Під імпульсними наведеннями розуміються різні види перешкод, створюваних стрибками постійного чи змінного напруги чи струму, які у будь-яких ланцюгах і приладах. До імпульсних наведень відносяться:
безпосереднє наведення відеоімпульсів;
ударне збудження високочастотних пристроїв відеоімпульсами або проходження через них спектру частот відеоімпульсів, що виходять у спеціальних генераторах, підсобних ланцюгах різних пристроїв телевізорах;
ударне збудження високочастотних пристроїв, що виникає при роботі колекторних моторів, реле, вимикачів, телефонних апаратів та іншої контактної апаратури;
ударне збудження високочастотних пристроїв відеоімпульсами, що виходять в результаті детектування імпульсів високої
частоти в перевантажених підсилювальних каскадах та інших нелінійних опорах.
Джерела та шляхи проходження таких наведень були розглянуті в § 1-7, 1-8, 1-9, 1-10, 1-11, 1-12.
Першим етапом роботи з придушення імпульсних наведень є з'ясування конкретних їх джерел та шляхів зв'язку з приймачем наведень.
Для цього необхідно:
а) По черзі вимикати різні ланцюги та частини пристроїв до повного зникнення перешкоди або її зменшення.
б) Зменшувати крутість стрибків, включаючи фільтри, що згладжують, до різних точок, в яких спостерігаються стрибки, домагаючись цим зменшення наведення і зміни форми наведеного імпульсу.
в) Збільшувати тривалість імпульсів у різних ланцюгах, спостерігаючи, як вони спотворюються на виході приймача наведення з тим, щоб з'ясувати, чи не відбувається їх диференціювання або інтегрування (якщо вони надходять безпосередньо на відеопідсилювач) або поділ на два (якщо вони проходять через підсилювач високою або проміжної частоти і де-
тектор), рис. 1-18 та1-29.
г) Вимикати у приймачі наведення послідовно, починаючи від входу (антени), різні каскади та інші ланцюги, домагаючись зникнення наведення.
д) Шунтувати конденсатором великої ємності з короткими висновками різні ланцюги, якими може передаватися наведення, і домагатися її
зменшення.
У результаті першого етапу роботи має бути складена чітка схема, хоча б одного каналу зв'язку, яким проходить перешкода. При цьому повинні бути відомі джерело наведення, його вихід, ланцюги зв'язку, вхід приймача, ланцюги методи проходження імпульсу в приймачі на наведення.
Другим етапом роботи є внесення до приладу змін, необхідних для придушення наведення. У цьому треба пам'ятати, що залежно від характеру імпульсних наведень вони пригнічуються такими способами.
Для придушення наведення від відеоімпульсів та інших стрибків постійної напруги, що надходять безпосередньо на підсилювачі відеопідсилювачі, підсилювачі низької частоти та інші пристрої без резонансних підсилювачів високої частоти за однією зі схем рис. 1-28, необхідно ввести додаткові деталі, що послаблюють зв'язок між джерелом і приймачем наведення
2. Наведення від стробирующих відеоімпульсів, що подаються на підсилювачі високої частоти для управління посиленням, виходить внаслідок різких стрибків анодного струму керованих ламп, що призводять до ударного збудження контурів підсилювача. Для придушення такого наведення необхідно знижувати крутість країв імпульсів, що стробують. Якщо таке згладжування керуючого імпульсу неприпустимо, то єдиним способом придушення наведення буде застосування в керованих каскадах підсилювача високої частоти двотактних схем сдачею стробімпульсу на середню точку сіткової обмотки трансформатора.
3. Всі інші види ударного збудження підсилювачів високої частоти (радіоприймачів) відеоімпульсами і будь-якими стрибками постійної напруги виникають переважно шляхом проникнення перешкод на вхідні ланцюги підсилювача (антену) разом з корисними сигналами. Пригнічення таких наведень проводиться у джерела в першу чергу включенням фільтрів у ланцюги живлення джерела наведення і екрануванням
ньому мережі живлення, як розібрано в попередньому параграфі.
У поодиноких випадках близького розташування джерела подібного наведення з її приймачем (на відстанях 1 м і менше), крім фільтрів, може знадобитися повне екранування джерела приміщенням його в металевий кожух (наприклад, екранування реле, що знаходиться у антенного введення радіо) або часткове екранування внутрішніх елементів джерела (наприклад, екранування графітового покриття електроннопроменевої трубки в телевізорах, рекомендоване в літературі
турі.
4. При придушенні наведення високочастотних імпульсів, що надходять на підсилювач високої частоти, не налаштований на несучу частоту імпульсів, необхідно, щоб в елементах приймача наведення не відбувалося детектування імпульсів, що заважають, тобто щоб приймач наведення не перевантажувався і працював у лінійному режимі. Для цього потрібно знижувати напругу перешкоди у ланцюзі, що знаходиться перед першим нелінійним елементом приймача (лампою або напівпровідниковим детектором). Вибірковість преселектора, що складається з одного або двох контурів, виявляється недостатньою при подачі на нього високочастотних імпульсів великої потужності.
Якщо радіоприймач заново проектується для спільної роботи з потужними імпульсними генераторами високої частоти, він повинен бути забезпечений спеціальним багатоконтурним преселектром, що забезпечує велике ослаблення сигналів будь-яких частот, крім входять в смугу пропускання приймача. Якщо ж потрібно пристосувати готовий радіоприймач для зазначеної мети, то можна отримати хороший результат, якщо додати у вод антени одноабо двоячечний фільтр, розрахований на послаблення несучої частоти імпульсів, що заважають.
