thuis Technische communicatie Afscherming van het magnetische veld van een permanente magneet. Magnetische afscherming

Afscherming van het magnetische veld van een permanente magneet. Magnetische afscherming

Voor afscherming magnetisch veld Er worden twee methoden gebruikt:

Bypass-methode;

Schermmagneetveldmethode.

Laten we elk van deze methoden eens nader bekijken.

Methode voor het rangeren van een magnetisch veld met een scherm.

De methode van het rangeren van een magnetisch veld met een scherm wordt gebruikt om te beschermen tegen een constant en langzaam veranderend magnetisch wisselveld. Schermen zijn gemaakt van ferromagnetische materialen met een hoge relatieve magnetische penetratie (staal, permalloy). Als er een scherm is, lopen de magnetische inductielijnen voornamelijk langs de wanden (Figuur 8.15), die een lage magnetische weerstand hebben vergeleken met luchtruim binnen het scherm. De kwaliteit van de afscherming hangt af van de magnetische permeabiliteit van de afscherming en de weerstand van het magnetische circuit, d.w.z. Hoe dikker het scherm en hoe minder naden en verbindingen dwars op de richting van de magnetische inductielijnen lopen, het afschermingsrendement zal hoger zijn.

Methode voor verplaatsing van een magnetisch veld door een scherm.

De methode van verplaatsing van een magnetisch veld door een scherm wordt gebruikt om wisselende hoogfrequente magnetische velden af te schermen. In dit geval worden schermen van niet-magnetische metalen gebruikt. Afscherming is gebaseerd op het fenomeen inductie. Hier is het fenomeen inductie nuttig.

Laten we een koperen cilinder in het pad van een uniform wisselend magnetisch veld plaatsen (Figuur 8.16a). Daarin zullen variabele ED's worden aangeslagen, die op hun beurt afwisselende inductieve wervelstromen (Foucault-stromen) zullen creëren. Het magnetische veld van deze stromen (Figuur 8.16b) zal gesloten zijn; binnen de cilinder zal het naar het opwindende veld worden gericht, en daarbuiten - in dezelfde richting als het opwindende veld. Het resulterende veld (Figuur 8.16, c) blijkt nabij de cilinder verzwakt en daarbuiten versterkt te zijn, d.w.z. het veld wordt verplaatst uit de ruimte die door de cilinder wordt ingenomen, wat het afschermende effect is, dat effectiever zal zijn naarmate de elektrische weerstand van de cilinder lager is, d.w.z. hoe groter de wervelstromen die er doorheen stromen.

Dankzij het oppervlakte-effect (“skin-effect”) neemt de dichtheid van wervelstromen en de intensiteit van het wisselende magnetische veld exponentieel af naarmate men dieper in het metaal gaat

, (8.5)

Waar (8.6)

– indicator van de afname van veld en stroom, die wordt genoemd gelijkwaardige indringdiepte.

Hier is de relatieve magnetische permeabiliteit van het materiaal;

– magnetische permeabiliteit van vacuüm, gelijk aan 1,25*10 8 g*cm -1;

– soortelijke weerstand van het materiaal, Ohm*cm;

- frequentie Hz.

De waarde van de equivalente penetratiediepte is handig om het afschermende effect van wervelstromen te karakteriseren. Hoe kleiner x0, hoe groter het magnetische veld dat ze creëren, waardoor het externe veld van de opneembron wordt verplaatst uit de ruimte die door het scherm wordt ingenomen.

Voor een niet-magnetisch materiaal in formule (8.6) =1 wordt het afschermende effect alleen bepaald door en . Wat als het scherm van ferromagnetisch materiaal is gemaakt?

Als ze gelijk zijn, zal het effect beter zijn, aangezien >1 (50..100) en x 0 minder zullen zijn.

X 0 is dus een criterium voor de afschermende werking van wervelstromen. Het is van belang om te schatten hoe vaak de stroomdichtheid en de magnetische veldsterkte lager worden op diepte x 0 vergeleken met wat ze aan de oppervlakte zijn. Om dit te doen, vervangen we x = x 0 in formule (8.5).

waaruit blijkt dat op een diepte van x 0 de stroomdichtheid en de magnetische veldsterkte met e keer afnemen, d.w.z. tot een waarde van 1/2,72, wat 0,37 is van de dichtheid en spanning op het oppervlak. Omdat het veld alleen maar zwakker wordt 2,72 keer op diepte x 0 niet genoeg om het afschermingsmateriaal te karakteriseren Gebruik vervolgens nog twee waarden van de penetratiediepte x 0,1 en x 0,01, die de daling van de stroomdichtheid en veldspanning met 10 en 100 keer kenmerken ten opzichte van hun waarden op het oppervlak.

Laten we de waarden x 0,1 en x 0,01 uitdrukken via de waarde x 0; hiervoor maken we op basis van uitdrukking (8.5) de vergelijking

EN ,

nadat we hebben besloten welke we krijgen

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

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

Op basis van formules (8.6) en (8.7) voor verschillende afschermingsmaterialen worden in de literatuur de waarden van penetratiediepten gegeven. Voor de duidelijkheid presenteren we dezelfde gegevens in de vorm van tabel 8.1.

