Внешние электромагнитные шумы и помехи и методы их уменьшения

Внешние электромагнитные шумы и помехи и методы их уменьшения

Существуют два основных способа уменьшения шумовых наводок: экранирование и заземление. Так как экранирование, как правило, сопровождается заземлением, они тесно связаны между собой. Так, например, ниже будет показано, что экран кабеля, используемый для подавления электрических полей, следует заземлять. При правильном применении экраны могут значительно уменьшать связи по шумам. Их можно устанавливать вокруг элементов, схем и устройств, а также вокруг кабелей и линий передачи. В данном разделе мы рассмотрим только экранирование проводников, передающих информационные сигналы.

Будем считать, что между проводниками имеются три типа связей:

  • емкостная, или электрическая связь – вызывается взаимодействием схем через электрические поля. Этот вид связи обычно определяется в литературе как электростатическая связь, что неверно, поскольку поля не являются статическими.
  • индуктивная, или магнитная, связь – есть результат взаимодействия двух схем посредством магнитных полей.
  • электромагнитная связь – комбинация электрического и магнитного полей, которая часто называется связью через излучение. При анализе ближнего поля электрическое и магнитное поля рассматривают обычно раздельно и сводится к двум предыдущим. Случай электромагнитного поля рассматривается для дальнего поля. Схема, создающая помехи, называется источником, а схема, на которую помехи воздействуют– приемником.

 

Емкостная связь (емкостная наводка помехи)

Всегда существует некоторая паразитная емкость Сп между входом измерительной системы и какой-либо расположенной вблизи линией переменного напряжения (см. рис.). В результате во входной цепи измерительной системы будет наводиться напряжение помехи. В этом случае говорят, что существует емкостная связь СИ и источника помехи.

Найдем напряжение, наводимое источником U~ на входе измерительной системы. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой данного устройства.

Так как Сп – малая величина, то zc>>z . Отсюда следует, что

, где zc=1/jωc – емкостное сопротивление паразитного конденсатора.

Из предыдущей формулы видны методы борьбы с емкостной наводкой:

  • уменьшить Сп, т.е. удалить средство измерения от внешних проводов;
  • уменьшить z0 (выходное сопротивление объекта);
  • уменьшить входное сопротивление средства измерения zi;
  • экранировать входную цепь средства измерения, поместив ее в заземленный проводящий экран:

Экран в измерительной системе должен простираться на возможно большее расстояние. В случае высокочастотных помех важно, чтобы экран не имел открытых тонких щелей. Экран нельзя использовать в качестве заземленного проводника.

ВАЖНО! Экран надо заземлить на том конце, который подключается к цепи с наименьшим сопротивлением. Емкостная помеха является разновидностью аддитивной помехи.

Если экран заземлен и центральный проводник не выходит за пределы экрана, напряжение шумов на проводнике уменьшается почти до нуля. Однако на практике центральный проводник обычно выходит за экран. В этом случае, даже если экран заземлен, на проводник наводится напряжение шумов, которое зависит от длины части проводника, выступающей за экран.

Таким образом, для хорошего экранирования электрического поля необходимо:

1) минимизировать длину центрального проводника, выходящего за пределы экрана;

2) обеспечить хорошее заземление экрана.

Заземление экрана в одной точке дает хороший эффект для кабеля, длина которого не превышает 1/20 длины волны переменного электрического поля. Для более длинных кабелей может потребоваться заземление в нескольких точках.