Труднощі у розробці такого фільтра полягають у тому, що він повинен одночасно задовольняти двом вимогам: не погіршувати показники приймача та давати досить велике ослаблення перешкод. Якщо заважають імпульси мають дуже високу несучу частоту, то досить незначного ємнісного зв'язку всередині приймача між будь-якими проводами, що входять до приймача ззовні, і деталями високочастотної частини приймача, щоб імпульс, що заважає, надійшов крім преселектора або ан-
ного фільтра. Тому в приймачах, що працюють у таких умовах, необхідно мати фільтруючі комірки у місцях введення будь-яких проводів, включаючи телефонний шнур у приймачі радіозв'язку.
5. Рівень ударного збудження високочастинними імпульсами дуже невисокий (§ 1-10 та 1-11). Тому така перешкода надходить на приймач наведення тільки через антеневведення на тих же частотах, що і корисні сигнали. Єдиним способом придушення цього наведення є обмеження спектра частот, що випромінюється імпульсним генератором високої частоти.
4-9. Застосування подвійних ламп
Серед зібраних в одному балоні подвійних ламп є велика кількість тріодів (літера Н на другому місці умовного позначення) та кілька типів тріод-пентодів (літера Ф на другому місці умовного позначення). Конструкції окремих типів подвійних ламп виконані по-різному. У деяких типах ламп між частинами лампи є екран з окремим висновком, в інших конструкціях екран з'єднаний з одним з катодов
в третіх – екран відсутній зовсім.
У Технічні умови на подвійні лампи здебільшого обумовлюють ємність між анодами або між анодом однієї половини і сіткою іншої половини. Розмір цих ємностей коливається не більше 0,02- 0,5пф залежно від типу лампи. Вони є ланкою, що зв'язує ланцюги, які включені різні половини однієї лампи. У технічних умовах деякі типи подвійних ламп величини сполучних ємностей не обумовлені зовсім. При цьому вони можуть бути досить великі і можуть змінюватися від екземпляра до екземпляра в межах.
Крім ємнісного зв'язку, між окремими частинами подвійної лампи може існувати зв'язок за рахунок електронного потоку, що проникає через щілини та отвори в конструкції лампи з однієї половини на електроди іншої половини. Цей вид зв'язку технічними умовами не передбачено, хоча іноді може виявитися неприпустимим.
В результаті аналізу впливу обох видів зв'язку можна дати наступні рекомендації щодо застосування подвійних ламп. Найкраще такі лампи працюють у схемах із сильним зв'язком обох частин один з одним: мультивібратори, кипп-реле, тригери, блокінг-генератори з пусковою лампою, двофазні та двотактні підсилювачі, перетворювачі частоти, що складаються із змішувача та гетеродина, і т.д. Добре працюють подвійні лампи у двох сусідніх підсилювальних каскадах на не дуже високих частотах. При вико-
Застосування подвійних ламп у двох різних каналах радіоприладу в принципі небажане і до нього слід вдаватися лише у випадках нагальної потреби. При цьому слід порівняти рівні змінних напруг і потужностей в обох елементах, що поєднуються. Чим менше відрізняються один від одного ці рівні, тим більше ймовірно, що застосування подвійної лампи пройде безболісно.
ними проводами також є НВЧ резонансний контур, налаштований ємністю сітка-катод.
Обидва контури пов'язані через ємність сітка - сітка, що екранує Сg1,2 , що грає тут роль прохідної ємності.
Таким чином, схема ланцюгів катода, ек- Рис. 4-23. Генерація підсилювальногоранирующей та керуючої сіток екві-каскаду на НВЧ.
валентна схемою генератора на тріоді зі зв'язком через внутрішньолампову прохідну ємність. При сприятливому (з
виникаєгенерація.
Виникнувши в проміжних каскадах, ця генерація може явно не проявитися, а вплинути на такі зазвичай рідко контрольовані параметри, як анодний струм окремих ламп, лінійність амплітудної характеристики тощо. Іноді ця ж генерація, змінюючи режим роботи підсилювача, може спричинити зворотні зв'язки. основну частоту. Зі знищенням такої генерації одночасно пропаде спотворення частотних характеристик підсилювача.
Подібна | генерація | особливо | |||||
виникає у вихідних каскадах підсилювачів |
|||||||
відеопідсилювачів, |
|||||||
збираються | на потужних | пентодах або | |||||
пологах при паралельному з'єднанні двох і |
|||||||
з анодною | |||||||
катодний | навантаженням. | Тут (рис. 4-24) |
|||||
з'єднувальні дроти між керуючими |
|||||||
і екрануючими сітками обох ламп перед- |
|||||||
Мал. 4-24. Генерація посилюють | симетричною | ||||||
ного каскаду на НВЧ при ні, | включеною | за двотактною схемою, |
|||||
паралельному з'єднанні іламп. | застосовується зазвичай у генераторах ультрако- |
||||||
роткиххвиль.
Таку ж схему двотактного генератора НВЧ легко побачити у схемі катодного повторювача з паралельним вимкненням ламп, якщо врахувати індуктивності та ємності з'єднувальних проводів між анодами та сітками.
Дещо легше виявляється генерація на НВЧ у потужних підсилювальних каскадах низької частоти по світінню неонової лампи. Для проведення такого експерименту лампочку невеликих розмірів прикріплюють до
Спеціальність 221600
Санкт-Петербург
1. МЕТА РОБОТИ
Метою цієї роботи є вивчення принципу роботи та визначення ефективності подавлювача імпульсних широкоспектральних перешкод.
2. КОРОТКІ ВІДОМОСТІ З ТЕОРІЇ
Основними методами захисту радіоприймальних пристроїв від імпульсних широкоспектральних перешкод є:
а) позаприйнятні - застосування вузькоспрямованих антен, винесення антени із зони дії імпульсних перешкод та придушення перешкод у місці їх виникнення;
б) схемні - різні способи обробки суміші корисний сигнал - імпульсна перешкода з метою ослаблення впливу, що заважає.