De tabel laat dat voor iedereen zien hoge frequenties Vanaf het middengolfbereik is een scherm gemaakt van welk metaal dan ook met een dikte van 0,5..1,5 mm zeer effectief. Bij het kiezen van de dikte en het materiaal van het scherm moet je niet uitgaan van de elektrische eigenschappen van het materiaal, maar je laten leiden overwegingen van mechanische sterkte, stijfheid, weerstand tegen corrosie, gemak van het verbinden van afzonderlijke onderdelen en het maken van overgangscontacten met een lage weerstand daartussen, gemak van solderen, lassen, enz.

Uit de tabelgegevens volgt dat voor frequenties groter dan 10 MHz geeft een koperfilm, en nog meer van zilver, met een dikte van minder dan 0,1 mm een aanzienlijk afschermend effect. Daarom is het bij frequenties boven 10 MHz heel acceptabel om schermen te gebruiken die zijn gemaakt van getinax-folie of iets anders isolatiemateriaal bedekt met koper of zilver.

Staal kan als schermen worden gebruikt, maar u moet daar alleen rekening mee houden vanwege de grote afmetingen weerstand en het fenomeen hysteresis kan een stalen scherm aanzienlijke verliezen in de afschermingscircuits veroorzaken.

Het afschermen van magnetische velden kan op twee manieren gebeuren:

Afscherming met ferromagnetische materialen.

Afscherming door middel van wervelstromen.

De eerste methode wordt meestal gebruikt bij het afschermen van constante MF's en laagfrequente velden. De tweede methode biedt aanzienlijke efficiëntie bij het afschermen van hoogfrequente MP's. Door het oppervlakte-effect neemt de dichtheid van wervelstromen en de intensiteit van het wisselende magnetische veld exponentieel af naarmate men dieper in het metaal gaat:

Een maatstaf voor de veld- en stroomreductie, die de equivalente penetratiediepte wordt genoemd.

Hoe kleiner de penetratiediepte, hoe groter de stroom in de oppervlaktelagen van het scherm, hoe groter de omgekeerde MF die daardoor wordt gecreëerd, die het externe veld van de interferentiebron verdringt uit de ruimte die door het scherm wordt ingenomen. Als het scherm van niet-magnetisch materiaal is gemaakt, zal het afschermende effect alleen afhangen van de geleidbaarheid van het materiaal en de frequentie van het afschermingsveld. Als het scherm van ferromagnetisch materiaal is gemaakt, zal er, als de overige zaken gelijk blijven, een grote e daarin worden geïnduceerd door het externe veld. d.s. door de grotere concentratie van magnetische veldlijnen. Bij dezelfde specifieke geleidbaarheid van het materiaal zullen de wervelstromen toenemen, wat zal leiden tot een kleinere indringdiepte en een betere afschermende werking.

Bij het kiezen van de dikte en het materiaal van het scherm moet men niet uitgaan van de elektrische eigenschappen van het materiaal, maar zich laten leiden door overwegingen van mechanische sterkte, gewicht, stijfheid, weerstand tegen corrosie, het gemak van het verbinden van afzonderlijke onderdelen en het maken van overgangscontacten daartussen met lage weerstand, gemakkelijk te solderen, lassen, enz.

Uit de gegevens in de tabel blijkt duidelijk dat koper- en vooral zilverfilms met een dikte van ongeveer 0,1 mm voor frequenties boven 10 MHz een aanzienlijk afschermend effect hebben. Daarom is het bij frequenties boven 10 MHz heel acceptabel om schermen van Getinax-folie of glasvezel te gebruiken. Bij hoge frequenties biedt staal een groter afschermend effect dan niet-magnetische metalen. Het is echter de moeite waard om te overwegen dat dergelijke schermen aanzienlijke verliezen in de afgeschermde circuits kunnen veroorzaken als gevolg van de hoge weerstand en het fenomeen hysteresis. Daarom zijn dergelijke schermen alleen van toepassing in gevallen waarin invoegverliezen kunnen worden genegeerd. Voor een grotere afschermingsefficiëntie moet het scherm bovendien minder magnetische weerstand hebben dan lucht, waardoor de magnetische veldlijnen de neiging hebben langs de wanden van het scherm te lopen en minder in de ruimte buiten het scherm door te dringen. Een dergelijk scherm is zowel geschikt voor bescherming tegen de invloed van een magnetisch veld als voor het beschermen van de externe ruimte tegen de invloed van een magnetisch veld dat wordt opgewekt door een bron binnen het scherm.

Er zijn veel staalsoorten en permalloy met verschillende magnetische permeabiliteitswaarden, dus de penetratiediepte moet voor elk materiaal worden berekend. De berekening wordt gemaakt met behulp van de geschatte vergelijking:

1) Bescherming tegen extern magnetisch veld

De magnetische veldlijnen van het externe magnetische veld (de inductielijnen van het magnetische interferentieveld) zullen voornamelijk door de dikte van de wanden van het scherm gaan, die een lage magnetische weerstand hebben vergeleken met de weerstand van de ruimte binnen het scherm. Als gevolg hiervan heeft het externe magnetische interferentieveld geen invloed op de werkingsmodus van het elektrische circuit.

