

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

Pentru circuitele sensibile, se folosește un circuit de masă plutitor (Figura 8.25). Acest sistem de împământare necesită izolarea completă a circuitului de șasiu (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 simțuri) sunt împământate folosind două magistrale de împământare separate. Nouă amplificatoare de scriere, care funcționează la niveluri de semnal mai mari decât amplificatoarele de citire, precum și circuite integrate de control și circuite de interfață cu produse de date sunt conectate la a treia magistrală de semnal, la masă. Cele trei motoare de curent continuu și circuitele lor de control, releele și solenoizii sunt conectate la masa magistralei de alimentare. Cel mai sensibil circuit de control al motorului arborelui de transmisie este conectat cel mai aproape de punctul de referință la pământ. Busul de masă al șasiului este utilizat pentru a conecta șasiul și carcasa. Semnalul, puterea și magistralele de masă ale șasiului sunt conectate împreună la un punct în sursa de alimentare secundară. Trebuie remarcat faptul că este recomandabil să se întocmească diagrame de cablare structurală la proiectarea RES.

Sunt utilizate două metode pentru a proteja câmpul magnetic:

Metoda bypass;

Metoda câmpului magnetic al ecranului.

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

Metoda de manevrare a unui câmp magnetic cu un ecran.

Metoda de manevrare a unui câmp 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 penetrare magnetică relativă ridicată (oțel, permalloy). Dacă există un 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 cât sunt mai puține cusături și îmbinări pe direcția liniilor de inducție magnetică, eficiența de ecranare va fi mai mare.

Metodă de deplasare a unui câmp magnetic de către un ecran.

Metoda deplasării unui câmp magnetic de către un ecran este utilizată pentru a ecrana câmpuri magnetice de înaltă frecvență alternante. În acest caz, se folosesc ecrane din metale nemagnetice. Ecranarea se bazează pe fenomenul de inducție. Aici este util fenomenul de inducție.

Să plasăm un cilindru de cupru pe calea unui câmp magnetic alternant uniform (Figura 8.16a). În ea vor fi excitate ED variabile, care, la rândul lor, vor crea curenți turbionari inductivi alternativi (curenți Foucault). Câmpul magnetic al acestor curenți (Figura 8.16b) va fi închis; în interiorul cilindrului va fi îndreptat către câmpul excitant, iar în exteriorul acestuia - în aceeași direcție cu câmpul excitant. Câmpul rezultat (Figura 8.16, c) se dovedește a fi slăbit în apropierea cilindrului și întărit în afara acestuia, adică. câmpul este deplasat 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 sunt mai mari curenții turbionari care curg prin el.

Datorită efectului de suprafață („efectul pielii”), densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ scade exponențial pe măsură ce se pătrunde mai adânc în metal.

, (8.5)

Unde (8.6)

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

Iată permeabilitatea magnetică relativă a materialului;

– permeabilitatea magnetică a vidului, egală cu 1,25*10 8 g*cm -1;

– rezistivitatea materialului, Ohm*cm;

- frecventa Hz.

Valoarea adâncimii echivalente de penetrare este convenabilă pentru a caracteriza efectul de ecranare al curenților turbionari. Cu cât x0 este mai mic, cu atât câmpul magnetic pe care îl creează este mai mare, care 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 . Ce se întâmplă dacă ecranul este din material feromagnetic?

Dacă sunt egale, 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 adâncime x 0 în comparație cu ceea ce sunt la suprafață. Pentru a face acest lucru, înlocuim x = x 0 în formula (8.5), apoi

din care se poate observa că la o adâncime de x 0, densitatea curentului și intensitatea câmpului magnetic scad de e ori, i.e. la o valoare de 1/2,72, care este 0,37 din densitatea și tensiunea de pe suprafață. Din moment ce slăbirea câmpului este doar de 2,72 ori la adâncime x 0 nu este suficient pentru a caracteriza materialul de ecranare, apoi utilizați 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.