Одним із ефективних схемних способів боротьби з імпульсними перешкодами є застосування схеми широка смуга – амплітудний обмежувач – вузька смуга (схема ШОУ). Така схема часто використовується у радіозв'язку.
У цій роботі досліджується схема ШОУ для двох випадків:
а) корисний сигнал є відеоімпульсами;
б) корисний сигнал є безперервним радіосигналом з амплітудною модуляцією.
Структурні схеми цих випадків представлені на рис. 1 а та 1б відповідно. У першому випадку схема ШОУ розташована після амплітудного детектора АТ, у другому - у тракті радіочастоти до АТ.
Схема ШОУ представлена на рис. 1а включає послідовно з'єднані широкосмуговий відеопідсилювач, амплітудний обмежувач і вузькосмуговий відеопідсилювач. На вхід схеми: з детектора надходить суміш сигнал - перешкода (рис.2а), причому тривалість сигналу набагато перевищує тривалість перешкоди (tc>>tп), а амплітуда перешкоди істотно більша за амплітуду сигналу (Uп>>Uc). Широкосмуговий підсилювач призначений для посилення вхідної суміші рівня, що забезпечує нормальну роботу обмежувача. Смуга пропускання підсилювального тракту до обмежувача вибирається такою, щоб уникнути суттєвого збільшення тривалості імпульсу перешкоди (рис.2б). Поріг обмеження трохи вищий за рівень корисного сигналу, тому після обмеження рівні сигналу і перешкоди стають майже рівними (рис. 2в). Вузькосмуговий відеопідсилювач (або фільтр) виконує роль інтегратора, постійна часу якого узгоджена з тривалістю сигналу і набагато перевищує тривалість перешкоди. Зважаючи на те, що tc>>tп, сигнал на виході фільтра встигає вирости до свого амплітудного значення, а перешкоди - ні (рис. 2г). Таким чином, відношення сигнал/перешкода на виході схеми ШОУ різко зростає.
Оцінимо виграш у співвідношенні сигнал/перешкода під час використання схеми ШОУ. На вході схеми присутні сигнал з амплітудою Uc і тривалістю tc і перешкода з прямокутною обгинальною (Uп, tп). Роль інтегруючої виконує RC - ланцюг першого порядку з перехідною характеристикою виду
h(t)=1- exp(- tп/ tRC) (1)
де tRC = RC – постійна часу фільтра.
З теорії відомо, що тривалість наростання сигналу рівня 0.9 Uc для такого ланцюга визначається співвідношенням
t н=2.3 t RC (2)
Рівень перешкоди на виході амплітудного обмежувача Uп = Uогр, де Uогр - поріг обмеження, а рівень корисного сигналу та перешкоди на виході схеми відповідно
Ucвих=0,9 UcK (3)
Uпвых= UогрДо (4)
де К – коефіцієнт посилення схеми. Відношення сигнал/перешкода по напрузі на виході схеми ШОУ
hвих=(Uc/ Uп)вих = 0,9 *Uз/(Uогр) (5)
Виграш від використання схеми визначається співвідношенням
(6)
або, з урахуванням (5),
q1 =0.9* Uп/(Uогр(1/)) (7)
Так як tп<< tRC іtз=2,3 tRC, то
q1 =(0.9* Uп/ Uогр)*(tз/2,3 tп) » 0.4( Uп/ Uогр)*(tз/ tп) (8)
При вимкненій схемі ШОУ (обмежувач вимкнено) рівень перешкоди на виході
Uпвых= UпK (9)
При цьому відношення сигнал/перешкода на виході
hвих=(Uc/ Uп)вих = 0,9 *Uз/(Uп) (10)
а виграш, що отримується за рахунок "вузькосмугової" вихідного фільтра, узгодженого по смузі з корисним сигналом, дорівнює
q2=[ hвих/ hвх]ШОУвикл = 0,9 / (11)
Відносний виграш, який отримується при використанні схеми ШОУ, визначається як співвідношення
n= q1/ q2 (12)
Після підстановки (7) і (11) до (12) і, враховуючи співвідношення
n<< tRC іtз=2,3 tRC, , маємо
n= q1/ q2 = Uп/ Uогр (13)
У схемі ШОУ (рис. 16) широкосмуговим підсилювачем є резонансні каскади підсилювача проміжної частоти (УПЧ) зі смугою пропускання набагато ширше ширини спектра корисного сигналу. УПЧ розташовано до обмежувача. Як інтегратор використовується каскад УПЧ після обмежувача, причому смуга пропускання цього каскаду узгоджена із шириною спектра корисного сигналу. Щоб уникнути погіршення завадостійкості приймача через розширення смуги пропускання каскадів УПЧ до обмежувача, схему ШОУ розташовують якомога ближче до входу приймача.
3. ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ
Структурна схема лабораторної установки для дослідження подавлювача перешкод представлена на рис. 3. До складу лабораторної установки входять:
1. Генератор стандартних сигналів (ГСС);
2. Осцилограф;
3. Лабораторний макет подавлювача перешкод.
Структурну схему установки наведено на рис. 4. Схема містить імітатор суміші сигналів та перешкод та схему ШОУ. Амплітудно-модульоване коливання (АМК) від ГСС подається на вхід імітатора суміші сигналу та імпульсної перешкоди. АМК має такі параметри:
а) амплітуда Um = 100 мВ;
б) несуча частота fo == 100КГц;
в) частота модуляції fm = 1 КГц. Імітатор виробляє такі сигнали:
Sam – корисне АМК;
Sі – імпульсний корисний сигнал;
Sп - імпульсна перешкода прямокутної форми;
Spп - радіоімпульсна перешкода з прямокутною формою огинаючої.