2) Het afschermen van je eigen magnetisch veld

Een dergelijke afscherming wordt gebruikt als het de taak is om externe elektrische circuits te beschermen tegen de effecten van het magnetische veld dat door de spoelstroom wordt gecreëerd. Inductantie L, d.w.z. wanneer het nodig is om de door inductantie L veroorzaakte interferentie praktisch te lokaliseren, dan wordt dit probleem opgelost met behulp van een magnetisch scherm, zoals schematisch weergegeven in de figuur. Hier zullen bijna alle veldlijnen van de inductorspoel gesloten zijn door de dikte van de schermwanden, zonder daar voorbij te gaan, omdat de magnetische weerstand van het scherm veel kleiner is dan de weerstand van de omringende ruimte.

3) Dubbel scherm

Bij een dubbel magnetisch scherm kan men zich voorstellen dat een deel van de magnetische krachtlijnen die zich buiten de dikte van de wanden van het ene scherm uitstrekken, door de dikte van de wanden van het tweede scherm gesloten zullen worden. Op dezelfde manier kan men zich het effect voorstellen van een dubbel magnetisch scherm bij het lokaliseren van magnetische interferentie, gemaakt door het element elektrisch circuit dat zich in het eerste (binnenste) scherm bevindt: het grootste deel van de magnetische krachtlijnen (magnetische verstrooiingslijnen) zal zich door de wanden van het buitenste scherm sluiten. Uiteraard moeten bij dubbele schermen de wanddiktes en de afstand daartussen rationeel gekozen worden.

De algehele afschermingscoëfficiënt bereikt zijn grootste omvang in gevallen waarin de dikte van de wanden en de opening tussen de schermen toeneemt in verhouding tot de afstand vanaf het midden van het scherm, en de waarde van de opening het geometrische gemiddelde is van de wanddikten van de aangrenzende schermen. In dit geval is de afschermingscoëfficiënt:

L = 20lg (H/Ne)

Het vervaardigen van dubbele schermen volgens deze aanbeveling is om technologische redenen praktisch lastig. Het is veel handiger om een afstand tussen de schalen grenzend aan de luchtspleet van de schermen te kiezen die groter is dan de dikte van het eerste scherm, ongeveer gelijk aan de afstand tussen de stapel van het eerste scherm en de rand van het afgeschermde circuit element (bijvoorbeeld een inductorspoel). De keuze voor de ene of de andere dikte van de wanden van het magnetische schild kan niet eenduidig worden gemaakt. De rationele wanddikte wordt bepaald. schermmateriaal, interferentiefrequentie en gespecificeerde afschermingscoëfficiënt. Het is nuttig om het volgende te overwegen.

1. Naarmate de interferentiefrequentie toeneemt (de frequentie van het wisselende magnetische interferentieveld), neemt de magnetische permeabiliteit van materialen af en veroorzaakt dit een afname van de afschermende eigenschappen van deze materialen, aangezien naarmate de magnetische permeabiliteit afneemt, de weerstand tegen magnetische flux afneemt geleverd door het scherm neemt toe. In de regel is de afname van de magnetische permeabiliteit bij toenemende frequentie het meest intens voor die magnetische materialen die de hoogste initiële magnetische permeabiliteit hebben. Elektrisch plaatstaal met een lage initiële magnetische permeabiliteit verandert bijvoorbeeld weinig in de waarde van jx met toenemende frequentie, en permalloy, dat grote initiële waarden van magnetische permeabiliteit heeft, is zeer gevoelig voor een toename van de frequentie van het magnetische veld ; de magnetische permeabiliteit neemt scherp af met de frequentie.

2. In magnetische materialen die zijn blootgesteld aan hoogfrequente magnetische veldinterferentie, komt het oppervlakte-effect merkbaar tot uiting, dat wil zeggen de verplaatsing van de magnetische flux naar het oppervlak van de schermwanden, waardoor een toename van de magnetische weerstand van het scherm wordt veroorzaakt. Onder dergelijke omstandigheden lijkt het bijna nutteloos om de dikte van de schermwanden te vergroten tot voorbij de dikte die wordt ingenomen door de magnetische flux bij een gegeven frequentie. Deze conclusie is onjuist, omdat een toename van de wanddikte leidt tot een afname van de magnetische weerstand van het scherm, zelfs als er sprake is van een oppervlakte-effect. In dit geval moet tegelijkertijd rekening worden gehouden met de verandering in magnetische permeabiliteit. Omdat het fenomeen van het oppervlakte-effect in magnetische materialen zichzelf gewoonlijk merkbaarder begint te beïnvloeden dan de afname van de magnetische permeabiliteit in het laagfrequente gebied, zal de invloed van beide factoren op de keuze van de schermwanddikte verschillend zijn bij verschillende frequentiebereiken van magnetische interferentie. In de regel is de afname van de afschermingseigenschappen bij toenemende interferentiefrequentie meer uitgesproken bij schermen gemaakt van materialen met een hoge initiële magnetische permeabiliteit. De bovengenoemde kenmerken van magnetische materialen vormen de basis voor aanbevelingen over de materiaalkeuze en wanddikte van magnetische schermen. Deze aanbevelingen kunnen als volgt worden samengevat:

A) indien nodig kunnen schermen van gewoon elektrisch (transformator)staal, die een lage initiële magnetische permeabiliteit hebben, worden gebruikt om lage afschermingscoëfficiënten (Ke 10) te garanderen; dergelijke schermen bieden een vrijwel constante afschermingscoëfficiënt over een vrij brede frequentieband, tot enkele tientallen kilohertz; de dikte van dergelijke schermen hangt af van de frequentie van de interferentie, en hoe lager de frequentie, hoe groter de vereiste schermdikte; bij een magnetische stoorveldfrequentie van 50-100 Hz moet de dikte van de schermwanden bijvoorbeeld ongeveer 2 mm zijn; indien een verhoging van de afschermingscoëfficiënt of een grotere schermdikte gewenst is, dan is het raadzaam om meerdere afschermingslagen (dubbele of driedubbele schermen) van kleinere dikte toe te passen;

B) Het is raadzaam om schermen te gebruiken die gemaakt zijn van magnetische materialen met een hoge initiële permeabiliteit (bijvoorbeeld permalloy) als het nodig is om een grote afschermingscoëfficiënt (Ke > 10) te garanderen in een relatief smalle frequentieband, en het is niet raadzaam om de dikte van elke magnetische schermschaal meer dan 0,3-0,4 mm; het afschermende effect van dergelijke schermen begint merkbaar af te nemen bij frequenties boven enkele honderden of duizenden hertz, afhankelijk van de initiële permeabiliteit van deze materialen.

Alles wat hierboven over magnetische schilden is gezegd, geldt voor zwakke magnetische interferentievelden. Als het scherm zich dicht bij krachtige interferentiebronnen bevindt en er magnetische fluxen met hoge magnetische inductie optreden, dan is het, zoals bekend, noodzakelijk om rekening te houden met de verandering in magnetische dynamische permeabiliteit afhankelijk van de inductie; Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met verliezen in de dikte van het scherm. In de praktijk kom je dergelijke sterke bronnen van magnetische stoorvelden, waarbij rekening moet worden gehouden met hun effect op schermen, niet tegen, met uitzondering van enkele speciale gevallen waarin niet is voorzien in amateurradiopraktijken en normale bedrijfsomstandigheden voor grote groepen. gebruikte radioapparatuur.

Test

1. Bij gebruik van magnetische afscherming moet het scherm:
1) Heeft minder magnetische weerstand dan lucht
2) een magnetische weerstand hebben die gelijk is aan lucht
3) hebben een grotere magnetische weerstand dan lucht

2. Bij afscherming van magnetisch veld Aarding van de afscherming:
1) Heeft geen invloed op de effectiviteit van de afscherming
2) Verhoogt de efficiëntie van magnetische afscherming
3) Vermindert de effectiviteit van magnetische afscherming

3. Bij lage frequenties (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Schermdikte, b) Magnetische permeabiliteit van het materiaal, c) Afstand tussen het scherm en andere magnetische circuits.
1) Alleen a en b zijn correct
2) Alleen b en c zijn waar
3) Alleen a en c zijn waar
4) Alle opties zijn correct

4. Magnetische afscherming bij lage frequenties gebruikt:
1) Koper
2) Aluminium
3) Permalloy.

5. Magnetische afscherming bij hoge frequenties gebruikt:
1) Ijzer
2) Permalloy
3) Koper

6. Bij hoge frequenties (>100 kHz) is de effectiviteit van magnetische afscherming niet afhankelijk van:
1) Schermdikte

2) Magnetische permeabiliteit van het materiaal
3) Afstanden tussen het scherm en andere magnetische circuits.

Gebruikte literatuur:

2. Semenenko, V. A. Informatiebeveiliging / V. A. Semenenko - Moskou, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Informatiebeveiliging / V. I. Yarochkin - Moskou, 2000.

4. Demirchan, K.S. Theoretische basis Elektrotechniek Deel III/ KS Demirchan S.-P, 2003

Principes van magnetische veldafscherming

Er worden twee methoden gebruikt om het magnetische veld af te schermen:

Bypass-methode;

Schermmagneetveldmethode.

Laten we elk van deze methoden eens nader bekijken.

Methode voor het rangeren van een magnetisch veld met een scherm.

De methode van het rangeren van een magnetisch veld met een scherm wordt gebruikt om te beschermen tegen een constant en langzaam veranderend magnetisch wisselveld. Schermen zijn gemaakt van ferromagnetische materialen met een hoge relatieve magnetische penetratie (staal, permalloy). Als er een scherm is, lopen de magnetische inductielijnen voornamelijk langs de wanden (Figuur 8.15), die een lage magnetische weerstand hebben vergeleken met de luchtruimte binnen het scherm. De kwaliteit van de afscherming hangt af van de magnetische permeabiliteit van de afscherming en de weerstand van het magnetische circuit, d.w.z. Hoe dikker het scherm en hoe minder naden en verbindingen dwars in de richting van de magnetische inductielijnen lopen, de afschermingsefficiëntie zal hoger zijn.

Methode voor verplaatsing van een magnetisch veld door een scherm.

Dankzij het oppervlakte-effect (“skin-effect”) neemt de dichtheid van wervelstromen en de intensiteit van het wisselende magnetische veld exponentieel af naarmate men dieper in het metaal gaat

, (8.5)

Waar (8.6)

– indicator van de afname van veld en stroom, die wordt genoemd gelijkwaardige indringdiepte.