Să exprimăm valorile x 0.1 și x 0.01 prin valoarea x 0; pentru aceasta, pe baza expresiei (8.5), creăm ecuația

ȘI ,

hotărând pe ce primim

x 0,1 =x 0 ln10=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 arată că pentru toate frecvențele înalte, începând cu domeniul undelor medii, un ecran din orice metal cu grosimea de 0,5..1,5 mm este 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, ușurința îmbinării pieselor individuale și realizarea contactelor de tranziție cu rezistență scăzută între ele, ușurința lipirii, sudării 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 getinax sau alt material izolator cu un strat de cupru sau argint aplicat pe acesta.

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

Ecranarea câmpului magnetic.

Metoda bypass. -Metoda câmpului magnetic al ecranului.

Metoda de manevrare a unui câmp magnetic cu un ecran folosit pentru protecție împotriva câmpurilor magnetice alternative constante și care se schimbă lent. Ecranele sunt realizate din materiale feromagnetice cu penetrare magnetică relativă ridicată (oțel, permalloy). Dacă există un 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 mai puține cusături și îmbinări, cu atât ecranarea este mai eficientă. Metodă de deplasare a unui câmp magnetic de către un ecran 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 plasați un cilindru de cupru pe calea unei alunițe magnetice alternante uniform, în care vor fi excitați curenți de inducție turbionari alternanți (curenți Foucault). Câmpul magnetic al acestor curenți va fi închis; în interiorul cilindrului va fi îndreptat către câmpul excitant, iar în exteriorul acestuia - în aceeași direcție cu câmpul excitant. Câmpul rezultat se dovedește a fi slăbit în apropierea cilindrului și consolidat în afara acestuia, adică. câmpul este deplasat 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 sunt mai mari curenții turbionari care curg prin el.

Datorită efectului de suprafață („efectul pielii”), densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ scade exponențial pe măsură ce se pătrunde mai adânc în metal.

Unde

μ – permeabilitatea magnetică relativă a materialului; μ˳ – permeabilitatea magnetică a vidului, egală cu 1,25*108 g*cm-1; ρ – 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 interferențelor la frecvențe joase de la 0 la 3..10 kHz. Eficiența ecranării magnetostatice crește atunci când sunt utilizate scuturi multistrat.

Eficacitatea ecranului magnetic depinde de frecvența și proprietățile electrice ale materialului de ecranare. Cu cât frecvența este mai mică, cu atât ecranul este mai slab, cu atât trebuie făcut mai gros pentru a obține același efect de ecranare. Pentru frecvente inalte, incepand de la domeniul undelor 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 luate în considerare rezistența mecanică, rigiditatea, rezistența la coroziune, ușurința îmbinării pieselor individuale și realizarea contactelor de tranziție între ele cu rezistență scăzută, ușurința lipirii, sudării etc. Pentru frecvențele de mai sus. 10 MHz, cupru și, cu atât mai mult, pelicula groasă 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 getinax sau alt material izolator cu un strat de cupru sau argint aplicat pe acesta. Pentru fabricarea ecranelor se folosesc: materiale metalice, materiale dielectrice, sticlă cu înveliș conductor, țesături speciale metalizate, vopsele conductoare. Materialele metalice (otel, cupru, aluminiu, zinc, alama) folosite pentru ecranare sunt fabricate sub forma de foi, plasa si folie.

Toate aceste materiale satisfac cerințele de rezistență la coroziune atunci când sunt utilizate cu acoperiri de protecție adecvate. Cele mai avansate modele de ecrane din punct de vedere tehnologic sunt realizate 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 de-a lungul întregului perimetru. Cusătura electrică de sudură sau lipire trebuie să fie continuă pentru a obține o structură a ecranului complet sudată. Grosimea oțelului este selectată în funcție de scopul structurii 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, convenabile pentru asamblare și operare. Pentru a proteja împotriva coroziunii, este recomandabil să acoperiți plasa cu lac anticoroziv. Dezavantajele ecranelor din plasă includ rezistența mecanică scăzută și o eficiență mai scăzută a ecranului 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 cositorit cu conținut scăzut de carbon, cu dimensiunea ochiului de 2,5-3 mm dă o atenuare de aproximativ 55-60 dB, iar de la aceeași dublă (cu o distanță între plasa exterioară și interioară de 100 mm) cca. 90 dB. Ecranul, realizat dintr-o singură plasă de cupru cu o celulă de 2,5 mm, are o atenuare de aproximativ 65-70 dB

Ecranarea câmpurilor magnetice se poate face prin două metode:

Ecranarea cu materiale feromagnetice.