СІНХР - синхроімпульс осцилографа. На передній панелі лабораторного макета передбачена можливість включення сигналів, що імітуються, і перешкод тумблерами "Сигнал вкл" і "Перешкода вкл" відповідно. Корисний імпульсний сигнал поєднується з імпульсною перешкодою в суматорі 1, а безперервний корисний сигнал з AM і радіоімпульсна перешкода - в суматорі 2. Суміш корисного сигналу з перешкодою надходить на дві схеми ШОУ, призначених для роботи як на відеочастоті, так і на радіочастоті. Перемикання схем здійснюється перемикачем "Sam-Sі", розташованому на передній панелі макета. Перша схема містить широкосмуговий відеопідсилювач (ШВУ), обмежувач, на діодах VD1, VD2 та вузькосмуговий фільтр (УФ1), реалізований RC-ланцюжком. Друга схема містить широкосмуговий підсилювач, обмежувач, вузькосмуговий фільтр (УФ2) та детектор АМК. УФ2 є коливальним контуром L1 Ск1 Ск2, смуга пропускання якого узгоджена з
шириною спектра АМК. Обмежувач вмикається тумблером "ВКЛ ПП". Перемикач контрольних точок три положення (1, 2, 3) дозволяє за допомогою осцилографа спостерігати сигнали на вході схеми ШОУ, на вході обмежувача і на виході схеми.
4. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
3.1. Ознайомитися з принципом роботи подавлювача перешкод і складом апаратури, що використовується.
3.2. Дослідження подавлювача перешкод за наявності імпульсного корисного сигналу.
3.2.1. Підготовка до роботи:
Встановити на виході ГСС сигнал із такими параметрами:
а) амплітуда – 100 мВ;
б) частота – 100 КГц;
в) глибина модуляції – 30 %.
Включити макет, встановити перемикач "Sам-Sі" у положення Sі, перемикачі "Перешкода увімкнути", "Сигнал увімкнення" - у положення увімкнено, перемикач контрольних точок - у положення 1.
3.2.2. Вимірювання:
Виміряти за допомогою осцилографа параметри сигналу та перешкоди на вході схеми (амплітуди сигналу Uc та перешкоди Uп; тривалість сигналу tс та перешкоди tп);
Обчислити відношення сигнал/перешкода по напрузі на вході схеми;
Спостерігати сигнал у контрольних точках схеми при включеному та вимкненому пригнічувачі перешкод, відключаючи обмежувач тумблером "Вкл ПП";
Виміряти відношення сигнал/перешкода на виході схеми при включеному та вимкненому пригнічувачі перешкод;
За результатами вимірювань визначити відносний виграш та порівняти з розрахунковим;
Замалювати осцилограми у контрольних точках схеми при включеному та вимкненому пригнічувачі.
3.3.Дослідження подавлювача перешкод при прийомі безперервного сигналу сAM.
3.3.1. Підготовка до роботи:
Встановити перемикачі на такі положення:
a) "Sам-Sі"-Sам
б) "Сигнал вкл" - увімкнено;
в) "Перешкода вкл" - вимкнено;
г) контрольних точок – 3;
змінюючи частоту генератора в межах 100кГц, досягти максимального сигналу на виході детектора. Спостереження вести екран осцилографа.
3.3.2 Вимірювання:
Спостерігати сигнал у контрольних точках схеми при включеному та вимкненому придушенні перешкод, відключаючи обмежувач тумблером "Вкл ПП",
Виміряти відношення сигнал/перешкода на вході схеми (контрольна точка 1);
Виміряти відношення сигнал/перешкода на виході схеми (контрольна точка 3) при включеному та вимкненому пригнічувачі;
Примітка рівні корисного сигналу та перешкод на вході та виході схеми вимірюються окремо (включення сигналу та перешкоди здійснюється тумблерами "сигнал вкл" та "перешкода вкл");
За результатами вимірювань визначити виграш щодо сигналу перешкоди при використанні схеми ШОУ і відносний виграш.
структурна схема досліджуваного подавлювача перешкод;
осцилограми сигналів у контрольних точках схеми;
розрахунок очікуваного виграшу щодо сигнал/перешкода прийому відеосигналів;
експериментальні дані про ефективність подавлювача перешкод для відео та радіосигналів.
ЛІТЕРАТУРА
Захист від радіоперешкод. , та ін.; За ред. М: Рад. радіо, 1976
В даний час у більшості електронних пристроїв джерел постійної напруги використовуються вбудовані або зовнішні імпульсні блоки живлення(ДБЖ). Основний принцип роботи (ДБЖ) полягає в тому, що мережна змінна напруга спочатку випрямляється, далі перетворюється на змінну високочастотну напругу прямокутної форми, яка потім знижується або підвищується трансформатором до необхідних значень, далі випрямляється, фільтрується і стабілізується за допомогою зворотнього зв'язку(ОС).
Широке поширення (ДБЖ) обумовлено кількома причинами: невеликою вагою, малими габаритами, високим ККД, низькою вартістю, широким діапазоном напруги живлення і частоти, високим ступенем стабілізації вихідної напруги і т.д.
До недоліків (ДБЖ) можна віднести те, що всі вони без винятку є джерелами інтенсивних електромагнітних перешкод(ЕПМ), це з принципом роботи схеми перетворювача, т.к. сигнали (ДБЖ) являють собою періодичну послідовність імпульсів. Спектри таких сигналів займають діапазон частот завширшки до кількох мегагерц. Перешкоди можуть поширюватися у вигляді струмів, що поточні у провідних елементах, контурі заземлення та самої землі ( кондуктивні перешкоди) та у вигляді електромагнітних полів у непровідних середовищах ( індуктивні перешкоди).