Hier is de relatieve magnetische permeabiliteit van het materiaal;

– magnetische permeabiliteit van vacuüm, gelijk aan 1,25*10 8 g*cm -1;

– soortelijke weerstand van het materiaal, Ohm*cm;

- frequentie Hz.

Voor een niet-magnetisch materiaal in formule (8.6) =1 wordt het afschermende effect alleen bepaald door en . Wat als het scherm van ferromagnetisch materiaal is gemaakt?

Als ze gelijk zijn, zal het effect beter zijn, aangezien >1 (50..100) en x 0 minder zullen zijn.

Laten we de waarden x 0,1 en x 0,01 uitdrukken via de waarde x 0; hiervoor maken we op basis van uitdrukking (8.5) de vergelijking

EN ,

nadat we hebben besloten welke we krijgen

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

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

Uit de tabel blijkt dat voor alle hoge frequenties, vanaf het middengolfbereik, een scherm van welk metaal dan ook met een dikte van 0,5..1,5 mm zeer effectief is. Bij het kiezen van de dikte en het materiaal van het scherm moet je niet uitgaan van de elektrische eigenschappen van het materiaal, maar je laten leiden overwegingen van mechanische sterkte, stijfheid, weerstand tegen corrosie, gemak van het verbinden van afzonderlijke onderdelen en het maken van overgangscontacten met een lage weerstand daartussen, gemak van solderen, lassen, enz.

Uit de tabelgegevens volgt dat voor frequenties groter dan 10 MHz geeft een koperfilm, en nog meer van zilver, met een dikte van minder dan 0,1 mm een aanzienlijk afschermend effect. Daarom is het bij frequenties boven 10 MHz heel acceptabel om schermen te gebruiken die zijn gemaakt van getinax-folie of ander isolatiemateriaal met een koper- of zilvercoating erop.

Staal kan als schermen worden gebruikt, maar u moet niet vergeten dat een stalen scherm vanwege de hoge weerstand en het hysteresisfenomeen aanzienlijke verliezen in de afschermingscircuits kan veroorzaken.

Filtratie

Filteren is het belangrijkste middel om structurele ruis te verminderen die wordt gegenereerd in gelijkstroom- en schakelcircuits. wisselstroom ES. Voor dit doel ontworpen ruisonderdrukkingsfilters maken het mogelijk geleide ruis van zowel externe als interne bronnen te verminderen. De filtratie-efficiëntie wordt bepaald door de verzwakking die door het filter wordt geïntroduceerd:

dB,

Aan het filter worden de volgende basiseisen gesteld:

Zorgen voor de gespecificeerde efficiëntie S in het vereiste frequentiebereik (rekening houdend met de interne weerstand en belasting van het elektrische circuit);

Beperking van de toegestane val van permanente of AC-spanning op het filter bij maximale belastingsstroom;

Zorgen voor aanvaardbare niet-lineaire vervormingen van de voedingsspanning, die de vereisten voor filterlineariteit bepalen;

Ontwerp voorwaarden– afschermingsefficiëntie, minimale totale afmetingen en gewicht, waardoor normaal wordt gegarandeerd thermisch regime, weerstand tegen mechanische en klimatologische invloeden, maakbaarheid van het ontwerp, etc.;

Filterelementen moeten worden geselecteerd rekening houdend met de nominale stromen en spanningen van het elektrische circuit, evenals met de spannings- en stroompieken die daarin worden veroorzaakt, veroorzaakt door instabiliteit van het elektrische regime en transiënte processen.

Condensatoren. Ze worden gebruikt als onafhankelijke ruisonderdrukkingselementen en als parallelle filtereenheden. Structureel zijn ruisonderdrukkingscondensatoren onderverdeeld in:

Tweepolig type K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Ondersteuningstype KO, KO-E, KDO;

Doorvoer niet-coaxiaal type K73-21;

Coaxiale doorvoer type KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Condensator eenheden;

Het belangrijkste kenmerk van een ruisonderdrukkingscondensator is de afhankelijkheid van de impedantie van de frequentie. Om interferentie in het frequentiebereik tot ongeveer 10 MHz te verminderen, kunnen tweepolige condensatoren worden gebruikt, rekening houdend met de korte lengte van hun kabels. Referentiworden gebruikt tot frequenties van 30-50 MHz. Symmetrische doorlaatcondensatoren worden gebruikt in een tweedraadscircuit tot frequenties in de orde van 100 MHz. Doorlaatcondensatoren werken over een breed frequentiebereik tot ongeveer 1000 MHz.

Inductieve elementen. Ze worden gebruikt als onafhankelijke ruisonderdrukkingselementen en als sequentiële koppelingen van ruisonderdrukkingsfilters. Structureel gezien zijn dit de meest voorkomende smoorspoelen speciale soorten:

Een ferromagnetische kern inschakelen;

Draaivrij.

Het belangrijkste kenmerk van een ruisonderdrukkingssmoorspoel is de afhankelijkheid van de impedantie van de frequentie. Bij lage frequenties wordt aanbevolen magnetodielektrische kernen van de merken PP90 en PP250 te gebruiken, gemaakt op basis van m-permalloy. Om interferentie in apparatuurcircuits met stromen tot 3A te onderdrukken, wordt aanbevolen om HF-smoorspoelen van het DM-type te gebruiken, en voor hogere nominale stromen - smoorspoelen uit de D200-serie.