Ecranarea cu curenți turbionari.

Prima metodă este utilizată de obicei atunci când se protejează MF constante și câmpurile de joasă frecvență. A doua metodă oferă o eficiență semnificativă în ecranarea MP de înaltă frecvență. Datorită efectului de suprafață, densitatea curenților turbionari și intensitatea câmpului magnetic alternativ scade exponențial pe măsură ce se pătrunde mai adânc în metal:

O măsură a reducerii 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 interferență din spațiul ocupat de ecran. Dacă ecranul este realizat dintr-un material nemagnetic, atunci efectul de ecranare va depinde numai de conductibilitatea materialului și de frecvența câmpului de ecranare. Dacă ecranul este realizat din material feromagnetic, atunci, celelalte lucruri fiind egale, un e mare va fi indus în el de câmpul exterior. d.s. datorită concentrării mai mari a liniilor de câmp magnetic. Cu aceeași conductivitate specifică a materialului, curenții turbionari vor crește, ceea ce va duce la o adâncime de penetrare mai mică și un efect de ecranare mai bun.

Atunci când alegeți grosimea și materialul ecranului, nu trebuie să porniți 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 etc.

Din datele din tabel este clar că pentru frecvențele de peste 10 MHz, peliculele de cupru și, mai ales, de argint cu o grosime de aproximativ 0,1 mm oferă un efect de ecranare semnificativ. Prin urmare, la frecvențe de peste 10 MHz, este destul de acceptabil să folosiți ecrane din folie getinax sau fibră de sticlă. La frecvențe înalte, oțelul oferă un efect de ecranare mai mare decât metalele nemagnetice. Cu toate acestea, merită luat în considerare faptul că astfel de ecrane pot introduce pierderi semnificative în circuitele ecranate din cauza rezistivității ridicate și a fenomenului de histerezis. Prin urmare, astfel de ecrane sunt aplicabile numai în cazurile în care pierderile de inserție pot fi ignorate. De asemenea, pentru o mai mare eficiență de ecranare, ecranul trebuie să aibă o rezistență magnetică mai mică decât aerul, atunci liniile câmpului magnetic tind să treacă de-a lungul pereților ecranului și să pătrundă mai puțin în spațiul din exteriorul ecranului. Un astfel de ecran este în egală măsură potrivit pentru protecția împotriva influenței 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 valori diferite de permeabilitate magnetică, astfel încât adâncimea de penetrare trebuie calculată pentru fiecare material. Calculul se face folosind ecuația aproximativă:

1) Protecție împotriva câmpului magnetic extern

Liniile de câmp magnetic ale câmpului magnetic extern (liniile de inducție ale câmpului magnetic de interferență) vor trece în principal prin grosimea pereților ecranului, care are rezistență magnetică scăzută în comparație cu rezistența spațiului din interiorul ecranului. Ca rezultat, câmpul magnetic extern de interferență nu va afecta modul de funcționare al circuitului electric.

2) Protejarea propriului câmp magnetic

O astfel de ecranare este utilizată dacă sarcina este de a proteja circuitele electrice externe de efectele câmpului magnetic creat de curentul bobinei. Inductanța L, adică atunci când este necesară localizarea practic a interferenței create de inductanța L, atunci această problemă este rezolvată folosind un ecran magnetic, așa cum se arată schematic în figură. Aici, aproape toate liniile de câmp ale bobinei inductorului vor fi închise prin grosimea pereților ecranului, fără a depăși limitele acestora, 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 se extind dincolo de grosimea pereților unui ecran va fi închisă 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 al unui circuit electric situat în interiorul primului ecran (interior): cea mai mare parte a liniilor de câmp magnetic (liniile de împrăștiere magnetică) se vor închide. prin pereţii ecranului exterior. Bineînțeles, la ecranele duble trebuie alese rațional grosimile pereților și distanța dintre ele.