Також самі (ДБЖ) досить сприйнятливі до впливу зовнішніх (ЕПМ). У зв'язку з цим виникає необхідність, як придушувати перешкоди, які вони генерують і наводять в мережу живлення, так і захищати їх від зовнішніх перешкод, що проникають з мережі живлення. Для цієї мети (ДБЖ) обов'язково повинен мати мережевий фільтрпридушення (ЕПМ), або як його ще називають EMI- фільтр(Рис. 1).
Рис.1 Вбудований мережевий фільтр придушення електромагнітних перешкод.
Слід зазначити, що такий фільтр працюватиме як у прямому, і у зворотному напрямі, тобто. послабить як вхідні, і вихідні перешкоди.
Кондуктивна перешкодапо мережі живлення має дві складові - протифазну і синфазну.
Це напруга перешкоди між шинами живлення, фазою (L) і нулем (N) мережі живлення. Струм протифазної перешкоди, наведений на обидва дроти мережі живлення, протікає по них у протилежних напрямках (рис.2).
Протифазні напруги перешкод безпосередньо накладаються на напругу живлення мережі живлення, впливають на лінійну ізоляцію між проводами і можуть бути сприйняті як керуючі сигнали в пристроях, і тим самим викликати помилкове спрацьовування.
Синфазна (асиметрична, несиметрична) складова перешкоди - це напруга перешкоди між шинами живлення мережі і корпусом пристрою (заземленням), тобто. між фазою (L)і землею (GND) , нулем (N)і землею (GND) . Струм синфазної перешкоди протікає по шинах мережі живлення в одному напрямку (рис.3).
Синфазні перешкоди зумовлені головним чином різницею потенціалів у ланцюгах заземлення пристрою, викликаного струмами в землі (аварійними, при замиканнях високовольтних ліній на землю, робітниками або струмами блискавки), а також магнітними полями. Синфазна напруга перешкод впливає на ізоляцію проводів щодо землі і може вести до електричних пробоїв. Так само може відбуватися часткове або повне перетворення синфазної перешкоди протифазну.
Крім мережевого фільтра вхідні ланцюги (ДБЖ) повинні мати захист від короткого замикання ( Запобіжник), імпульсних кидків напруги в мережі живлення ( Варісторі Супресор), обмежувач кидка струму при включенні (ДБЖ) в мережу живлення ( Термістор), а також мати захист від зовнішніх впливів, наприклад, грози або високовольтного електричного пробою (). На (рис. 4) показана схема багатоланкового мережевого фільтра, що забезпечує якісне придушення синфазних та диференціальних перешкод з елементами захисту вхідних ланцюгів (ДБЖ).
Рис.4 Схема багатоланкового мережевого фільтра придушення (ЕПМ) з елементами захисту вхідних ланцюгів (ДБЖ).
Схема фільтра реалізована на основі двох фільтрів нижніх частот(ФНЧ) шляхом каскадного з'єднання (Г-подібних) або (Т-подібних) ланок. Призначення елементів схеми мережевого фільтра:
ЗY1, CY2 - конденсаториYтипупризначені для придушення синфазної складової перешкоди. Вибір величини ємності конденсаторів CY, насамперед, визначається значенням безпечного людини струму заземлення, величина якого устаткування загального призначення становить трохи більше 2мА, а медичного трохи більше 0,1мА. Місткість СY конденсаторів варіюється від 470пФ до 10000пФ, на робочу напругу 3кВ. Яка б не була ємність конденсаторів СY, повністю прибрати перешкоди неможливо, можна тільки їх зменшити. Для однофазної мережі живлення з номінальною напругою до 250В використовуються конденсатори класуY2, які витримують імпульси до 5кВ Збільшення ємності конденсаторів CY покращує фільтрацію синфазних перешкод, але збільшує струм витоку.
ЗX1, CX2, CX3-кконденсатори X типупризначені для придушення протифазної складової перешкоди. Завдання СХ конденсаторів не пропускати перешкоди із зовнішньої мережі живлення (ДБЖ), а так само не випускати перешкоди, створені самим (ДБЖ) у зовнішню мережу живлення.
Опір конденсаторів CX зменшується зі зростанням частоти, отже, перешкоди та різкі стрибки напруги шунтуються (закорочуються) на вході та виході мережевого фільтра. Місткість СX конденсаторів варіюється від 0,1мкФ до 1мкФ і залежить від потужності (ДБЖ). Яка б не була ємність СГ конденсаторів, повністю забрати перешкоди неможливо, можна тільки їх зменшити. Для однофазної мережі живлення з номінальною напругою до 250В використовуються конденсатори класу Х2, які витримують імпульси до 2,5 кв. До конденсаторів типу СГ пред'являються високі вимоги щодо безпеки. Вони повинні витримувати максимально можливі сплески напруги в мережі живлення, не повинні загорятися і підтримувати горіння. Збільшення ємності CX конденсатора покращує фільтрацію диференціальних перешкод, але призводить до збільшення реактивного струму.
LY1-синфазний дросельвикористовуються для придушення синфазних перешкод. Він виконаний на тороїдальному феритовому сердечникуз досить високою магнітною проникністю (μ)та має дві ідентичні обмотки (рис. 5).
Рис.5 Схема синфазного дроселя.
У разі синфазних струмів перешкод, магнітні потоки обох обмоток складаються, т.к. обмотки дроселя виявляються включеними послідовно з шинами живлення фазою (L) і нулем (N) мережі живлення. Вхідний імпеданс збільшується, що призводить до придушення синфазних струмів перешкод та значного зниження амплітуди шумового сигналу. Індуктивний опір XL зростає із збільшенням частоти синфазних перешкод: XL=2πfL, f-частота перешкод, L-індуктивність включених послідовно обмоток дроселя.