Filters. Keramische doorlaatfilters van het type B7, B14, B23 zijn ontworpen om interferentie te onderdrukken in circuits met directe, pulserende en wisselstromen in het frequentiebereik van 10 MHz tot 10 GHz. De ontwerpen van dergelijke filters worden weergegeven in figuur 8.17

De door de filters B7, B14, B23 geïntroduceerde demping neemt in het frequentiegebied 10..100 MHz toe van circa 20..30 naar 50..60 dB en overschrijdt in het frequentiegebied boven 100 MHz de 50 dB.

Keramische doorvoerfilters van het type B23B zijn gebouwd op basis van keramische schijfcondensatoren en draaivrije ferromagnetische smoorspoelen (Figuur 8.18).

Turn-free smoorspoelen zijn een buisvormige ferromagnetische kern gemaakt van ferrietklasse 50 VCh-2, gemonteerd op een doorvoerterminal. De inductantie van de inductor is 0,08…0,13 μH. Het filterhuis is gemaakt van UV-61 keramisch materiaal, dat een hoge mechanische sterkte heeft. De behuizing is gemetalliseerd met een laagje zilver om een lage contactweerstand te garanderen tussen de buitenbekleding van de condensator en de aardingsbus met schroefdraad, die wordt gebruikt om het filter vast te zetten. De condensator is langs de buitenomtrek naar de filterbehuizing gesoldeerd en langs de binnenomtrek naar de doorvoerterminal. De afdichting van het filter wordt verzekerd door de uiteinden van de behuizing te vullen met een mengsel.

Voor B23B-filters:

nominale filtercapaciteiten – van 0,01 tot 6,8 µF,

nominale spanning 50 en 250V,

geschatte stroom tot 20A,

dimensies filter:

L=25mm, D=12mm

De door B23B-filters geïntroduceerde verzwakking in het frequentiebereik van 10 kHz tot 10 MHz neemt toe van circa 30..50 tot 60..70 dB en overschrijdt in het frequentiebereik boven 10 MHz de 70 dB.

Voor ES aan boord is het gebruik van speciale ruisonderdrukkende draden met ferrofillers met een hoge magnetische permeabiliteit en hoge specifieke verliezen veelbelovend. Voor draden van het merk PPE neemt de invoegdemping in het frequentiebereik 1...1000 MHz dus toe van 6 tot 128 dB/m.

Het ontwerp van meerpinsconnectoren is bekend, waarbij op elk contact één U-vormig ruisonderdrukkingsfilter is geïnstalleerd.

Totale afmetingen van het ingebouwde filter:

lengte 9,5 mm,

diameter 3,2 mm.

De door het filter geïntroduceerde verzwakking in een circuit van 50 ohm bedraagt 20 dB bij een frequentie van 10 MHz en maximaal 80 dB bij een frequentie van 100 MHz.

Filtering van voedingscircuits van digitale elektronische apparaten.

Pulsruis in vermogensbussen die optreedt tijdens het schakelen van digitale geïntegreerde schakelingen (DIC), maar ook extern doordringt, kan leiden tot storingen in de werking van digitale informatieverwerkingsapparaten.

Om het ruisniveau in vermogensbussen te verminderen, worden circuitontwerpmethoden gebruikt:

Het verminderen van de inductie van de “power” bussen, rekening houdend met de onderlinge magnetische koppeling van de directe en retourgeleiders;

Het verkleinen van de lengte van secties van “stroom”-bussen, die gebruikelijk zijn voor stromen voor verschillende digitale informatiesystemen;

Het vertragen van de randen van pulsstromen in de ‘power’-bussen met behulp van ruisonderdrukkende condensatoren;

Rationele topologie van stroomcircuits op een printplaat.

Toename in grootte dwarsdoorsnede geleiders leiden tot een afname van de intrinsieke inductie van de bussen en verminderen ook hun actieve weerstand. Dit laatste is vooral belangrijk in het geval van de aardbus, die de retourgeleider voor signaalcircuits is. Daarom in meerlagen printplaten Het is wenselijk om de “stroom”-bussen te maken in de vorm van geleidende vlakken die zich in aangrenzende lagen bevinden (Figuur 8.19).

De bovengrondse stroombussen die worden gebruikt in gedrukte schakelingen op digitale IC's hebben grotere dwarsafmetingen vergeleken met rails gemaakt in de vorm van gedrukte geleiders, en hebben daarom een lagere inductie en weerstand. Bijkomende voordelen van gemonteerde krachtbussen zijn:

Vereenvoudigde routering van signaalcircuits;

Het vergroten van de stijfheid van de PP door extra ribben te creëren die fungeren als begrenzers die de IC met gemonteerde ERE beschermen tegen mechanische schade tijdens installatie en configuratie van het product (Figuur 8.20).

De ‘power’-balken, vervaardigd door middel van printen en verticaal op de printplaat gemonteerd, zijn technologisch zeer geavanceerd (figuur 6.12c).

Er zijn bekende ontwerpen van gemonteerde rails die onder de IC-behuizing zijn geïnstalleerd en die zich in rijen op de printplaat bevinden (Figuur 8.22).