Coeficientul de ecranare global atinge cea mai mare magnitudine în cazurile în care grosimea pereților și spațiul dintre ecrane crește proporțional cu distanța de la centrul ecranului, iar valoarea golului este media geometrică a grosimilor pereților de ecranele adiacente. În acest caz, coeficientul de ecranare este:

L = 20 lg (H/Ne)

Producția de ecrane duble în conformitate cu această recomandare este practic dificilă din motive tehnologice. Este mult mai oportun să alegeți o distanță între carcasele adiacente spațiului de aer al ecranelor, care este mai mare decât grosimea primului ecran, aproximativ egală cu distanța dintre stiva primului ecran și marginea circuitului ecranat. element (de exemplu, o bobină inductor). Alegerea uneia sau alteia grosimi a pereților scutului magnetic nu poate fi făcută fără ambiguitate. Se determină grosimea rațională a peretelui. materialul ecranului, frecvența de interferență și coeficientul de ecranare specificat. Este util să luați în considerare următoarele.

1. Pe măsură ce frecvența interferenței crește (frecvența câmpului 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 fluxul magnetic oferit 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 se modifică puțin în valoarea lui jx cu o frecvență în creștere, iar permalloy, care are valori inițiale mari de permeabilitate magnetică, este foarte sensibil la o creștere a frecvenței câmpului magnetic ; permeabilitatea sa magnetică scade brusc cu frecvența.

2. În materialele magnetice expuse la interferența câmpului magnetic de înaltă frecvență, efectul de suprafață se manifestă în mod vizibil, adică deplasarea fluxului magnetic la suprafața pereților ecranului, determinând o creștere a rezistenței magnetice a ecranului. În astfel de condiții pare aproape inutil să creștem grosimea pereților ecranului dincolo de cele ocupate de fluxul magnetic la o anumită frecvență. Această 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 acest caz, modificarea permeabilității magnetice trebuie luată în considerare în același timp. Deoarece fenomenul efectului de suprafață în materialele magnetice începe de obicei să se afecteze mai mult decât scăderea permeabilității magnetice în regiunea de frecvență joasă, influența ambilor factori asupra alegerii grosimii peretelui ecranului va fi diferită la diferite intervale de frecvență de interferență magnetică. De regulă, scăderea proprietăților de ecranare odată cu creșterea frecvenței de interferență este mai pronunțată la ecranele realizate din materiale cu permeabilitate magnetică inițială ridicată. Caracteristicile menționate mai sus ale materialelor magnetice oferă baza pentru recomandări privind selecția materialelor și grosimea peretelui ecranelor magnetice. Aceste recomandări pot fi rezumate după cum urmează:

A) ecranele din oțel electric (transformator) obișnuit, 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 asigură un coeficient de ecranare aproape constant pe 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, cu o frecvență a câmpului de interferență magnetic de 50-100 Hz, grosimea pereților ecranului ar trebui să fie de aproximativ 2 mm; dacă este necesară o creștere a coeficientului de ecranare sau o grosime mai mare a ecranului, atunci este indicat să se utilizeze mai multe straturi de ecranare (ecrane duble sau triple) de grosime mai mică;

B) Este recomandabil să folosiți ecrane din materiale magnetice cu permeabilitate inițială mare (de exemplu, permalloy) dacă este necesar să se asigure un coeficient de ecranare mare (Ke > 10) într-o bandă de frecvență relativ îngustă și nu este recomandabil să alegeți grosimea fiecărei carcase de ecran magnetic mai mult 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 ecranul 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 cont de modificarea permeabilității magnetice dinamice în funcție de inducție; De asemenea, este necesar să se țină cont 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 larg. aparate radio folosite.

Test

1. Când utilizați ecranare magnetică, ecranul trebuie:
1) Au 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 eficacitatea ecranării
2) Mărește eficiența ecranării magnetice
3) Reduce eficacitatea ecranării magnetice

3. La frecvențe joase (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Grosimea ecranului, b) Permeabilitatea magnetică a materialului, c) Distanța dintre ecran și alte circuite magnetice.
1) Doar a și b sunt corecte
2) Doar b și c sunt adevărate
3) Doar a și c 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 informației / V. I. Yarochkin - Moscova, 2000.

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