Коли через обмотки протікають диференціальні струми перешкод, вони індукують низькочастотні магнітні поля, які при такому включенні мають протилежні напрямки і компенсують взаємно один одного.
Таким чином, обмотки дроселя для синфазної складової перешкоди мають великий індуктивний опір, оскільки синфазного струму вони включені згідно. У той же час для протифазної складової перешкоди індуктивне опір обмоток мінімально, так як для протифазного струму вони зустрічно зустрічаються.
Індуктивність синфазного дроселя LY визначається багатьма параметрами і лежить в діапазоні від 10 до 0,47мГн при струмі споживання від 1A до 10A. Початкова магнітна проникність осердя μ i = 6000-10000. Розміри феритового сердечника та діаметр дроту обмоток залежать від потужності (ДБЖ) з урахуванням пускових струмів. Збільшення індуктивності синфазного дроселя покращує фільтрацію, але призводить до збільшення активного опору обмоток.
LX1- Z-Образний дросельпризначений для придушення протифазних (диференціальних) перешкод. Дросель має дві однакові обмотки намотаних сонаправлено, на тороїдальному феритовому сердечнику із зазором або магнітодіелектричному сердечнику з розпорошеного заліза(Iron powder core) (рис. 6).
Рис.6 Схема Z -подібного дроселя.
Індуктивність Z-подібного дроселя LX залежить від багатьох параметрів і лежить в діапазоні від 270 до 47мкГн при струмі споживання від 1А до 10A. Серце з розпиленого заліза може бути серії DT68-DT106. Розміри сердечника та діаметр дроту обмоток залежать від потужності (ДБЖ) з урахуванням пускових струмів.
L1,L2 - ВЧ дроселізабезпечують подальше ослаблення високочастотних перешкод. Включаються послідовно з шинами живлення фазою (L) і нулем (N) мережі живлення на виході мережевого фільтра. Містять мало витків і виконуються на феритових кільцях з малим значенням магнітної проникності. Їхнє застосування дозволяє розширити діапазон частот ефективного придушення перешкод фільтром до 50-60МГц. Індуктивність ВЧ дроселів лежить в діапазоні 5-10 µH і залежить від частоти ослаблення перешкод ВЧ. Розміри сердечника та діаметр дроту обмоток залежать від потужності (ДБЖ) з урахуванням пускових струмів.
R2,R3 – резисторизменшують добротність L1, L2 для усунення резонансних явищ.
RK1 – терморезистор (NTC термістор)призначений для обмеження кидка струму при включенні (ДБЖ) в мережу живлення. Термістор - напівпровідниковий прилад, електричний опір якого змінюється залежно від температури. Термістори бувають двох типів: з позитивним та негативним температурним коефіцієнтом. У термістора з позитивним коефіцієнтом у разі підвищення температури опір зростає, і з негативним коефіцієнтом - зменшується. Їх скорочені назви англійською мовою: PTC (positive temperature coefficient) та NTC (negative temperature coefficient).
Термістор включається послідовно з однією з шин живлення фазою (L) або нулем (N) мережі живлення. NTC термістор при температурі навколишнього середовища має опір в кілька Ом. У момент включення (ДБЖ) в мережу живлення, конденсатор випрямляча заряджається, тому являє собою короткозамкнене навантаження. У ланцюзі живлення відбувається кидок струму, але термістор поглинає його, перетворюючи на тепло. Далі термістор розігрівається, його опір падає майже до десятих часток Ома і він не впливає на роботу пристрою. Відбувається так званий м'який запуск.
Термістор є інерційним елементом. Фактично при короткочасному відключенні живлення та повторному пуску, термістор не працює як елемент захисту,т.к. повністю відновлює свої властивості лише за 5-10 хв. Температура термістора в робочому стані, коли його опори близько до нуля, може сягати 250 градусів.
R1 – резисторзабезпечує швидкий розряд конденсаторів СX при відключенні мережного кабелю від мережі живлення і необхідний для безпечного поводження з пристроєм.
FV1-розрядникпризначений для обмеження перенапруг в електротехнічних установках та електричних мережах. Розрядник складається з електродів з іскровим проміжком між ними та дугогасного пристрою. Один з електродів приєднується до ланцюга, що захищається, інший - заземляється. Коли до такого пристрою прикладається висока імпульсна напруга зі швидкістю близько 1 кВ/мкс виникає розряд. Чим менша швидкість наростання фронту, тим вище має бути напруга, що "запалює" розряд. Через такий пристрій може проходити імпульсний струм до 100кА. Незважаючи на відмінну здатність знижувати напругу, розрядник має час реакції від сотень наносекунд до одиниць мікросекунд, що у десятки разів повільніше порівняно з варисторами. Застосування даних пристроїв актуально, де є небезпека прямого удару блискавки у дроти мережі живлення або високовольтних джерелах живлення, де є ймовірність попадання високої напруги на шини (L) або (N) мережі живлення.
RU1 - варисторзахищає ланцюги від імпульсних кидків напруги або збільшує швидкість спрацьовування запобіжника. Варистор – це напівпровідниковий резистор, опір якого різко змінюється при зміні прикладеної напруги вище за номінальну.
Варистор включається на вході мережевого фільтра паралельно вхідному мережевому напрузі 220В і практично завжди знаходиться під цією напругою, але струм в цьому стані через варистор дуже малий т.к. його опір у разі сотні МОм. У разі виникнення високовольтного імпульсу напруги здатної вивести з ладу (ДБЖ), варистор практично миттєво змінює свій опір до десятків Ом, тобто шунтує (закорочує) ланцюг живлення, струм у цьому стані може досягати декількох тисяч ампер, а поглинена енергія розсіюється у вигляді тепла . Варистор не має інерції, тому після поглинання імпульсу він миттєво відновлює свої властивості.