De overwogen ontwerpen van de "toevoer" -bussen bieden ook een grote lineaire capaciteit, wat leidt tot een afname van de golfimpedantie van de "toevoer" -lijn en bijgevolg tot een afname van het niveau van impulsruis.

De IC-stroomverdeling naar de PP mag niet in serie worden uitgevoerd (Figuur 8.23a), maar parallel (Figuur 8.23b)

Het is noodzakelijk om stroomverdeling in de vorm te gebruiken gesloten lussen(Afb. 8.23c). Dit ontwerp komt qua elektrische parameters dicht in de buurt van solide krachtvlakken. Ter bescherming tegen de invloed van een extern interferentiedragend magnetisch veld moet langs de omtrek van de PP een externe gesloten lus worden aangebracht.

Aarding

Het aardingssysteem is een elektrisch circuit dat de eigenschap heeft een minimaal potentieel te behouden, wat het referentieniveau is in een bepaald product. Het aardingssysteem in de voeding moet signaal- en stroomretourcircuits bieden, mensen en apparatuur beschermen tegen fouten in stroombroncircuits en statische ladingen verwijderen.

Voor aardingssystemen gelden de volgende basiseisen:

1) het minimaliseren van de algehele impedantie van de grondbus;

2) de afwezigheid van gesloten aardlussen die gevoelig zijn voor magnetische velden.

De ES vereist ten minste drie afzonderlijke aardingscircuits:

Voor signaalcircuits met lage stromen en spanningen;

Voor stroomcircuits met hoog niveau stroomverbruik (voedingen, ES-eindtrappen, enz.)

Voor carrosseriecircuits (chassis, panelen, schermen en metallisatie).

Elektrische circuits in de ES worden op de volgende manieren geaard: op één punt en op verschillende punten die zich het dichtst bij het aardingsreferentiepunt bevinden (Figuur 8.24)

Dienovereenkomstig kunnen aardingssystemen single-point en multi-point worden genoemd.

Het hoogste interferentieniveau treedt op in een enkelpuntsaardingssysteem met een gemeenschappelijke in serie geschakelde aardbus (Figuur 8.24 a).

Hoe verder weg het aardingspunt is, hoe groter het potentieel ervan. Het mag niet worden gebruikt voor circuits met een grote spreiding van het stroomverbruik, omdat FU's met hoog vermogen grote retourgrondstromen creëren die FU's met een klein signaal kunnen beïnvloeden. Indien nodig moet de meest kritische FU zo dicht mogelijk bij het referentieaardingspunt worden aangesloten.

Voor hoogfrequente circuits (f≥10 MHz) moet een meerpuntsaardingssysteem (Figuur 8.24 c) worden gebruikt, waarbij de RES FU wordt aangesloten op de punten die zich het dichtst bij het referentieaardingspunt bevinden.

Voor gevoelige circuits wordt een zwevend aardcircuit gebruikt (Figuur 8.25). Dit aardingssysteem vereist volledige isolatie van het circuit van het chassis (hoge weerstand en lage capaciteit), anders is het niet effectief. Kan worden gebruikt als voeding voor circuits Zonnepanelen of batterijen, en de signalen moeten het circuit binnenkomen en verlaten via transformatoren of optocouplers.

Figuur 8.26 toont een voorbeeld van de implementatie van de beschouwde aardingsprincipes voor een negensporige digitale tapedrive.

Er zijn de volgende grondbussen: drie signaal-, één stroom- en één carrosserie. De analoge FU's die het meest gevoelig zijn voor interferentie (negen detectieversterkers) zijn geaard met behulp van twee gescheiden aardbussen. Op de derde signaalbus, aarde, zijn negen schrijfversterkers aangesloten, die op hogere signaalniveaus werken dan de leesversterkers, evenals besturings-IC's en interfacecircuits met dataproducten. Drie motoren Gelijkstroom en hun stuurcircuits, relais en elektromagneten zijn verbonden met de aarde van de voedingsbus. Het meest gevoelige regelcircuit van de aandrijfasmotor is het dichtst bij het aardreferentiepunt aangesloten. De chassisgrondbus wordt gebruikt om het chassis en de behuizing te verbinden. De signaal-, stroom- en chassisgrondbussen zijn op één punt in de secundaire stroomvoorziening met elkaar verbonden. Opgemerkt moet worden dat het raadzaam is om structureel op te stellen bedradingsdiagrammen bij het ontwerpen van RES.

Afscherming van magnetische velden.

Bypass-methode. - Schermmagneetveldmethode.

Methode voor het rangeren van een magnetisch veld met een scherm gebruikt voor bescherming tegen constante en langzaam veranderende magnetische wisselvelden. Schermen zijn gemaakt van ferromagnetische materialen met een hoge relatieve magnetische penetratie (staal, permalloy). Als er een scherm is, lopen de magnetische inductielijnen voornamelijk langs de wanden, die een lage magnetische weerstand hebben vergeleken met de luchtruimte binnen het scherm. Hoe dikker het scherm en hoe minder naden en voegen, hoe effectiever de afscherming. Methode voor verplaatsing van een magnetisch veld door een scherm gebruikt voor het afschermen van wisselende hoogfrequente magnetische velden. In dit geval worden schermen van niet-magnetische metalen gebruikt. Afscherming is gebaseerd op het fenomeen inductie.