Одного варистора може бути мало у разі аварії на лінії електропостачання, коли замість фази і нуля по обох проводах подали фазу. Для захисту від таких аварій доцільно включати в схему кількох варисторів, як показано на (рис.7).
Схема захисного трикутника на варисторах.
Ця схема з трьох варисторів на вході мережевого фільтра надійно блокує проникнення імпульсу не тільки фазового ланцюга (L), але і ланцюга нуля (N). Варистор RU1 підключається між фазою та нульовим провідником. Він здійснює основний захист. Два інших RU2 і RU3 підключаються між фазою (L) і землею (Gnd), а також між нулем (N) та землею (Gnd). Принцип роботи RU2 аналогічний описаному вище RU1. Варистор RU3 контролює напругу між нулем (N) та землею (Gnd). Якщо все нормально, напруги не повинно бути або воно вкрай мало (одиниці вольт). У разі появи великої напруги на дроті (N), як правило, фази (L), варистор RU2 благополучно зашунтує блок, що захищається.
VD1-захисний діодTVS(Transient Voltage Suppressor) або супресорзабезпечує підфільтрування залишкових перенапруг, які пройдуть через варистори, без помітних викидів на шину заземлення. Оскільки ємність варисторів становить щонайменше 1000пФ, всі вони неможливо фільтрувати високочастотні викиди вище 100МГц. У таких випадках найкращим рішенням є застосування швидкодіючого супресор-діода. Принцип роботи супресора ґрунтується на яскраво вираженій нелінійній вольтамперній характеристиці. Якщо амплітуда електричного імпульсу перевищить паспортну напругу конкретного типу, він перейде у режим лавинного пробою, тобто. імпульс напруги буде обмежено до нормальної величини, а надлишки підуть на землю (GND). Відмінною рисою супресорів є дуже короткий час реакції на перевищення напруги, швидкість перемикання лежить у пікосекундному діапазоні. Супресори випускаються як несиметричні (односпрямовані), так і симетричні (двонаправлені). Симетричні можуть працювати в ланцюгах із двополярною напругою, а несиметричні тільки з напругою однієї полярності. У маркуванні супресора 1.5КЕ400СА зашифровано основні його характеристики. 1,5- Потужність 1500Вт; 400-напруга пробою 440В; С-двонаправлений (без букви однонаправлений); А-допустиме відхилення напруги 5%. Симетричний захисний діод 1.5КЕ440СА можна замінити двома такими однополярними (без індексу СА), включеним зустрічно. Для надійного захисту мережевого фільтра та вхідних ланцюгів (ДБЖ) супресори включаються за схемою захисного трикутника, як і варистори (рис. 7).
Для захисту від зовнішніх індуктивних перешкодзастосовують екранування як всього (ДБЖ), так і окремо мережевого фільтра. Екранування виконується за рахунок використання металевого корпусу, з обов'язковим з'єднанням шиною заземлення. Це перешкоджає поширенню випромінюваних електромагнітних перешкод за межі корпусу (ДБЖ), а також пригнічує зовнішні електромагнітні перешкоди, що впливають на (ДБЖ).
Застосування високоефективних індуктивно-ємнісних перешкододавлюючих фільтрів дозволяє убезпечити обладнання від шкідливого впливу вхідних перешкод, а також знизити вихідні перешкоди, що генеруються всередині самого обладнання. Використання фільтрів придушення (ЕПМ) - одна з основних вимог щодо електромагнітної сумісності сучасного обладнання.
Компанія Лазер-блок є виробником високовольтних блоків живлення для лазерних верстатів із СО2 випромінювачами.У нами блоки живлення для лазерних верстатів , або як їх ще називають, блоки розпалювання для лазераМи використовуємо тільки високоякісні електронні компоненти, які закуповуємо з усього світу, а також використовуємо і вітчизняні аналоги, які славляться своїм запасом міцності. Наші інженери постійно проводять дослідження в лабораторії, вносячи коригування до схем.
Для запобігання перешкодам електро- і радіоприладів необхідно забезпечити їх фільтром для придушення перешкод від мережі живлення, розташованим усередині апаратури, що дозволяє боротися з перешкодами в самому їхньому джерелі.
Якщо не вдасться знайти готовий фільтр, його можна зробити самостійно. Схема помеходавляючого фільтра представлена на малюнку нижче:
Фільтр двокаскадний. Перший каскад виконаний на основі поздовжнього трансформатора (двохмоточного дроселя) Т1, другий являє собою високочастотні дроселі L1 і L2. Обмотки трансформатора Т1 включені послідовно з лінійними проводами мережі живлення. З цієї причини низькочастотні поля частотою 50 Гц у кожній обмотці мають протилежні напрямки та взаємно компенсують один одного. При дії перешкоди на дроти живлення, обмотки трансформатора виявляються включеними послідовно, які індуктивний опір XL зростає зі збільшенням частоти перешкод: XL = ωL = 2πfL, f - частота перешкод, L - індуктивність включених послідовно обмоток трансформатора.
Опір конденсаторів C1, С2, навпаки, зменшується зі зростанням частоти (Хс =1/ωС =1/2πfC), отже, перешкоди та різкі стрибки «закорочуються» на вході та виході фільтра. Таку ж функцію виконують конденсатори СЗ та С4.
Дроселі LI, L2 представляють ще один послідовний додатковий опір високочастотних перешкод, забезпечуючи їх подальше ослаблення. Резистори R2, R3 зменшують добротність L1, L2 усунення резонансних явищ.
Резистор R1 забезпечує швидкий розряд конденсаторів C1-С4 при відключенні мережевого шнура від мережі живлення і необхідний для безпечного поводження з пристроєм.
Деталі мережевого фільтра розміщені на друкованій платі, показаній на малюнку нижче:
Друкована плата розрахована на встановлення промислового поздовжнього трансформатора блоків персональних комп'ютерів. Можна виготовити трансформатор самостійно, виконавши його на феритовому кільці проникністю 1000НН ... 3000НН діаметром 20 ... 30 мм. Кромки кільця обробляють дрібнозернистою шкіркою, після чого кільце обмотують фторопластової стрічкою. Обидві обмотки намотують в одному напрямку дротом ПЕВ-2 діаметром 0,7 мм і мають по 10...20 витків. Обмотки розміщені строго симетрично кожної половині кільця, зазор між висновками може бути щонайменше 3...4 мм. Дроселі L2 і L3 також промислового виробництва, намотані на феритових сердечниках діаметром 3 мм і завдовжки 15 мм. Кожен дросель містить три шари дроту ПЕВ-2 діаметром 0,6 мм, довжина намотування 10 мм. Щоб витки не сповзали, дросель просочений епоксидним клеєм. Параметри намотувальних виробів вибрано з умови максимальної потужності фільтра до 500 Вт. При більшій потужності розміри сердечників фільтра та діаметр проводів необхідно збільшити. Доведеться змінити і розміри друкованої плати, проте завжди слід прагнути компактного розміщення елементів фільтра.
Імпульсні блоки живлення (ДБЖ), побудовані на основі перетворювачів постійної (випрямленої мережевої) напруги в змінну, генерують небажані перешкоди. На колекторах (стоках) силових ключів контролерів ДБЖ є напруга, близька за формою до прямокутного, розмахом, що досягає 600...700В. Крім того, в ДБЖ існують замкнуті ланцюги, якими циркулюють імпульсні струми з досить крутими фронтами і спадами (0,1... 1 мкс) і амплітудою до 3...5А і більше.
Взагалі кажучи, ШІМ-перетворювачі, які працюють із постійною частотою перемикань, генерують перешкоди у відомій смузі частот, що полегшує завдання їх придушення і є однією з причин їх широкого застосування у імпульсних схемах побутової техніки.
Однак, імпульсні блоки живлення незалежно від типу застосовуваного ШІМ-перетворювача повинні бути оснащені схемами придушення двох основних видів перешкод. Цими перешкодами є вхідна несиметрична (диференціальна) та вхідна симетрична (синфазна) перешкоди.
Механізми виникнення, поширення та методи боротьби в імпульсних блоках живлення з даними перешкодами розглянемо на прикладі відповідних еквівалентних схем перетворювачів.
Рис.1 Виникнення несиметричної перешкоди
Вхідна несиметрична перешкода є шумовим струмом, протікання якого зумовлене різницею напруги Vin між двома вхідними провідниками (рис. 1). Ключовий транзистор перетворювача представлений малюнку у вигляді перемикача Fs, який послідовно включається і вимикається з частотою пдеекточения перетворювача. Навантаження зображено у вигляді змінного резистора R L , опір якого змінюється в залежності від струму навантаження. Пасивні елементи L і З відповідають вхідному фільтру, вбудованому в перетворювач. Крім того, практично всі перетворювачі оснащені вхідним конденсатором Cь, а деякі також мають, принаймні, невелику послідовну індуктивність (дросель), що враховується в імпеданс джерела Zs (в Zs також врахована власна індуктивність згладжує електролітичного конденсатора мережного випрямляча).
Ефективне придушення несиметричної перешкоди досягається за допомогою шунтуючої дії конденсатора Сь, який повинен мати високу якість і характеризуватись малими еквівалентними послідовними індуктивністю (ЕПІ) та опором (ЕПС) у відповідному діапазоні частот (зазвичай в області частот перемикання та вище). У реальних схемах Сь зазвичай є конденсатор постійної ємності 0,1... 1,0 мкф, шунтуючий електролітичний конденсатор мережного випрямляча. У випрямлячі одночасно прагнуть застосовувати високоякісні, як правило, танталові, електролітичні конденсатори з малими ЕПІ та ЕПС.
Симетрична перешкода пригнічується за допомогою симетруючого трансформатора, який є котушкою індуктивності з двома обмотками, що мають однакове число витків. Вона має високий імпеданс для симетричного струму, але практично нульовий для несиметричного.
Несиметричний струм (що включає споживаний струм) втікає у верхню обмотку трансформатора і випливає з нижньої. Оскільки струми через ці обмотки рівні за величиною і протилежні у напрямку, а число витків в обмотках однаково, результуючий магнітний потік в осерді, обумовлений несиметричним струмом, виявляється рівним нулю, хоча величина споживаного струму може бути дуже велика. Завдяки цьому в трансформаторі, що симетрує, зазвичай використовують сердечник з високою магнітною проникністю без повітряного зазору. Причому має досить високу індуктивність для симетричного струму при використанні обмоток всього в кілька витків. Значно менший за величиною струм симетричної перешкоди протікає в основному через нижню обмотку, а також через верхню в тому самому напрямку. Отже, симетруючий трансформатор має високий імпеданс для струмів симетричної перешкоди.
Як додаткові заходи придушення перешкод у імпульсних БП застосовуються наступні:
Перерахованих заходів, як правило, виявляється достатньо, і тому в побутовій апаратурі імпульсні БП зазвичай застосовуються без кожухів, що екранують.
Рис.3 Типова схема мережевого фільтра та випрямляча
Деякі з розглянутих способів боротьби з перешкодами ДБЖ ілюструються на прикладі типової схеми мережного випрямляча (рис. 3), що застосовується в конструкціях ВМ і ТБ. Конденсатори С5...С8, встановлені паралельно діодам Д1...Д4 мостового випрямляча напруги мережі служать для придушення несиметричних перешкод. Цю роль виконують конденсатори С1,2, які симетрують потенціали мережного проводу щодо шасі радіоелектронної техніки.