Als je een koperen cilinder in het pad van een uniform wisselende magnetische mol plaatst, waarin wisselende wervelinductiestromen (Foucaultstromen) worden opgewekt. Het magnetische veld van deze stromen zal gesloten zijn; binnen de cilinder zal het naar het opwindende veld worden gericht, en daarbuiten - in dezelfde richting als het opwindende veld. Het resulterende veld blijkt nabij de cilinder verzwakt en daarbuiten versterkt te zijn, d.w.z. het veld wordt verplaatst uit de ruimte die door de cilinder wordt ingenomen, wat het afschermende effect is, dat effectiever zal zijn naarmate de elektrische weerstand van de cilinder lager is, d.w.z. hoe groter de wervelstromen die er doorheen stromen.

Dankzij het oppervlakte-effect (“skin-effect”) neemt de dichtheid van wervelstromen en de intensiteit van het wisselende magnetische veld exponentieel af naarmate men dieper in het metaal gaat

Waar

μ – relatieve magnetische permeabiliteit van het materiaal; μ˳ – magnetische permeabiliteit van vacuüm, gelijk aan 1,25*108 g*cm-1; ρ – materiaalweerstand, Ohm*cm; ƒ – frequentie, Hz.

Voor een niet-magnetisch materiaal is μ = 1. En het afschermende effect wordt alleen bepaald door ƒ en ρ.

Afscherming is een actieve methode om informatie te beschermen. Magnetische veldafscherming (magnetostatische afscherming) wordt gebruikt wanneer het nodig is om interferentie bij lage frequenties van 0 tot 3..10 kHz te onderdrukken. De efficiëntie van magnetostatische afscherming neemt toe wanneer meerlaagse afschermingen worden gebruikt.

De effectiviteit van magnetische afscherming hangt af van de frequentie en elektrische eigenschappen van het afschermingsmateriaal. Hoe lager de frequentie, hoe zwakker het scherm, hoe dikker het gemaakt moet worden om hetzelfde afschermende effect te bereiken. Voor hoge frequenties, vanaf het middengolfbereik, is een scherm gemaakt van welk metaal dan ook met een dikte van 0,5 ... 1,5 mm zeer effectief. Bij het kiezen van de dikte en het materiaal van het scherm moet rekening worden gehouden met mechanische sterkte, stijfheid, weerstand tegen corrosie, het gemak van het verbinden van afzonderlijke onderdelen en het maken van overgangscontacten daartussen met lage weerstand, het gemak van solderen, lassen, enz. Voor frequenties boven 10 MHz, koper en, nog meer, dikke zilverfilm van meer dan 0,1 mm geeft een aanzienlijk afschermend effect. Daarom is het bij frequenties boven 10 MHz heel acceptabel om schermen te gebruiken die zijn gemaakt van getinax-folie of ander isolatiemateriaal met een koper- of zilvercoating erop. Voor de vervaardiging van schermen worden de volgende materialen gebruikt: metalen materialen, diëlektrische materialen, glas met een geleidende coating, speciale gemetalliseerde stoffen, geleidende verven. Metalen materialen (staal, koper, aluminium, zink, messing) die worden gebruikt voor afscherming worden vervaardigd in de vorm van platen, gaas en folie.

Al deze materialen voldoen aan de eis van corrosiebestendigheid wanneer ze worden gebruikt met geschikte beschermende coatings. De technologisch meest geavanceerde schermenontwerpen zijn gemaakt van staal, omdat lassen of solderen op grote schaal kan worden gebruikt bij de vervaardiging en installatie ervan. Metalen platen moeten langs de gehele omtrek elektrisch met elkaar verbonden zijn. De elektrische las- of soldeernaad moet continu zijn om een volledig gelaste schermstructuur te verkrijgen. De dikte van het staal wordt gekozen op basis van het doel van de schermstructuur en de omstandigheden van de montage ervan, evenals de mogelijkheid om continue lassen tijdens de productie te garanderen. Stalen schermen zorgen voor een demping van elektromagnetische straling met ruim 100 dB. Gaasschermen zijn eenvoudiger te vervaardigen, handig voor montage en bediening. Ter bescherming tegen corrosie is het raadzaam om het gaas te voorzien van een anti-corrosielak. De nadelen van gaasschermen zijn onder meer een lage mechanische sterkte en een lagere zeefefficiëntie in vergelijking met gaasschermen. Voor gaasschermen is elk naadontwerp geschikt dat zorgt voor een goed elektrisch contact tussen aangrenzende gaaspanelen, minimaal elke 10-15 mm. Hiervoor kan gebruik worden gemaakt van solderen of puntlassen. Een scherm gemaakt van vertind koolstofarm staalgaas met een cel van 2,5-3 mm geeft een demping in de orde van 55-60 dB, en van hetzelfde dubbele (met een afstand tussen de buitenste en de intern gaas 100 mm) ongeveer 90 dB. Het scherm, gemaakt uit één kopergaas met een cel van 2,5 mm, heeft een demping van ongeveer 65-70 dB

Wij bouwen een houten huis. Informatief portaal

Afscherming van het magnetische veld van een permanente magneet. Magnetische afscherming

Principes van magnetische veldafscherming